（通信与信息系统专业论文）企业多媒体信息管理与网络远程服务系统研究.pdf

摘要 y 蹶啪s 专业：通信与信息系统 题目：企业多媒体信息管理与网络远程服务系统研究 作者：吴小涛导师：吴军蹄教授 f 现在人们在工作生活中越来越多地接触到大量的多媒体信息，如何对这 些信息进行有效管理，进而提高企业管理水平和人们的生活质量成为了一个 、，一矿一 很迫切的任务j 本文首先提出了童堡堡焦星笪堡l 鑫纽( m m i s ) 的参考模型， 并在此一般模型的基础上，分析了现在企业管理信息系统中普遍采用的几种 模式客户机f j e 务器模式和浏览器朋日务器模式，对这几种模式的工作原理 作了详细讨论。然后文章结合具体的工程项目，详述了该项目的多媒体数据 库关键模块的设计，并对设计中涉及到的技术难点作了讨论。最后介绍了基 于w e b 的数据库技术，说明了在工程实际远程服务系统采用的具体技术并初 步讨论了多媒体信息远程服务系统。 关键词：多媒体，客户机服务影浏览器服务器? 数据醋m l a s p a b s t r a c t m a j o r ：t e l e c o m m u n i c a t i o n & i n f o r m a t i o ns y s t e m t o p i c ：s t u d y o n e n t e r p r i s em u l t i m e d i ai n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t s y s t e m & r e m o t es e r v i c es y s t e m w r i t e r ：w ux i a o t a o s u p e r v i s o r ：p r o f w uj u n t i n o w a d a y st h e r ei sar a p i d l yg r o w t ho ft h em u l t i m e d i ai n f o r m a t i o ni np e o p l e s w o r k i n ga n d l i f e t h ep r o b l e mo fh o wt o m a n a g ee f f e c t i v e l y t om u l t i m e d i a i n f o r m a t i o ni sb e c o m i n gi n c r e a s i n g l yi m p o r t a n tt o i m p r o v em a n a g e m e n tl e v e lo f e n t e r p r i s e sa n dl i v i n gq u a l i t yo f p e o p l e t h et h e s i s p r e s e n t s t h er e f e r e n t i a lm o d e lo fm u l t i m e d i ai n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e m ( m m i s ) ，t h e na n a l y s e ss e v e r a lp a t t e r n s c l i e m s s e n ，e r a n db r o w s e r s e r v e rp a t t e m ，a d o p t e dc o m m o n l yi nc u r r e n te n t e r p r i s em a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e m so nt h eb a s i so ft h i sm o d e l i nt h et h e s i st h e r ei sd e t a i l e d d i s c u s s i o nt ot h e s e p a t t e r n s i nc h a p t e r3 ，t h et h e s i sd e s c r i b e st h ed e s i g n i n g p r o c e d u r eo fm u l t i m e d i ad a t a b a s eo f a p r a c t i c a le n g i n e e r i n gp r o j e c t ，a n dd i s c u s s e s t h et e c h n o l o g i c a ld i m c u l t yi nt h ed e s i g n i n g i nt h el a s to ft h et h e s i s t h e r ea r e i n t r o d u c t i o no ft h ed a t a b a s et e c h n o l o g yb a s e do nw 曲a n dd e s c r i p t i o no ft h e s e l e c t e dt e c h n o l o g y a d o p t e d i nt h e p r a c t i c a lr e m o t es e r v i c es y s t e m k e y w o r d s ：m u i t i m e d i a ，c ji e n t s s e r v e r b r o w s e r s s e r v e r ，d a t a b a s e m i s a s p ur 科技人学坝卜| 文第一审究任务计f | 关妓术r 山态 第一章研究任务与相关技术动态 1 1 研究任务与论文安排 1 1 1 课题来源及研究任务 本课题来源于相关部门的科研任务，具体为某企业集团公司内部m i s 系统，包括办公自动化系统( o a ) 、文档资料管理系统和网上浏览系统等几 个部分。选择本课题的依据有二：一是相关部门有实际的应用需求，有研究 的必要；一是实现本课题所需的技术是处于国内外相关技术创新及技术应用 的主流和较为前沿的位置，有研究的价值。 目前，数据库技术在国际上的发展趋势是朝着多媒体、分布式、多用户、 远程应用和面向对象的方向发展。这其中所涉及的技术已经远远超出了传统 的数据库技术范围，它正日益紧密地与通信技术、网络技术、多媒体技术相 结合，从理论模型到实际系统较以往都发生了根本性的变化，已经开拓出了 一片全新的研究领域。 本课题的目的是研究整个系统的基本框架设计，进行某一特定研究点的 结构设计，以及对于实现这些研究目的的关键技术的掌握，完成对系统内某 一子系统的实现，最终得到可在实际中应用的产品并交付用户，提交研究报 告。 具体采取的技术路线可用以下的流程图表示： 厂1 二至亟引毳羹蓑弃卜_ 1 二型 第l 贝 由于本课题并不是一个单纯的工程项目，而是兼带有学位研究的性质， 因此在本课题的研究过程中要求不能仅仅局限于工程实现，而是应当立足于 实际丁。程，去了解并掌握国内外相关技术的最新进展，并应在系统实现理论 方面有较深入的研究。我所完成的课题任务包含以下几个方面： ( 1 ) 参加某企业集团公司多媒体信息数据库的研制与开发，包括对整个数 据库系统进行结构与方案设计，用数据库前端开发工具p o w e r b u i l d e r 进行基于c s 模型的多媒体网络数据库系统的开发，主要侧重于人事 劳资系统的整体设计与具体模块实现，编制在线帮助文件和系统说明 书并交付用户； ( 2 ) 企业网远程服务系统的研制与开发，具体为利用b s 模式访问网络数 据库； ( 3 ) 数据库理论的研究，着重研究数据库设计方法及数据完整性与并发控 制等有关数据库保护方面的研究； ( 4 ) 有关多媒体数据库系统和分布式数据库系统的研究； ( 5 ) 对系统进行联试、评测、完善，并现场运行、改进、最后交付系统。 1 1 2 论文安排 本论文章节安排如下： 第一章，研究任务与相关技术动态。介绍本项研究任务的来源、主要工作， 并简要介绍本研究项目涉及到的两大方向一一多媒体信息管理系统和分 布式数据库的进展情况； 第二章，多媒体信息管理系统模型及其计算模式。介绍了多媒体信息管理 系统的模型结构，着重分别讨论了两层c s 、三层c s 、b s 模式的特点及 其计算模式； 第三章，某企业集团多媒体数据库系统的设计与开发。从实际开发的角度 具体讨论了多媒体数据库的设计与开发过程，对开发过程中相关技术难点 的解决作了叙述； 第四章，企业网远程服务系统的设计与实现。讨论了基于w e b 的数据库技 术以及系统的具体实现方案，最后讨论了系统的多媒体扩展。 1 2 相关技术的研究动态 1 2 1 多媒体计算机系统结构及多媒体数据库系统的研究进展 1 2 1 1 多媒体定义及多媒体系统的层次结构 人类在认识世界和对某一事物作出判断时，不能仅仅利用某种单一媒体 第2 贝 第章咒f t 2 务1j 抖1 天投术动态 上的信息或独立地利用某一时刻的信息，而是要有高度的信息融合能力，需 要处理f n ；f l j 用各种媒体上的信息。具有处理多种媒体信息的计算机系统就是 研究和接近人工智能的一个平台。“多媒体”一词的核心词是“媒体”，而 “媒体”指的是信息传递和储存的最基本的技术和手段。按照i t u 电信标准 部( t s s ) 的i t u t1 3 7 4 建议的定义，媒体包括感觉媒体、表示媒体、显示 媒体、存储媒体和传输媒体等五类。而i t u 对于多媒体含义的描述是：使用 计算机交互式综合技术和数字通信网技术处理多种表示媒体文本、图 形、图像和声音，使多种信息建立逻辑连接，集成为一个交互系统。 多媒体本身是计算机技术与视频、音频和通信等技术的集成产物。多媒 体技术主要涉及以下几个方面： 图像处理； 声音处理； 超文本处理； 多媒体数据库； 信息存储体、大容量存储技术； 多媒体通信，主要指宽频带通信。 将以上技术或其中某些技术集成到一个计算机系统中，这个系统就称为 多媒体计算机系统。 一般说来，多媒体计算机系统的体系结构与其他信息系统的结构在原则 上都是相同的，属于一种层次结构，对每一层而言，上一层是下一层的用户， 而下一层则是上一层的支持，具体的是由底层的硬件系统和其上的各层软件 系统组成，只是考虑到多媒体信息的特性，系统结构的各层次的内容有其自 己的特点。图1 2 给出了多媒体系统的层次结构t 2 1 。 多媒体应用软件 多媒体编辑与写作工具 多媒体数据准备软件 操作系统的多媒体扩充 多媒体设备的i o 控制 音频视频信息的压缩还原 多媒体硬什设备 图1 2多媒体计算机系统的层次结构 2 f 3 虹 也了 ： 披人学颂i 沦文 1 21 2 多媒体数掘库系统及其技术进展”1 数掘库是为某种特殊目的组织起来的记录和文件的集合。而多媒体数据 库( m d b ) 就是将多媒体信息数据当作传统数据库中的字符、数值一样， 相应的多媒体数据库管理系统应能对这些信息提供丰富的处理功能。 根据多媒体信息的特点的多媒体数据库的要求，可认为多媒体数据库有 以下一些关键技术： ( 1 ) 数据模型技术多媒体信息建模的关键是如何把多媒体信息中的各 种复杂关系以形式化的方法在数据模型的层次上表示出来； ( 2 ) 数据的存储管理与压缩解压缩技术多媒体数据特别是动态视频数 据必须经压缩后存入库中，并能反复取出实时解码再次播放。此外， 还应考虑物理存储介质的存取速度和数据库的存储结构； ( 3 ) 多媒体信息的统一多媒体数据库中，不同类型的描述应遵循统一的 原则，这会给查询等处理带来方便。关于信息格式，国际上有o d a 标准及其扩展，以及m h e g 标准； ( 4 ) 多媒体信息的再现及良好的用户界面； ( 5 ) 多媒体信息的检索、查询及其它处理功能对多媒体信息的检索应提 供基于内容( c o n t e n t b a s e d ) 的检索，且这种处理方式应能对一切媒 体进行： ( 6 ) 分布式环境与并行处理技术。 自从8 0 年代中期以来，国际上就开始针对以上的关键技术对多媒体数 据库进行了研究。目前，多媒体数据管理方法可分为三种 4 1 ( 1 ) 扩充关系型数据库包括n f 2 模型、二进制大对象b l o b 等。 n f 2 即非每一范式( n o n f i r s t n o r m a lf o r m ) ，它不再遵从关系范式中“表 中不允许再有表”的规定，即n f 2 模型允许关系的属性是另外一个关系，因 而支持层次结构，使层次结构语义在一个关系中直接得到体现。 b l o b ( b i n a r yl a r g eo b j e c t ) 数据对象用于存储多媒体信息数据，它是 将多媒体信息( 如图像、视频) 当成一块二进制数据存储起来，就如同存储 其他数据类型样。但是因为b l o b 被当作一个原子项整体处理，因此不能 实现对多媒体数据的基于内容的操作。 ( 2 ) 面向对象数据库( o o d b ) 面向对象数据模型把客观世界模拟成为由各个相互作用的、称为对象的 单元组成的复杂系统。面向对象数据库技术则是面向对象技术与数据库技术 相结合的产物，它借助面向对象思想中的抽象数据类型( a b s t r a c td a t a t y p e ， a d t ) 以类层次实现的继承概念成为非结构复杂数据模型描述与实现的自然 选择。 面向对象的数据模型可以看成是传统数据库数据模型、语义数据模型的 第4 贝 各个特点融合进面向对象程序设计思想中的产物，n r 以刷下图表示这种新的 数据模型思想来源“1 ： 图1 3 面向对象数据模型的形成 ( 3 ) 分布式超媒体数据库”1 ( h d b ，h y p e r m e d i ad a t a b a s e ) 分布式超媒体数据库是一种以超媒体信息管理技术为基础的分布式系 统。由于多媒体数据具有形象直观、语义丰富和时空关联等特点，h d b 可 向用户提供良好的人机交互方式。h d b 的超媒体节点和链分别描述实体与 实体之间的联系。h d b 采用超媒体的浏览导航机制，除了具有一般的查询 功能以外，还具有浏览过滤功能，能自动确定用户感兴趣的主题，采用宏文 献结构支持大型数据库分布到网络上。 h d b 是由节点和链组成的超媒体信息网络。节点和链组成超媒体文献， 若干个超媒体文献组成文献组，文献组构成宏文献。h d b 的基本结构是一 种三层层次结构。如图1 4 所示： 图1 4h d b 的三层结构 最低层对象管理层。采用面向对象的方法管理媒体对象，其对象包 括文献对象、宏文献对象、节点对象和文献间链对象等。 中间层超媒体关联层。用于对节点和链作定义和描述。 第5 贝 最上层表现与查询层。提供对超媒体数据的查询，表现并完成与用 户的友好交互。 1 2 2 分布式数据库的技术进展 1 2 2 1 分布式数据库系统的定义与特点哺1 分布式数据库系统( d d b s ，d i s t r i b u t e dd a t a b a s es y s t e m ) ，通俗地说， 就是物理上分散而逻辑上集中的数据库系统，它是使用计算机网络将地理位 置分散而管理和控制又需要不同程度集中的多个逻辑单位( 通常是集中式数 据库系统) 联接起来，共同组成地一个统一的数据库系统。 一个分布式数据库系统应该具有如下特点： 物理分布性d d b s 中的数据不是存储在一个站点上，而是分散存储 在由计算机网络联结起来的多个站点上； 逻辑整体性分散在各站点上的数据逻辑是一个整体，他们被d d b s 的所用用户( 全局用户) 共享，并由一个分布式数据库管理系统( d d b m s ) 统一管理。 站点自治性各站点上的数据由本地d b m s 管理，具有自治处理能力， 完成本站点上的应用( 局部应用) 。 由以上d d b s 的三个基本特点可以看出，分布式数据库系统中的数据是 物理分布在用计算机网络联接起来的各个站点上。每一个站点可以是一个集 中式数据库系统，都有自治处理的能力，完成本站点的局部应用。图1 5 是 分布式数据库系统的示意图： 图1 5 分布式数据库系统示意图 第6 负 鹕一帝 f j 究任务一j 相关拙术动态 1 2 22 分知式数据库技术前沿 到目前为止，国际上有关分布式数据库的研究都是基于以下三点假设 ( 1 ) 网络中每个站点都是既运行应用程序又实现分布式数据库 管理功能的通用计算机： ( 2 ) 计算机网络是广域网( w a n ) 或是局域网( l a i n ) ； ( 3 ) 数据库管理是基于关系模型的。 随着现在新的应用要求和高性能工作站和并行计算机的应用，需要适当 改变上述三个假设，从而形成了分布式数据库的不同的一些发展方向。 ( 1 ) 开放式数据服务器 在分布环境中，利用工作站可以使得系统的功能有效地分布，即将应 用和数据管理分开。专门运行应用程序的工作站称为应用服务器，而专 门完成数据处理功能的计算机称为数据服务器，从而形成基于c s 模式 的开放式数据库系统结构。这就对假设( 1 ) 进行了一定程度的改变，即每 个场地上不再必须是通用计算机，而可以是专用工作站或服务器。 图1 6 展示了一个应用服务器，通过通信信道和一个数据服务器连 接。应用服务器管理用户界面，解析用户查询并提交给数据服务器，即 发出命令开接收结果；数据服务器管理与应用服务器的联系和通信，并 执行数据库功能。 用 用户接口 查询处理 与数据服务器接口 网络通信信i 与应用服务器接口 数据库功能 图1 6 数据服务器方案示意图 f 2 ) 并行数据服务器 对假设( 2 ) 的改动是在并行数据服务器中利用分布式数据库技术。 为了增强性能，数据服务器可以是一台并行计算机，以利用并行处理性 弛7 负 的优势来进行数据库管理。 由于在许多数据库应用中存在着内在可并行处理的特性，关系数据 库的操作就提供了多种并行处理的机会，例如：连接查询中的多个子查 询可并行处理，单个查询中的多步操作也有可能并行执行，内部操作可 以分为几个子操作并行执行等，但现行的冯诺依曼类型计算机体系结 构是单处理器结构，采用的是顺序运算方式，因此限制了在并行处理方 面的应用。 解决上述问题的一个通用方法是使用多处理机结构。多处理机结构 是通过高速通信介质连接的多个独立处理的单元构成，各个独立处理单 元都可独立执行各种查询、操作或子操作，管理独立的磁盘和支持磁盘 的并行存取。一个多处理机系统可以自然地通过分配查询、操作和子操 作到不同的处理单元，从而以并行执行方式完成互连查询、内部查询和 各种内部操作。 ( 3 ) 分布式知识库订1 进入9 0 年代以来，出现了更加重要也是更加复杂的应用类型，例如， 计算机辅助设计系统( c a d ) 、办公信息系统( o i s ) 、人工智能系统( a i ) ， 迫切需要数据库管理系统具有新的数据管理能力，传统的关系数据库技 术在这些方面的能力不足，因此假设( 3 ) 的放松就产生了分布知识库系 统和后面描述的分布式面向对象数据库系统的两个新的研究领域。 传统的关系数据库中，事实通过元组模型化。关系查询语言( 如关 系代数) 使用户找到元组并把他们组合成新的合乎要求的( 结果) 元组。 这些新元组并不能提供比存储在数据库中的数据更多的信息，只不过是 一种不同的表现方式，缺少从已有事实中推导处新事实的推理能力。 分布式知识库系统具有从已知信息推导出新的信息的能力。一个知 识库可定义一个内涵数据库和一个外延数据库组成的并集。知识库方法 主要式通过分解常用知识来解决难题，这类似于数据库方法中的模式分 解。知识库系统的接口为用户查询通过外延数据库隐含地使用存储在内 涵数据库中的知识。用户查询可以通过简明的方法表达，同时通过知识 进行强化使之变得更加复杂和高效。 f 4 1 分布式面向对象数据库 面向对象数据库和分布数据库是两个正交的概念，两者结合产生了分 布式面向对象数据库。在分布式面向对象数据库系统中，对象分为持久 性( p e r s i s t e n t ) 对象和易失性( v o l a t i l e ) 对象。分布式对象管理器则是 负责分布对象存储和访问的系统模块，用以处理对象的物理聚簇和定位。 为了实现系统的高性能和高可用性，分布式对象管理器应支持对象分布 透明性和分布程序执行。为了使得同一事务可在数据分布的场地上并行 执行，可以将集合对象进行分片或分簇。对一个复杂对象集的分簇，可 第8 负 u 了科技人掌顺i 论义 第学研究任务，棚关投术z 力卷 基于复杂对象的上层属性值或对象标识，并且可将持久性对象的分布信 息保存在全局目录中，因此分布式对象管理器的主要任务是支持全局对 象标识符和对象共享。 第9 “ 第章多媒体信息营埋系统模型段j l “算模， 第二章多媒体信息管理系统模型及其计算模式 自从多媒体进入人们的生活以来，不过短短的十来年的时间，但它现在 已经成为了管理信息系统中不可缺少的一部分。从计算机技术的角度来看， 管理信息系统( m i s ) 的主要功能是：信息处理，包括信息收集、存储、传 输、加工、查询等；辅助事务管理，如辅助计划管理、销售管理、人事管理 等：辅助决策，用数学方法预测未来，提供决策信息等。多媒体管理信息系 统( m m i s ) 是对多媒体信息进行上述管理的一种实现方式。它为用户提供 了一个科学地组织、存储、管理、和利用多媒体数据的硬软件环境，它是实 现网络环境下的资源共享及协同工作的开放式应用平台。本章主要介绍一下 多媒体信息管理系统的一般参考模型，以及系统实现采用的几种不同的计算 模式。 2 1 多媒体信息管理系统( m m i s ) 的参考模型略鲫 多媒体信息管理系统是多媒体存储、处理、显示等技术与有线和无线通 信网、广播和闭路电视网、微波和卫星通信网、计算机网相结合，融计算机 的交互性、通信的分布广域性、电视的真实性为一体的高品质的信息网络系 统。计算机系统技术、多媒体通信技术、网络技术、数据库技术是多媒体信 息管理系统的支撑点，计算机开放式平台的发展对建立多媒体信息管理系统 提供了良好的集成环境。 多媒体信息管理系统应该建立在开放式网络体系结构的基础上，为用户 构建一个基于标准的、通用的应用平台。图2 1 表示的是基于开放式系统环 境的多媒体信息系统的参考模型。它由应用软件、应用平台和外部环境三大 部分组成。各部分说明如下： 2 1 1 应用软件 包括应用软件和应用支撑软件。应用软件根据用户具体的业务规则编 制，是应用系统研制的关键。 m 一带菩媒1 木信息管删系统碗型投i l 汁算模， 图! i 多媒体信息管理系统参考模型 2 1 2 应用平台 应用平台是支撑应用软件运行、开发、维护的一整套系统资源，它可以 用图2 2 所示的层次结构来表示。 应用平台从功能上分为运行环境和开发维护环境。它的层次模型既体现 了系统的结构化特性，又体现了开放性和面向分布应用开放。 结构化：各层之间的实现相互独立，下层为上层透明地提供服务支持； 开放性：操作系统应符合应用可移植要求，网络符合开放系统互联体系结 构要求( 如o s i ，t c p p 协议体系) ，信息资源共享符合符合分布式计算， 异构数据访问要求，要有符合标准的信息安全防护； 第市多媒仆化息昔删系统模型发j c 汁肄摸， 运行环境丌发维护环境 心用户界面亍层 用 层 运行管理子层开发工具子层 信 配置系统环境了层 系息 数据库管理予层管理信息库管理于层 统安 通信网络子层 层 全 操作系统子层 硬件层多媒体计算机及网络硬件 图2 2 应用平台的层次模型 面向分布应用开发：应遵循软件工程开发规律，采用面向对象的开发方法 及开发工具，并为用户提供一个友好的且具有统一风格和规范的访问界 面。 应用平台的层次模型简要说明如下： ( 1 ) 硬件层 由多媒体计算机( m p c ) ，通信网硬件及固化在硬设备中的底层软件组成。 ( 2 ) 系统层 操作系统子层由w i n d o w s 、u n i x 、w i n d o w sn t 、o s 2 等操作系统为核 心，完成主存管理、进程管理、进程间通信、与外设的多媒体i o 通信以 及文件系统管理等系统服务； 通信网络子层以0 s i 、t c p i p 协议体系为基础，包括底层网络通信功能 和高层网络通信应用服务，完成分布式应用模式下的信息互通和支持资源 共享应用互操作； 数据库管理子层它是多媒体信息管理系统的核心部分。考虑到对结构化 和非结构化的多媒体数据的支持，一般采用流行的关系数据库管理系统加 上不同程度的多媒体扩展支持，实现对数据有效的组织和管理，同时支持 用户实现异种数据库之间的透明存取： 配置系统环境子层它为应用层提供一致的运行界面和各种服务，减少应 用程序开发的工作量。在这层中可根据要求加入多媒体处理功能，如对声 音、图形、图像的处理以及对多媒体i o 设备的支持。 ( 3 ) 应用层 运行管理子层平衡网络负载，实现对网络应用活动的监控和处理，实现 应用的合理分布； 筘 乖多媒f 4 、f ；7 乜苷删系统模型发j l i t 算模，c 丌发工具子层 它由面向数据管理应用的前端丌发工具、编程语言等组成。 利用好的工具集可以高效地进行多媒体信息管理系统的开发： 用户界面子层为用户提供友好、灵活、具有统- - j ) ( t 格的用户界面以及功 能选择。 多媒体信息管理系统平台通过以上组成部分向应用程序提供透明的 s t t i ( 应用程序接口) 调用。 总括起来，多媒体信息管理应用平台提供了图2 3 所示的功能接口： 应用编程接口外部环境接h 人机交互接口信息服务接口 通信服务接口 图2 3 应用平台的功能接e l 2 1 3 外部环境 多媒体信息管理系统的外部环境指的是与多媒体信息管理系统应用平 台交换信息的外部实体。它包括用户、通信实体、信息交换实体等三部分。 外部环境通过e e i ( 夕b 部环境接口) 提供服务。 2 2 客户机朋艮务器( c s ) 模式0 1 前面讨论了多媒体信息管理系统应用平台的一般模型及其各部分功能， 它是建立在网络技术基础上的多媒体信息分布式处理的开放系统。目前的企 业管理信息系统( 中型或中型以上) 多为c l i e n t s e r v e r ( c s ) 方式的网络结构， 即客户机服务器模式。 2 2 1c s 模式概念及其特点 c s 技术是一种分布式计算模式，它集中了大中型系统及文件服务器的 优点，具有良好的系统开放性和可扩展性，即寻找一种适当的规模化 ( r i g h t s i z i n g ) 。它定义了台式机如何与服务器相连，以实现数据和应用的共 享，并利用台式机的处理能力将数据和应用分布到多个处理机上。这种模式 主要用于工作组和部门的资源共享。c s 系统有三个主要部件：数据库服务 器、客户应用程序和网络。其基本结构如图2 4 所示。 第1 3 负 * 帝多妖体f 吉息管理系统摸型搜j c 计算模， 再p 1甩产2甩户3甩户4再户5 图2 4 两级客户机朋匪务器( c s ) 模型示意图 c s 模式中，应用系统分为前端的客户机部分和后端的服务器部分。 服务器负责有效地管理系统的资源，其任务集中于： 数据库安全性的要求： 数据库访问并发性的控制； 数据库前端的客户应用程序的全局数据完整性规则； 数据的备份与恢复。 客户机应用程序的主要任务则是： 提供用户与数据库交互的界面( u i ) ； 向数据库服务器提交用户请求并接收来自数据库服务器的信息； 利用客户机应用程序对存在于客户端的数据执行应用逻辑要求。 网络通信软件的主要作用是：完成数据库服务器和客户机应用程序之间 的数据传输。 c s 模式同基于文件共享式的局域网应用是根本不同的，它具有以下一 些特点： ( 1 ) 分布式的处理模式c s 模式中应用程序的任务由客户机和服务器分 担，对于建立多媒体信息管理系统非常有利。首先，它可以充分利用现 在功能越来越强大的多媒体p c 的处理能力，向用户提供一个图文声像并 茂的人机接口；其次，被处理的多媒体数据的具体表现也由客户机负责 执行，服务器仅仅对客户机的查询给出结果即可，这样就大大地减轻了 服务器的负担，也使得网络通信量最大限度的降低，有效平衡了网络负 载； ( 2 ) 具有中央式数据监察管理的特点所有数据均由中央式多用户数据库管 笫1 4 贝 雄一亭多媒i 丰信息诘理最统模型及 c 计算换， 理系统 以管理和存取，这对于保证数据完整、数据安全及实施数据访 问控制是非常有利的； ( 3 ) 系统的可伸缩性( s c a l a b i l i t y ) 好应用平台可根掘用户的应用需求加 以裁减和扩充，符合适当规模化的潮流； ( 4 ) 允许采月开放系统开放系统允许最终用户摆脱对专门系统的依赖，实 现互操作( i n t e r o p e r a b i l i t y ) 和便于应用程序的移植。 2 2 2 两层c s 结构 2 2 2 1 两层c s 结构网络计算模式分析 c s 系统比文件服务器系统能提供更高的性能，因为客户机和服务器将 应用的处理要求分开，同时又共同实现其处理要求，对客户程序的请求实现 分布式应用处理。服务器为多个客户应用程序管理数据，而客户程序发送、 请求和分析从服务器接收的数据，并最终显示在用户的面前，这是一种“肥 客户机( f a tc l i e n t ) ”、“瘦服务器( t h i ns e r v e r ) ”的网络计算模式。应用程序从 结构上一般分为四层：形式逻辑、业务逻辑、数据逻辑和数据存储。在两层 c s 模式中，所有的形式逻辑和业务逻辑均驻留在c l i e n t 端，而s e r v e r 则成 为数据库服务器。 在一个c s 应用中，客户应用程序是针对一个小的、特定的数据集，如 对一个表的行进行操作，而不是像文件服务器那样针对整个文件进行，对某 一条记录进行封锁，而不是对整个文件进行封锁，因此保证了系统的并发性， 并使网络上传输的数据量减到最小，从而改善了系统的性能。c s 模型中的 服务器都可以适合各部件的要求，这对于硬件和软件的变化显示出极大的适 应性和灵活性，而且易于对系统进行扩充和缩小，系统的功能部件充分隔离， 客户应用程亭的开发集中于数据的显示和分析，而数据库服务器的开发则集 中于数据的管理，不必在每一个新的应用开发中都要对一个d b m s 进行编 码。 c s 模式的实现基础实际上是计算机网络，两层c s 结构的网络计算模 式可用公式表示为： 两层c ，s 网络计算模式= 多c l i e n t + 单多d a t a b a s es e r v e r + 动态计算 2 2 2 _ 2 两层c s 结构的数据处理流程 两层c ，s 模式的数据处理流程可以用以下原语进行描述： ( 1 ) s e r v e r 端启动，等待c l i e n t 端发出数据请求( d r ，d a t ar e q u e s t ) ； ( 2 ) c l i e n t 遵循c s 数据通信协议，发出d r ； ( 3 ) 数据请求“透明”地通过通信子n ( c s ，c o m m u n i c a t i o ns u b n e t ) 或数据 第1 5 负 uj 科技人学晒! i 论义弛母多媒体f 膏息管理系统漠型及l “f 弹模- 接口f d a t ai n t e r f a c e ) 部分进行传递； ( 4 ) s e r v e r 端收到d r 后，启动分析接口资源，分析d r ：如果用户遵从c s 数据通信协议，按协议发送响应信息或客户请求的数据，否则根据c s 数据通信协议的错误处理规程，返回错误信息： ( 5 ) 数据响应“透明”地通过通信子网或数据接口部分进行传递； ( 6 ) c l i e n t 利用s e r v e r 发回的响应信息，完成用户的任务请求、提示错误、 作进一步的计算、输出结果。 此过程也可用数据流图2 5 表示。 综上所述，可以总结出两层c s 结构的特点：一个功能强大的客户应用 开发语言和一个多用途的用于传送客户请求到服务器的机构是整个两层结 构的核心。在一个数据存取事件中，数据由服务器实施存储和访问，数据库 引擎负责处理从客户机发来的请求。现在这种请求所使用的语言大多数类似 于s q l 语言。要把s q l 语言从客户机传送到服务器上必须能识别服务的标 识符或由一个应用程序接口来完成，还必须知道服务器的位置，数据组织形 层 输出数据 请求按钮 务处理请求和业 蓑h 层l 执行s 吼 s q l 请求开始 s q l 请求结束 ；燃。孬面磊 更新读取的请求l 川 一兰兰辈! 兰l 数据登录! 更新读取的结果 l业务处理结束 数 捌 存 取 程 序 图2 5 两层c 1l e n t s e r v e r 结构的一般处理流程 式以及数据如何定义。在服务器中，请求还将得到存储逻辑和处理上的进一 步优化，例如使用权限、数据完整和保密性等，数据返回后在客户机上得到 进一步的处理，以适应查询、商业应用、预测分析和数据报表等各种要求。 第l6 负 善 鹕 争多姒f 夺衍息管理系统模型驶jc 汁鳟横，l 2 2 3 三层c s 结构与中间件 2 2 3 1 三层c s 结构解决方案1 为了解决不同数据库产品之间的互联以及其它问题，人们又提出了三层 c s 模式。三层c s 结构是将应用功能分成表示层、功能层和数据层三部分。 其解决方案是：对这三层进行明确分割，并在逻辑上使其独立。由于两层 c s 模式中数据层作为d b m s 已经独立出来，所以关键是要将表示层和功能 层分离成各自独立的程序，并且还要使这两层间的接口简单明了。其分割方 式有以下三种，如图2 6 所示： 服务器i 孺习 服务器 冈幽倒 客户机 园圃裂 ( 1 ) 将数据层和功( 2 ) 将数据层和功 ( 3 ) 将功能层放在 案恳! ! 于；_ 台慧嚣鏊囊 同 客户机上 图2 6 不同分割方法的c s 物理结构比较 如果如情况( 3 ) 所示将功能层也放在客户机中，与两层c s 结构相比，其 程序可维护性增强，但客户机的负荷太重，服务器数据存取所需的程序代码 也需从客户机传来，反而增加了网络负担。因此，一般情况是只将表示层配 置在客户机中，如图中情况( 1 ) ( 2 ) 所示。情况( 1 ) 适合于网络规模较小，业务 量少的情况，但随着网络的扩张，服务器的负荷越来越大，服务器性能下降， 这时就需要采用情况( 2 ) 所示的方式。它将功能层与数据层放在不同的服务器 上，将服务器的功能专一化，可以大大提高系统性能。但这种情况下，服务 器之间也需要进行数据传送，因此必须从整体上考虑通信方法、通信频度和 数据量。 2 2 3 2 中间件( m i d d l e w a r e ) 2 1 三层c s 结构中，中间件是最重要的部件。所谓中间件是一个用a p i 定 义的软件层，是具有强大通信能力和良好的可扩展性的分布式软件管理框 架。它的作用是在客户机和服务器或服务器和服务器之间传送数据，实现分 布于网络节点上的各应用程序之间的“透明”互操作，而不管通信协议、系 箱1 7 炙 讹一帝多媒体息昔j 里系统模型及jc i f 算模- 统体系结构、操作系统、数掘库和其它应用服务问的差别。其工作流程是： 当在某客户叽里的应用程序需要驻留网络上的某个服务器的数据或服务时， 搜索此数据j c s 应用程序需访问的中间件系统，该系统查找数据源或服 务，并在发送应用程序请求后重新打包响应，将其传送回应用程序。因此， 中间件的功能大致与上节所述的功能层一致。也就是说，中间件作为一种软 件系统，即可以存在于客户机上，也可存在于服务器上，甚至可以用专门的 服务器来运吁，这也称为中间服务器( m i d d l es e r v e r ) 。 中间件的服务内容有两种： ( 1 ) 数据逻辑服务主要功能是隔离客户机和服务器的信息应用逻辑，使服 务器的管理系统不用考虑系统的应用逻辑，而关注于数据完整性、容量 等核心问题。当后台服务器发生变化时，中间件最大限度地隔离了客户 机服务器的相互影响，从应用的层次去去解决客户机和服务器的数据格 式的差异。 ( 2 ) 数据通信服务主要功能是存储一转发( s t o r e a n d f o r w a r d ) 或延迟转接。 中间件可以控制数据通信并根据需要转发它们，而不像两层c s 中的用 户同d b m s 实时地连接，这样就解决了通信协议不同的问题。 2 2 3 3 三层c s 模式结构与模型” x o p e nd p t 标准( 1 9 9 1 ) 分布式处理、参考模型和分布式事务处理中描 述了三层cs 模型，如图2 7 所示： 图2 7 三层c s 模型 三层cs 模式中，应用程序定义操作来执行完成特定的任务。它定义事 务的范围并把服务要求提交给事务管理器，通信管理器和一个或多个资源管 理器。 资源管理器提供应用程序要求的事务间的服务。一般情况下，资源管理 器是一个数据库，但并不总是这样。为了维护事务的完整性而修改的资源必 须由资源管理器来管理，例如在处理线的机器上的队列等等。资源管理器必 须对它们涉叉的资源提供两阶段确认服务。 第l8 负 ；f ；一案多媒体信息管耻系统模型段j o i f 辩模- 事务管理器提供管理事务的服务，包括资源管理的两阶段确认服务和通 信管理器的服务。如果事务跨越多个平台，那么其中的一个关于这个事务管 理器将被自动命名为这个事务的控制事务管理器。 通信管理器提供通信服务的接口以及管理应用层协议。在大多数客户机 n 务器情况下，提供的服务仅仅是数据传输机制的接口。大多数三层c s 系统都提供某些对话服务的。具体的三层c s 系统结构如图2 8 所示： a p pl c a t l o n m i d d e l c1 e n t s s p r v e r 匿卜 n a m es e r v e r c o m m u n i c a t i o n l c l c a l l e n d 卜 a d m i n i s t r a t i o n l y l a n d ll m a n a g e m e n t 卜 t r a n s a c t i o n c o n t r o l 图2 8 三层c s 的系统结构 图2 8 示例了应用的客户通过m i d d l es e r v e r 要求应用服务器提供服务。 每一个客户提交b e g i n 要求给m i d d l es e r v e r ，它表明客户想开始处理一个事 务。然后客户提交一个或多个服务要求。m i d d l es e r v e r 使用服务的名字来把 要求路由送到合适的服务器。图例表明一个服务可能由多个服务器提供服 务。具体的路由选项都可以由系统管理员在任何时候修改而不影响应用的客 户和服务程序。如果一个逻辑数据库( 如顾客库) 各部分存放在不同类的数 据库中，那么使用大多数两层数据库在维持异型数据库的性能并提供完整的 功能是很困难的。而使用依赖数据的路由，就可以对每个数据库提供同样的 服务，且对系统的所有客户是透明的。 2 2 3 4 三层c s 结构网络计算模式分析与数据处理流程4 由上面简单的对两层和三层c s 的描述，可以比较容易地分析出，三 层结构在网络的流量和系统的反应速度方面优于两层结构，这是由于三层结 构中数据在发送到网络之前首先由功能性服务器加以过滤，网络通信量会因 第19 贝 第一奇多妖f 4 - t ；息营1 9 系统模型及j c 汁算模- 此下降；其次由于三层结构中c l i e n t 端并不是直接同数据库打交道，而是通 过到中间层的统一调用来实现，这样在灵活性和独立性方面三层结构较好， 而且还适合于不同数据库之间的互联。 与两层c s 模式相比，三层c s 结构的网络计算模式可用公式表示为： 三层c s 网络计算模式= 多c l i e n t + 中闻件( 中间服务器) m i d d l e w a r e + 单多d a t a b a s es e r v e r + 动态计算 数据处理流程可以用以下原语进行描述： ( 1 ) s e r v e r 端启动，等待c l i e n t 端发出数据请求( d r ，d a t ar e q u e s t ) ； ( 2 ) m i d d l e w a r e 启动，并在s e r v e r 间作预先的同步、探询工作： ( 3 ) c l i e n t 遵循数据通信协议，发出d r 到m i d d l e w a r e ； ( 4 ) 数据请求“透明”地通过通信子网( c s ，c o m m u n i c a t i o ns u b n e t ) 或数据 接口( d a t ai n t e r f a c e ) 部分进行传递： ( 5 ) m i d d l e w a r e 端收到d r 后，启动分析接口资源，分析d r ：如果用户遵 从数据通信协议，按协议发送响应信息或客户请求的数据，如果服务器 资源暂时无法使用，m i d d l e w a r e 将d r 发向负载较轻或有效的服务器， 若c l i e n t 端未发送响应信息，m i d d l e w a r e 将缓存用户的数据送到“缓存 池”，否则根据数据通信协议的错误处理规程，返回错误信息； ( 6 ) 数据响应“透明”地通过通信子网或数据接口部分进行传递； ( 7 ) c l i e n t 利用m i d d l e w a r e 发回的响应信息，完成用户的任务请求：提示错 误、作进一步的计算、输出结果。 此过程也可用数据流图2 9 表示。 综上昕述，与两层c s 结构相比，三层c s 结构由更具灵活性的系统 组成。对于各个层可以选择与其处理负荷和处理特性相适应的硬件，合理 地分割三层结构并使其独立，可以使系统的结构变得简单清晰，提高了程 序的可维护性。三层c s 结构中，应用的各层可以并行开发，各层