Мир InterBase. Архитектура, администрирование и разработка приложений баз данных в InterBase/FireBird/Yaffil - А Ковязин

Помимо разрешения конфликтов, существует дополнительная необходимость управления сервером в смысле администрирования. К сожалению, в Classic невозможно с клиента получить информацию о количестве клиентских соединений, обслуживаемых в данный момент сервером, так как для каждого клиента существует только один сервер, а информация об остальных серверных процессах, обслуживающих других клиентов, ему недоступна. Также в Classic- вариантах InterBase 6 и его клонов пока не реализовано Services API, которое позволяет управлять сервером через клиентские соединения, а не через специальные программы. Правда, надо отметить, что Yaffil Classic Server имеет реализацию Services API.

У каждого серверного процесса имеется собственный кеш, в котором хранятся используемые страницы базы данных. Например, если мы выделим на обслуживание каждого клиентского соединения 15 Мбайт кеша, то при 20 клиентах нам будет нужно 300 Мбайт ОЗУ только на кеш-память. Если предположить, что клиенты выполняют в основном какие-то однообразные запросы (а так оно и есть в большинстве клиент-серверных систем), то будет очевидным многократное дублирование кешированной информации в каждом серверном процессе. Classic довольно расточителен: даже если клиенты выполняют абсолютно одинаковые запросы, все равно для каждого серверного процесса, обслуживающего одного клиента, будет кешироваться одна и та же информация.

Кроме кеша страниц базы данных, память отводится для кеширования схемы базы (метаданных). Каждый серверный процесс в архитектуре Classic будет иметь свою копию метаданных. На сложной базе (скажем, с сотнями таблиц и процедур) это может вылиться в десятки мегабайтов, причем отрегулировать этот размер нельзя.

Помимо вышеперечисленного, также велик расход ресурсов на запуск множества серверных процессов и функционирование менеджера блокировок. Чтобы преодолеть недостатки подхода "каждому клиенту - по серверу", была разработана архитектура SuperServer, на которую сейчас в компании Borland и направлены все усилия.

SuperServer

Архитектура SuperServer реализует принцип "все в одном", т. е. существует один-единственный серверный процесс, который обслуживает всех клиентов. Экп процесс никто не выбывает, он выполняется где-то в недрах ОС, ожидая запросов (на Unix-системах SuperServer реализован в виде демона, а в Windows NT /2000 - в виде службы Windows NT).

Все действия, выполняемые отдельными процессами в Classic-архитектуре, в в SuperServer выполняются отдельными потоками (threads) в рамках единого серверного процесса. Существует поток, который занимается разрешением конфликтов, другой поток обслуживает запросы на соединение, множество других потоков играют роль отдельных серверных процессов рахитектуры Classic по обслуживанию клиентов.

Из-за того что все клиенты находятся в адресном пространстве одного процесса (но в разных потоках), значительно упрощается и ускоряется разрешение конфликтов. Вместо механизмов межпроцессного взаимодействия используется более быстрый межпотоковый обмен. Исчезают издержки на запуск множества процессов, а ведь каждый процесс забирает у ОС довольно значительную часть ресурсов

Для обработки пользовательских запросов в SuperServer применяется единый кеш. позволяющий свести к минимуму бесполезный расход памяти. Например, если клиеш открыл соединение и дальше не проявляет активности, то ему будет выделен минимапьно необходимый для поддержания соединения размер ОЗУ.

Помимо вышеперечисленных достоинств, в SuperServer реализован интерфейс Services API, который позволяет управлять сервером через клиентское соединение Таким образом, архитектура SuperServer способна обслужить больше клиентов, чем Classic, используя при этом меньше ресурсов.

Classic vs SuperServer

Как вы уже могли заметить, картина складывается довольно интересная на каждый недостаток Classic у SuperServer находится достоинство. Classic расточителен - SuperServer экономен, Classic без Services API - у SuperServer он есть.

Однако, как и везде, здесь мы имеем "палку о двух концах", т. е., определенные недостатки Classic переходят в определенных ситуациях в его достоинства, а преимущества SuperServer превращаются в недостатки. Например, рассмотрим случай. когда N нас имеется, скажем, мощный двухпроцессорный компьютер- сервер с большим количеством ОЗУ, например 2 Гбайт.

Если мы установим на такую систему InterBase в варианте SuperServer, то будем наблюдать не ускорение, а замедление по сравнению с однопроцессорным вариантом того же сервера! Более того, с памятью будут твориться сплошные "недоразумения"- экономный SuperServer будет "отказываться" от огромного ОЗУ. пытаясь всячески сэкономить операжвную память. Как же так, мощные процессоры, много памяти, a InterBase SuperServer не очень-то быстро работает?

Вот здесь и проявляются недостатки SuperServer. Проблему с масштабируемостью InterBase архитектуры SuperServer на многопроцессорных компьютерах давно признали в компании Borland. Дело в том, что ядро SuperServer не расчитано на использование нескольких процессоров.

При запуске множества потоков, обрабатывающих запросы клиентов, внутри серверного процесса SuperServer происходит следующее: ОС не может равномерно распределить время между потоками, потому что в InterBase активным может быть только один поток! Остальные добровольно ждут пока этот активный поток с aw "отдаст" им процессор. Что остается ОС? Только выполнять этот единственный поток В InterBase SuperServer встроен некоторый аналог планировщика потоков, реализующий невытесняющую многопоточность с одним активным потоком.

Итак, сервер InterBase SuperServer не может управлять распределением потоков по процессорам. В результате ОС при нарастании нагрузки начинает перебрасывать главный серверный процесс (ibserver.exe) с одного процессора на другой. На это тратятся системные ресурсы и время, что замедляет работу InterBase. С такой ситуацией на многопроцессорных системах борются путем "привязки" (affinity) InterBase варианта SuperServer к одному определенному процессору и игнорирования остальных.

Естественно, что приведенное выше описание является лишь аналогией для иллюстрации проблемы и не может служить точным описанием работы ядра SuperServer Для точного описания механизмов работы следует обратиться непосредственно к анализу исходных кодов InterBase, что выходит за рамки этой книги.

Надо также отметить, что с распределением памяти у SuperServer тоже имеются некоторые проблемы. Если мы рассмотрим, как SuperServer обслуживает множество небольших клиентских запросов, то увидим довольно привлекательную картину: высокую производительность при относительно небольшом использовании оперативной и виртуальной памяти. Многочисленные клиентские запросы совместно (без дублирования) используют кешированную информацию SuperServer. Эта особенность делает вариант InterBase с архитектурой SuperServer особенно привлекательным для Web-приложений, ориентированных именно на такой стиль работы с базами данных

Так как запросы небольшие, то они быстро отрабатывают и освобождают память для следующих за ними запросов.

Иная ситуация складывается, если постановка задачи требует наряду с простыми действиями по регистрации данных и просмотру данных, относящихся ккаком-то документу или обозримому множеству документов, выполнения запросов аналитического характера, связанных со сканированием больших и сложных выборок и построением на их основе различных агрегатов.

Эти "тяжелые" запросы "проходятся" по большому количеству записей и требуют значительных ресурсов памяти и процессора для их выполнения. Мы пытаемся предусмотреть подобную ситуацию и используем мощное аппаратное обеспечение: высокопроизводительный компьютер-сервер с большим количеством ОЗУ. Однако, SuperServer "не понимает" нашей предусмотрительности и при выполнении "тяжелого" запроса пытается обращаться с ним как с небольшим, т. е. отдает ему доступную кеш-память и ресурсы, вытесняя при этом остальные запросы. Результат печален - пока выполняется запрос-тяжеловес, остальные запросы "топчутся в очереди". В связи с фактически последовательным обслуживанием потоков критическими участками кода ядра InterBase сервер просто не имеет другого выбора.

Остается сказать о достоинствах Classic, проявляющихся в этой ситуации.

Во-первых, масштабируемость архитектуры Classic на несколько процессоров. Из-за того что каждый клиент обслуживается независимым процессом, ОС спокойно "рассаживает" эти процессы по различным процессорам, динамически распределяя нагрузку при помощи системных средств управления приоритетами процессов, стоящих в очередь за использованием ресурсов процессора

В результате действительно можно получить значительный выигрыш от многопроцессорной системы, соответствующий затратам на это оборудование.

Во-вторых, использование памяти и процессора при выполнении "тяжелых" запросов. Если мы запускаем какой-то очень интенсивно работающий с базой запрос, то он выполняется в рамках одного серверного процесса, обслуживающего данного клиента, не останавливая при этом остальные. Приоритет "тяжелого" запроса (фактически процесса) падает по мере увеличения времени использования им ресурсов процессора и он начинает "уступать дорогу" более приоритетным процессам других соединений, выполняющим короткие запросы, т. е. процессор занят на 90%, но на долю "долгожителя" приходится 80-70-60- 50-40 %... Он замедляет остальные, это заметно, но терпимо, и главное - у пользователя не возникает ощущения "подвешенности".