INGENIERÍA DEL SOFTWARE CLIENTES - SERVIDOR

  A finales de siglo, el desarrollo de una nueva generación de máquinas herramientas capa ces de soportar fuertes tolerancias dieron poder a los ingenieros que diseñaban un pro- ceso nuevo de fabricación llamado producción en masa. Antes de la llegada de esta tecnología avanzada de máquinas herramientas, no se podían soportar fuertes tolerancias. Pero con esta tecnología se podían construir piezas intercambiables y fácilmente ensamblables la piedra angular de la producción en masa.

Cuando se va a desarrollar un sistema basado en computadora, un ingeniero de software se ve restringido por las limitaciones de las tecnologías existentes y potenciadas cuando las tecnologías nuevas proporcionan capacidades que no estaban disponibles para las generaciones anteriores de ingenieros. La evolución de las arquitecturas distribuidas de computadora ha capacitado a los ingenieros de sistemas y del software para desarrollar nuevos enfoques sobre cómo se estructura el trabajo y cómo se procesa la información dentro de una empresa.

Las nuevas estructuras de las organizaciones y los nuevos enfoques de proceso de información (por ejemplo: tecnologías intranet e Intemet, sistemas de apoyo a las decisiones, software de grupo, e imágenes) representan una salida radical de las primeras tecnologías basadas en minicomputadoras o en mainframes. Las nuevas arquitecturas de computadora han proporcionado la tecnología que ha hecho posible que las empresas vuelvan a diseñar sus procesos de negocio.

En este capítulo, examinaremos una arquitectura dominante para el proceso de información -los sistemas clientelservidor (C/S) dentro del contexto de los sistemas de comercio electrónico-. Los sistemas clientehervidor han evolucionado junto con los avances de la informática personal, en la ingeniería del software basada en componentes, con las nuevas tecnologías de almacenamiento, comunicación mejorada a través de redes, y tecnología de bases de datos mejoradas. El objetivo de este capítulo' es presentar una visión global y breve de los sistemas Cliente - servidor con un énfasis especial en los temas de la ingeniería del software que deben de afrontarse cuando se analizan, diseñan, prueban y se da soporte a dichos sistemas C/S.

Sistema distribuidos:


 Clientes y servidores

El propósito de esta sección es introducir tanto la idea de cliente como la de servidor. Estos son los bloques básicos de construcción de un sistema distribuido y, de esta manera, cuando se describa el diseño y el desarrollo de dichos sistemas, será necesario tener conocimiento de sus funciones y de su capacidad.

Un servidor es una computadora que lleva a cabo un servicio que normalmente requiere mucha potencia de procesamiento. Un cliente es una computadora que solicita los servicios que proporciona uno o más servidores y que también lleva a cabo algún tipo de procesamiento por sí mismo. Esta forma de organización de computadoras es totalmente diferente a los dos modelos que dominaron los años ochenta y principios de los noventa.

El primer modelo se conoce como procesamiento central (host). En este modelo de organización todo el procesamiento que se necesitaba para una organización se llevaba a cabo por una computadora grande -normalmente una mainframe- mientras que los usuarios emplean sencillas terminales informáticas o PCs de muy poca potencia para comunicarse con el central. Los dos problemas más serios son la dificultad de mejorar y de copiar con interfaces IGU modernas. A medida que las aplicaciones van siendo más grandes, la carga de una mainframe común llega al punto en que también necesita mejorar y normalmente con hardware de procesamiento nuevo, memoria o almacenamiento de archivos. Mejorar dichas computadoras es más fácil que antes; sin embargo, puede resultar un proceso moderadamente difícil y caro -es ciertamente más caro y más difícil que añadir un servidor nuevo basado en PC a un conjunto de computadoras configuradas como clientes y servidores-. El segundo problema es hacerse con interfaces IGU modernas. Para ordenar a una computadora que visualice incluso una pantalla relativamente primitiva relacionada, digamos, con unos cuantos botones y una barra de desplazamiento de la misma, conlleva tanto tráfico en las líneas de comunicación que un sistema podría colapsarse fácilmente con los datos que se utilizan para configurar y manterer una serie de interfaces basadas en IGUs.

El segundo modelo de computación es en donde hay un grupo de computadoras actuando como servidores,pero poseen poco procesamiento que llevar a cabo. Normalmente estos terminales poco inteligentes actuarían como servidores de archivos o servidores de impresión

para un número de PCs potentes o minicomputadoras que llevarían a cabo el procesamiento y estarían conectados a una red de área local. Las computadoras cliente solicitarían servicios a gran escala, como es obtener un archivo, llevando a cabo entonces el procesamiento de dicho archivo. De nuevo, esto conduce a problemas con el tráfico en donde, por ejemplo, la transmisión de archivos grandes a un número de clientes que requieren simultáneamente estos archivos hace que el tiempo de respuesta de la red vaya tan lento como una tortuga.

La computación cliente/servidor es un intento de equilibrar el proceso de una red hasta que se comparta la potencia de procesamiento entre computadoras que llevan a cabo servicios especializados tales como acceder a bases de datos (servidores), y aquellos que llevan a cabo tareas tales como la visualización IGU que es más adecuado para el punto final dentro de la red. Por ejemplo, permite que las computadoras se ajusten a tareas especializadas tales como el procesamiento de bases de datos en donde se utilizan hardware y software de propósito especial para proporcionar un procesamiento rápido de la base de datos comparado con el hardware que seencuentra en las mainframes que tienen que enfrentarse con una gran gama de aplicaciones.

Categorías de servidores

Ya se ha desarrollado una gran variedad de servidores. La siguiente lista ampliada se ha extraído de [ORF99]:

Servidores de archivos. Un servidor de archivos proporciona archivos para clientes. Estos servidores se utilizan todavía en algunas aplicaciones donde los clientes requieren un procesamiento complicado fuera del rango normal de procesamiento que se puede encontrar en bases de datos comerciales. Por ejemplo, una aplicación que requiera el almacenamiento y acceso a dibujos técnicos, digamos que para una empresa de fabricación, utilizaría un servidor de archivos para almacenar y proporcionar los dibujos a los clientes. Tales clientes, por ejemplo, serían utilizados por ingenieros quienes llevarían a cabo operaciones con dibujos, operaciones que serían demasiado caras de soportar, utilizando una computadora central

potente. Si los archivos solicitados no fueran demasiado grandes y no estuvieran compartidos por un número tan grande de usuarios, un servidor de archivos sería una forma excelente de almacenar y procesar archivos.

Servidores de bases de datos. Los servidores de bases de datos son computadoras que almacenan grandes colecciones de datos estructurados. Por ejemplo, un banco utilizaría un servidor de bases de datos para almacenar registros de clientes que contienen datos del nombre de cuenta, nombre del titular de la cuenta, saldo actual de la cuenta y límite de descubierto de la cuenta.

Una de las características de las bases de datos que invalidan la utilización de los servidores de archivos es que los archivos que se crean son enormes y ralentizan el tráfico si se transfirieran en bloque al cliente. Afortunadamente, para la gran mayoría de aplicaciones no se requiere dicha transferencia.

Actualmente una base de datos bancaria típica tendrá millones de registros, sin embargo, las consultas anteriores conllevarían transferir datos a un cliente que sería solamente una fracción muy pequeña del tamaño.

En un entorno de bases de datos clientehervidor los clientes envían las consultas a la base de datos, normalmente utilizando alguna IGU. Estas consultas se envían al servidor en un lenguaje llamado SQL (Lenguaje de Consultas Estructurado). El servidor de bases de datos lee el código SQL, lo interpreta y, a continuación, lo visualiza en algún objeto HCI tal como una caja de texto. El punto clave aquí es que el servidor de bases de datos lleva a cabo todo el procesamiento, donde el cliente lleva a cabo los procesos de extraer una consulta de algún objeto de entrada, tal como un campo de texto, enviar la consulta y visualizar la respuesta del servidor de la base de datos en algún objeto de salida, tal como un cuadro de desplazamiento.

Servidores de software de grupo. Software de grupo es el término que se utiliza para describir el software que organiza el trabajo de un grupo de trabajadores. Un sistema de software de grupo normalmente ofrece las siguientes funciones:

Gestionar la agenda de los individuos de un equipo de trabajo.

Gestionar las reuniones para un equipo, por ejemplo, asegurar que todos los miembros de un equipo que tienen que asistir a una reunión estén libres cuando se vaya a celebrar.

Gestionar el flujo de trabajo, donde las tareas se distribuyen a los miembros del equipo y el sistema de software de grupo proporciona información sobre la finalización de la tarea y envía un recordatorio al personal que lleva a cabo las tareas.

Gestionar el correo electrónico, por ejemplo, organizar el envío de un correo específico a los miembros de un equipo una vez terminada una tarea específica.

Servidores Web. Los documentos Web se almacenan como páginas en una computadora conocida como servidor Web. Cuando se utiliza un navegador (browser) para ver las páginas Web normalmente pincha sobre < j enlace en un documento Web existente. Esto dará como resultado un mensaje que se enviará al servidor Web que contiene la página. Este servidor responderá entonces enviando una página a su computadora, donde el navegador pueda visualizarlo. De esta manera los servidores Web actúan como una forma de servidor de archivos, administrando archivos relativamente pequeños a usuarios, quienes entonces utilizan un navegador para examinar estas páginas. Para comunicarse con un navegador Web, un cliente que utiliza un navegador está haciendo uso a su vez de un protocolo conocido como HTTP.

Servidores de correo.Un servidor de correo gestiona el envío y recepción de correo de un grupo de usuarios. Para este servicio normalmente se utiliza un PC de rango medio. Existen varios protocolos para el correo electrónico. Un servidor de correo estará especializado en utilizar solo uno de ellos.

Servidores de objetos. Uno de los desarrollos más excitantes en la informática distribuida durante los últimos cinco años ha sido el avance realizado, tanto por parte de los desarrolladores, como por parte de los investigadores, para proporcionar objetos distribuidos. Estos son objetos que se pueden almacenar en una computadora, normalmente un servidor, con clientes capaces de activar la funcionalidad del objeto enviando mensajes al objeto, los cuales se corresponden con métodos definidos por la clase de objeto. Esta tecnología liberará finalmente a los programadores de la programación de bajo nivel basada en protocolos requerida para acceder a otras computadoras de una red. En efecto, esto permite que el programador trate a los objetos a 'distancia como si estuvieran en su computadora local. Un servidor que contiene objetos que pueden accederse a distancia se conoce como servidor de objetos.

Servidores de impresión. Los servidores de impresión dan servicio a las solicitudes de un cliente remoto. Estos servidores tienden a basarse en PCs bastante baratos, y llevan a cabo las funciones limitadas de poner en cola de espera las peticiones de impresión, ordenar a la impresora que lleve a cabo el proceso de impresión einformar a las computadoras cliente que ya ha finalizado una petición de impresión en particular.

Servidores de aplicaciones. Un servidor de aplicaciones se dedica a una aplicación única. Tales servidores suelen escribirse utilizando un lenguaje tal como Java o C++. Un ejemplo típico del servidor que se utiliza en el dibujo de un fabricante de aviones que gestionaba las versiones diferentes de dibujos producidos por el personal técnico iría dirigido a algún proceso de fabricación.

Software intermedio (middleware) Hasta el momento probablemente ya tenga la impresión de que la comunicación entre cliente y servidor es directa. Desgraciadamente, esto no es verdad: normalmente existe por lo menos una capa de software entre ellos. Esta capa se llama software intermedio (rniddíeware). Ésta muestra la comunicación entre un cliente ejecutando un navegador como Internet Explorer y un servidor Web.

¿Qué es el comercio electrónico?

Para ilustrar la apariencia de un sistema distribuido examinaremos un ejemplo tomado de un área de aplicación conocida como comercio electrónico. En un sentido amplio, el término «comercio electrónico» (Ecommerce) se puede definir como la aplicación de la tecnología de sistemas distribuidos que apoya las operaciones comerciales.

Sistemas para simular alguna actividad comercial en tiempo real utilizando tecnología de red. Un buen ejemplo de este tipo de sistemas es una subasta en la red.Un sistema de subasta típico solicitaría artículos a los usuarios de Internet, ubicaría los datos en una página Web y entonces comenzaría la oferta para ese artículo. Normalmente la compañía de subastas

especificaría un período de oferta para así darla por finalizada.

Sistemas que proporcionan algún servicio basado en red para usuarios. Probablemente los más conocidos son los que ofrecen cuentas de correo gratis, donde los ingresos de dicha empresa probablemente procedan de la publicidad en las páginas Web que se utilizan para ese sitio Web. Estas son compañías que mediante un honorario monitorizan su sitio Web y le envían un mensaje, normalmente por correo electrónico o mediante un buscador si han detectado un problema, como el mal funcionamiento del servidor que se utiliza para el sitio Web.

Sistemas que proporcionan servicios de asesoramiento. Los sistemas típicos de este tipo son los que procesan una descripción de artículos, como un CD, para los que establecerán el mejor precio, después de haber explorado un número de sistemas de venta en la red.

Sistemas internos que el cliente no ve, pero que dan soporte a más actividades comerciales convencionales. Por ejemplo, un sistema que apoya el suministro de mercancías a un comerciante minorista de la calle.

Tecnología usadas para el comercio electrónico.

Existen varias tecnologías basadas en red que se utilizanpara las aplicaciones de comercio electrónico. Antes de describirlas merece la pena decir que muchas tecnologías antiguas todavía se utilizan para este tipo de aplicación;el mejor ejemplo es el uso de la tecnología de bases de datos relacionales para proporcionar almacenesde datos a gran escala.

Paquetes cliente/servidor

Este término describe las colecciones de software que normalmente llevan a cabo algún tipo de procesamiento de sistemas. A continuación, se muestra un grupo de

ejemplos típicos de paquetes de software: Paquetes de reproducción de datos. Este tipo de software realiza una transacción en la base de datos y la aplica a un número de bases de datos reproducidas, evitando así acceder a estas bases de datos hasta que estén todas en sincronización.

Paquetes de seguridad. Estos son paquetes que monitorizan el tráfico dentro de un sistema distribuido y avisan al administrador de sistemas de la aparición de cualquier violación posible en la seguridad. Por ejemplo, el hecho de que alguien intente entrar en un sistema con una contraseña sin reconocer.

Monitores de transacciones. Estos son paquetes de software que administran las transacciones que tienen lugar dentro de un sistema distribuido y aseguran que se devuelvan los datos correctos como resultado de una transacción y en el orden correcto. Muchas de las funciones de estos monitores tienen que ver con asegurar que los resultados correctos se devuelvan incluso en el entorno en donde podrían aparecer errores de hardware o de transmisión.

El diseño de sistemas distribuidos.

 Correspondencia del volumen de transmisión con los medios de transmisión

Este es uno de los principios más obvios. Esto significaque para un tráfico denso de datos en un sistema distribuido se deberían utilizar medios de transmisión rápidos (y caros). El proceso de asignar tales medios normalmente tiene lugar después de haber tomado decisiones sobre la potencia de procesamiento de distribución en un sistema y, algunas veces, conlleva unas ligeras iteraciones al final de la fase de diseño.

 Mantenimiento de los datos más usados en un almacenamiento rápido

Este principio también es obvio. Requiere que el diseñador examine los patrones de datos en un sistema y asegure que los datos a los que se accede frecuentemente se guarden en algún medio de almacenamiento rápido. En muchos sistemas tales datos pueden constituir no más del 5 por 100 de los datos originales almacenados en el sistema, y de esta manera permite utilizar con frecuencia las estrategias que conllevan el almacenamiento de estos datos dentro de la memoria principal.

Mantenimiento de los datos cerca de donde se utilizan.

Este principio de diseño intenta reducir el tiempo que pasan los datos en medios lentos de transmisión. Muchos de estos sistemas son en donde los usuarios acceden con frecuencia a un subconjunto de datos. Por ejemplo, un sistema distribuido usado en una aplicación bancaria contendría bases de datos con datos de las cuentas de los clientes, en donde la mayor parte de las consultas a las bases de datos de las sucursales las realizarán los clientes de esa sucursal; entonces, si los datos de un sistema bancario se distribuyen a los servidores de las sucursales, y los datos asociados a los clientes de esa sucursal están en esa sucursal, el resto de los datos podrían estar en otros servidores con otras ubicaciones, y cualquier consulta que se originara sobre los datos se tendría que comunicar a través de líneas lentas de transmisión.

Utilización de la duplicación de datos todo lo posible

La duplicación consiste en mantener múltiples copias de datos en un sistema al mismo tiempo. Existen muchas razones para la duplicación de datos. La primera es que hay que asegurar la redundancia que permite que un sistema distribuido continúe funcionando aun cuando una computadora con datos importantes quede fuera de servicio normalmente por un mal funcionamiento del hardware.

La otra razón es que proporciona una forma de implementar el principio dilucidado en la sección anterior: el de asegurar que los datos estén ubicados cerca de donde se utilizan. Por ejemplo, una compañía hotelera con una base central de reservas que hace el seguimiento de todas las reservas de las habitaciones para todos sus hoteles. Es posible que esta compañía tenga dos puntos de contacto para clientes que deseen hacer las reservas: los hoteles en sí y una oficina central de reservas. Una forma de asegurar el alto rendimiento es duplicando los datos asociados a un hotel en particular y guardar los dato? en el servidor ubicado en el hotel.

Esto significa que cualquier reserva realizada por el hotel solo necesitará acceder a una base de datos local y no requerirá ningún tráfico en la línea lenta de transmisión. Esto suena a un principio muy simple de implementación sencilla. Desafortunadamente, las cosas nunca son tan simples. En el ejemplo de las reservas de hoteles no hay necesidad de que las bases de datos asociadas a los hoteles se comuniquen con la base de datos central. La razón que apoya esto es el hecho de que también habrá clientes que utilicen la oficina central de reservas, así como clientes realizando reservas de habitaciones que ofrecen los mismos hoteles. A menos que haya coordinación entre la base de datos de la oficina central de reservas y las bases de datos individuales duplicadas de cada hotel, surgirán problemas: por ejemplo, el hecho de decir que hay una habitación libre en un momento concreto en un hotel a un cliente que utiliza el servicio central de reservas aun cuando esa habitación ya ha sido reservada por otro cliente que ha llamado directamente al hotel.

El problema anterior implica que en un sistema donde hay una relación dinámica entre las bases de datos individuales existe la necesidad entonces de que cada base de datos mantenga informadas de los cambios a otras bases de datos, y de que aseguren que los cambios se reflejen en todos los datos duplicados. Esto también implica la aparición de retrasos porque las transacciones permanecerán en cola esperando a que la base de datos se sincronice con otras bases de datos. Esto no significa que se tenga que utilizar la duplicación de datos, lo que significa es que se necesita un diseño cuidadoso para minimizar la cantidad de gastos asociados a él en las transmisiones.

Hay que señalar que en los sistemas distribuidos donde existe menos relación dinámica entre los datos, se pueden emplear estrategias más simples que eliminen muchos de los gastos. Por ejemplo, un banco normalmente lleva a cabo transacciones una vez al día en las bases de datos de los clientes y normalmente después del cierre del negocio. Esto significa que un sistema bancario distribuido puede duplicar datos en sus sucursales y solamente puede volver a copiar los datos cambiados en las bases de datos una vez al día: no habría necesidad de coordinar las bases de datos con frecuencia durante el día de trabajo. Habría que señalar también que esta subsección ha ratado la duplicación de datos en función de mantener los datos cerca de los usuarios para reducir el tiempo de transmisión con medios lentos. Hay otras razones para duplicar los datos, por ejemplo una base de datos que se utiliza mucho tendrá colas de transacciones preparadas y esperando a ejecutarse. Estas colas se pueden reducir disfrutando de bases de datos idénticas mantenidas en otros servidores de bases de datos concurrentes.

Eliminar cuellos de botella

En un sistema distribuido un servidor se convierte con frecuencia en un cuello de botella: tiene que manipular tanto tráfico que se construyen grandes colas de transacciones esperando a ejecutarse, con el resultado de que los servidores que están esperando los resultados del procesamiento estarán, en el mejor de los casos, ligeramente cargados y, en el peor, inactivos. La estrategia normal para manipular cuellos de botella es compartir la carga de procesamiento entre los servidores, normalmente servidores físicamente cerca del que está sobrecargado.

Minimizar la necesidad de un gran conocimiento del sistema

Los sistemas distribuidos suelen necesitar conocer el estado del sistema completo, por ejemplo, podría ser que necesitaran conocer la cantidad de registros de una base de datos central. El hecho de necesitar este conocimiento genera más tráfico reduciendo así la eficiencia de un sistema, ya que generará tráfico extra a lo largo de las líneas de transmisión. El diseñador de un sistema distribuido en primer lugar necesita minimizar que el sistema dependa de datos globales, y entonces asegurar que el conocimiento necesario se comunique rápidamente a aquellos componentes del sistema que lo requieran.

Agrupar datos afines en la misma ubicación

Los datos que están relacionados deberían de estar dentro del mismo servidor. Por ejemplo, en una aplicación de reservas en un sistema de vacaciones, los paquetes individuales de vacaciones deberían de estar cerca de los datos que describen las reservas actuales de ese paquete. Ubicar por separado los datos en diferentes servidores asegura que los medios de baja transmisión y muy cargados se cargarán incluso más. El diseñador de un sistema distribuido debe asegurarse de que los datos relacionados gracias al hecho de que se suelen recuperar juntos tendrán que residir lo más cerca posible, preferiblemente en el mismo servidor, o si no, y no de manera tan preferible, en servidores conectados a través de medios de transmisión rápidos tales como los medios utilizados en una red de área local.

Considerar la utilización de servidores dedicados a funciones frecuentes

Algunas veces se puede lograr un mayor rendimiento mediante la utilización de un servidor de empleo específico para una función en particular en lugar de, por ejemplo, un servidor de bases de datos.

 Correspondencia de la tecnología con las exigencias de rendimiento

Muchas de las tecnologías que se estudian en este capítulo tienen pros y contras, y un factor importante aquí son las demandas de rendimiento de una tecnología en particular. Por ejemplo, como medio de comunicación, las conexiones (sockets) normalmente son un medio de comunicación mucho más rápido que los objetos distribuidos. Cuando el diseñador elige una tecnología debe de tener conocimiento de la transmisión y de las cargas de procesamiento que conlleva, y seleccionar una tecnología que minimice estas cargas.

Empleo del paralelismo todo lo posible

Una de las ventajas principales de la tecnología cliente-servidor es el hecho de que se pueden añadir servidores y, hasta cierto punto, elevar el rendimiento del sistema. Muchas funciones del comercio electrónico pueden beneficiarse de la ejecución que están llevando a cabo diferentes servidores en paralelo. Esta no es una decisión sencilla. Mediante el empleo de varios servidores, el diseñador está creando la necesidad de que estos servidores se comuniquen, por ejemplo, un servidor puede que necesite a otro para completar una tarea en particular antes de finalizar la suya propia. Esta comunicación puede introducir retrasos y, si el diseñador no tiene cuidado, pueden negar los avances de rendimiento que se han logrado utilizando el paralelismo.