Корпоративные информационные системы (КИС)

В соответствии с идеологией MRP/ERP эта подсистема полностью интегрирована со всеми остальными и позволяет оперативно получать информацию о финансовых потоках, связанных с потоками материальными (рисунок 7.9), о текущем финансовом состоянии компании, и помогает находить оптимальные финансово -экономические решения. Сквозное управление материальными потоками находит свое отражение в управлении финансовыми потоками (движении денежных средств).

В подсистеме реализована функциональность:

General Ledger - главная бухгалтерская книга, предназначенная для отражения финансовых транзакций и ведения бухгалтерского учета;

Multiple Currency - мультивалютность, для ведения учета в разных валютах;

Accounts Receivable -дебиторская задолженность;

Accounts Payable -кредиторская задолженность;

Payroll -заработная плата;

Cost Management -управление себестоимостью;

Cash Management -управление платежами;

Fixed Assets -учет основных средств.

Рисунок 7.9 - Обращение финансовых и материальных потоков

Модель MRP/ERP реализована в ряде информационных систем (ERP -систем) корпоративного уровня. Согласно статистическим данным, полученным при анализе использования ERP-систем в США, результатом внедрения таких систем на предприятиях является сокращение объемов запасов в среднем на 17 %, уменьшение затрат за закупку сырья и материалов на 7 %, повышение рентабельность производства в среднем на 30% и качества выпускаемой продукции на 60%.

Достоинством и одновременно недостатком классических систем ERP (SAP R/3, BAAN, Oracle Application) является их универсальность. У них есть модели для любого типа производственного процесса, и количество автоматизированных рабочих мест определяется исключительно финансовыми возможностями заказчика. Проект с использованием такой системы не может обойтись дешевле 500 тысяч долларов, а чаще всего стоит несколько миллионов долларов. Эти системы оптимальны для компаний, ведущих масштабный бизнес.

Для компаний среднего масштаба или имеющих не слишком диверсифицированный бизнес больше подходят другие системы ERP. Эти продукты более специализированы и предназначены для самого массового сегмента рынка -среднего и малого бизнеса, то есть для компаний с годовым оборотом от 3 до 10 млн. долларов и количеством работающих от 100 до 1000 человек. Типовая стоимость проекта по внедрению такой системы составляет от 50 до 250 тысяч долларов.

8. Основные аспекты автоматизации деятельности предприятия на примере финансово-управленческих систем

Современные системы автоматизации условно можно разделить на два типа: западные системы управления, реализующие принципы Enterprise Resource Planning (ERP) (основа - планирование производства), и программные комплексы отечественных разработчиков. Последние также часто называют финансово-управленческими (финансово-учетными) системами, потому что главное их назначение - управление и учет материальных и финансовых ценностей.

Основные черты финансово-учетных систем

Как правило, эти системы имеют модульную архитектуру, т. е. состоит из ряда подсистем, отвечающих за отдельные участки автоматизации. Все модули используют единое информационное пространство - ведутся общие списки товаров, клиентов и пр. Благодаря модульной архитектуре можно выбрать конфигурацию комплекса, максимально отражающую структуру компании и предоставляющую только необходимые функции. Типовой состав подсистем позволяет приблизительно оценить возможности финансово-учетных систем:

центральная бухгалтерия - ядро комплекса, ведет учет на уровне бухгалтерских счетов и проводок, формирует баланс предприятия;

учет хозяйственных операций - торгово-закупочная деятельность, складской учет

касса - формирование приходных и расходных ордеров, подготовка авансовых отчетов, ведение кассовых книг;

учет счетов-фактур - ведение журналов счетов-фактур, книг продаж и покупок в зависимости от учетной политики предприятия (по отгрузке и оплате) в полном соответствии с последними постановлениями по бухучету;

розничная торговля - учет продаж товаров в розницу;

основные фонды - учет основных средств, ведение инвентарных карточек основных средств, актов движения, прихода, списания; расчет амортизации;

кадровая служба - учет сотрудников предприятия, ведение штатного расписания, учет больничных, отпускных, командировочных;

зарплата - расчет как сдельной, так и повременной зарплаты, подготовка отчетности в Пенсионный фонд и Государственную Налоговую инспекцию;

учет ТМЦ - ведение картотеки товарно-материальных ценностей, карточек складского учета, формирование актов прихода, движения, расчет амортизации.

Как правило, финансово-учетные системы состоят из модулей, автоматизирующих материальный учет, кадровый учет, составление бухгалтерской отчетности, а также автоматизацию основной деятельности организации. Но если область внутреннего учета более или менее одинакова для всех организаций, то для основной деятельности это не так: программные комплексы для разных отраслей значительно отличаются друг от друга. Поэтому можно сказать, что финансово-учетная система - это, по существу, внутренний учет плюс отраслевое решение.

Естественно, организация бизнес-процессов может значительно различаться на разных предприятиях даже в рамках одной отрасли. Так что система автоматизации должна уметь изменять свои функциональные возможности в довольно широком диапазоне. Обычно это достигается с помощью встроенного в комплекс языка программирования, позволяющего описывать нетипичные (не осуществленные в тиражной версии продукта) решения. Современная система управления состоит из двух частей: неизменяемого ядра и дополнительного набора функций, создаваемого с использованием встроенных средств настройки. Очень важный момент - как соотносятся между собой эти части: если большинство функций "зашито" в ядре, то программный комплекс получится негибким; в противном случае резко возрастет объем работ по настройке системы на конкретное предприятие.

Рисунок 8.1 - Схема применения финансово-учетных систем на предприятии

В общем виде схема применения финансово-учетных систем на предприятии представлена на рисунке 8.1. Как видим, финансово-учетные системы охватывают практически всю сферу деятельности организации, за исключением производства. Однако многие фирмы-разработчики ПО сейчас ведут работы по устранению этого недостатка, добавляя все новые модули в действующие программные комплексы. Таким образом, можно выделить следующие характерные особенности существующих ныне финансово-учетных систем:

модульная архитектура: программный комплекс состоит из ряда подсистем, автоматизирующих отдельные участки учета;

принцип автоматизированного рабочего места (АРМ): при настройке системы принимаются во внимание обязанности конкретных сотрудников;

традиционно слабые возможности учета производственной деятельности;

адаптация к специфике российского законодательства и бухгалтерского учета;

система нацелена именно на учет и лишь предоставляет необходимую для принятия управленческого решения отчетную информацию о состоянии организации.

9. Области применения и примеры реализации информационных технологий управления корпорацией

В последние несколько лет компьютер стал неотъемлемой частью управленческой системы предприятий. Современный подход к управлению предполагает вложение денег в информационные технологии. Причем чем крупнее предприятие, тем больше должны быть подобные вложения.

Благодаря стремительному развитию информационных технологий наблюдается расширение области их применения. Если раньше чуть ли неединственной областью, в которой применялись информационные системы, была автоматизация бухгалтерского учета, то сейчас наблюдается внедрение информационных технологий во множество других областей. Эффективное использование корпоративных информационных систем позволяет делать более точные прогнозы и избегать возможных ошибок в управлении.

Из любых данных и отчетов о работе предприятия можно извлечь массу полезных сведений. И информационные системы как раз и позволяют извлекать максимум пользы из всей имеющейся в компании информации.

Именно этим фактом и объясняются жизнеспособность и бурное развитие информационных технологий -- современный бизнес крайне чувствителен к ошибкам в управлении, и для принятия грамотного управленческого решения в условиях неопределенности и риска необходимо постоянно держать под контролем различные аспекты финансово-хозяйственной деятельности предприятия (независимо от профиля его деятельности).

Поэтому можно вполне обоснованно утверждать, что в жесткой конкурентной борьбе большие шансы на победу имеет предприятие, использующее в управлении современные информационные технологии.

Рассмотрим наиболее важные задачи, решаемые с помощью специальных программных средств.

9.1 Бухгалтерский учет

Бухгалтерский учет -- классическая и наиболее часто реализуемая на сегодняшний день область применения информационных технологий. Такое положение вполне объяснимо. Во-первых, ошибка бухгалтера может стоить очень дорого, поэтому очевидна выгода автоматизации бухгалтерии. Во-вторых, задача бухгалтерского учета довольно легко формализуется, так что разработка систем автоматизации бухгалтерского учета не представляет технически сложной проблемы.

Тем не менее разработка систем автоматизации бухгалтерского учета является весьма трудоемкой. Это связано с тем, что к системам бухгалтерского учета предъявляются повышенные требования в отношении надежности, максимальной простоты и удобства в эксплуатации. Следует отметить также постоянные изменения в бухгалтерском и налоговом учете.

9.2 Управление финансовыми потоками

Внедрение информационных технологий в управление финансовыми потоками также обусловлено критичностью этой области управления предприятия к ошибкам. Неправильно построив систему расчетов с поставщиками и потребителями, можно спровоцировать кризис наличности даже при налаженной сети закупки, сбыта и хорошем маркетинге. И наоборот, точно просчитанные и жестко контролируемые условия финансовых расчетов могут существенно увеличить оборотные средства фирмы.

9.3 Управление складом, ассортиментом, закупками

Далее, можно автоматизировать процесс анализа движения товара, тем самым отследив и зафиксировав те двадцать процентов ассортимента, которые приносят восемьдесят процентов прибыли. Это же позволит ответить на главный вопрос -- как получать максимальную прибыль при постоянной нехватке средств?

«Заморозить» оборотные средства в чрезмерном складском запасе -- самый простой способ сделать любое предприятие, производственное или торговое, потенциальным инвалидом. Можно просмотреть перспективный товар, вовремя не вложив в него деньги.

9.4 Управление производственным процессом

Оптимальное управление производственным процессом представляет собой очень трудоемкую задачу. Основным механизмом здесь является планирование.

Автоматизированное решение подобной задачи дает возможность грамотно планировать, учитывать затраты, проводить техническую подготовку производства, оперативно управлять процессом выпуска продукции в соответствии с производственной программой и технологией.

Очевидно, что чем крупнее производство, тем большее число бизнес-процессов участвует в создании прибыли, а значит, использование информационных систем жизненно необходимо.

9.5 Управление маркетингом

Управление маркетингом подразумевает сбор и анализ данных о фирмах-конкурентах, их продукции и ценовой политике, а также моделирование параметров внешнего окружения для определения оптимального уровня цен, прогнозирования прибыли и планирования рекламных кампаний. Решения большинства этих задач могут быть формализованы и представлены в виде информационной системы, позволяющей существенно повысить эффективность маркетинга.

9.6 Документооборот

Документооборот является очень важным процессом деятельности любого предприятия. Хорошо отлаженная система учетного документооборота отражает реально происходящую на предприятии текущую производственную деятельность и дает управленцам возможность воздействовать на нее. Поэтому автоматизация документооборота позволяет повысить эффективность управления.

9.7 Системы поддержки принятия решений, системы интеллектуального анализа данных

Следующим немаловажным моментом в функционировании КИС является необходимость обеспечить помимо средств генерации данных также и средства их анализа. Имеющиеся во всех современных СУБД средства построения запросов и различные механизмы поиска хотя и облегчают извлечение нужной информации, но все же не способны дать достаточно интеллектуальную ее оценку, т. е. сделать обобщение, группирование, удаление избыточных данных и повысить достоверность за счет исключения ошибок и обработки нескольких независимых источников информации (как правило, не только корпоративных баз данных, но и внешних, расположенных, например, в Internet). Проблема эта становится чрезвычайно важной в связи с лавинообразным возрастанием объема информации и увеличением требований к инфосистемам по производительности -- сегодня успех в управлении предприятием во многом определяется оперативностью принятия решений, данные для которых и предоставляет КИС. В этом случае на помощь старым методам приходит оперативная обработка данных (On-Line Analitical Processing, OLAP). Сила OLAP заключается в том, что в отличие от классических методов поиска запросы здесь формируются не на основе жестко заданных (или требующих для модификации вмешательства программиста и, следовательно, времени, т. е. об оперативности речь идти не может) форм, а с помощью гибких нерегламентированных подходов. OLAP обеспечивает выявление ассоциаций, закономерностей, трендов, проведение классификации, обобщения или детализации, составление прогнозов, т. е. предоставляет инструмент для управления предприятием в реальном времени.

Не останавливаясь на тонкостях организации различных моделей OLAP (например, таких, как радиальная схема, “звезда”, “снежинка” или многомерные таблицы), суть работы OLAP можно описать как формирование и последующее использование для анализа массивов предварительно обработанных данных, которые еще называют предвычисленными индексами. Их построение становится возможным исходя из одного основополагающего предположения, -- будучи средством принятия решений, OLAP работает не с оперативными базами данных, а со стратегическими архивами, отличающимися низкой частотой обновления, интегрированностью, хронологичностью и предметной ориентированностью. Именно неизменность данных и позволяет вычислять их промежуточное представление, ускоряющее анализ гигантских объемов информации.

Сегодня доступен целый ряд различных систем OLAP, ROLAP (реляционный OLAP), MOLAP (многомерный OLAP) -- Oracle Express, Essbase (Arbor Software), MetaCube (Informix) и другие. Все они представляют собой дополнительные серверные модули для различных СУБД, способные обрабатывать практически любые данные. Интеграция КИС с системой оперативного анализа информации позволит во много раз увеличить эффективность первой, поскольку данные в ней будут не просто храниться, а работать.

9.8 Предоставление информации о предприятии

Активное развитие Интернета привело к необходимости создания корпоративных серверов для предоставления различного рода информации о предприятии. Практически каждое уважающее себя предприятие сейчас имеет свой веб-сервер. Веб-сервер предприятия решает ряд задач, из которых можно выделить две основные:

Создание имиджа предприятия;

Максимальная разгрузка справочной службы компании путем предоставления потенциальным и уже существующим абонентам возможности получения необходимой информации о фирме, предлагаемых товарах, услугах и ценах.

Кроме того, использование веб-технологий открывает широкие перспективы для электронной коммерции и обслуживания покупателей через Интернет.

10. Распределенные системы

В последние 2-3 года резко возрос интерес к так называемым распределенным системам. Под распределенными системами обычно понимают программные комплексы, составные части которых функционируют на разных компьютерах в сети. Эти части взаимодействуют друг с другом, используя ту или иную технологию различного уровня - от непосредственного использования сокетов TCP/IP до технологий с высоким уровнем абстракции, таких, как RMI или CORBA.

Рост популярности распределенных систем вызван существенным ужесточением требований, предъявляемых заказчиком к современным программным продуктам. Пожалуй, важнейшими из этих требований являются следующие:

Обеспечение масштабируемости систем, т.е. способности эффективно обслуживать как малое, так и очень большое количество клиентов одновременно.

Надежность создаваемых приложений. Программный комплекс должен быть устойчив не только к ошибкам пользователей (это определяется главным образом качеством клиентских приложений), но и к сбоям в системе коммуникаций. Надежность подразумевает использование транзакций, т.е. гарантированного перехода системы в процессе функционирования из одного устойчивого и достоверного состояния в другое.

Возможность непрерывной работы в течение длительного времени (так называемый режим 24x7, т.е. режим круглосуточной работы в течение недель и месяцев).

Высокий уровень безопасности системы, под которой понимается не только контроль доступности тех или иных ресурсов системы и защищенность информации на всех этапах функционирования, но и отслеживание выполняемых действий с высокой степенью достоверности.

Высокая скорость разработки приложений и простота их сопровождения и модификации с использованием программистов средней квалификации.

Оказалось, что обеспечить соответствие этим требованиям, используя традиционные технологии - а именно, двухзвенные системы “клиент-сервер”, в которых в качестве серверов выступают системы управления базами данных, почти невозможно.

Заметим, что далеко не для всех приложений вышеперечисленные требования являются существенными. Легко представить распределенную систему, которая функционирует на небольшом (до 100) количестве компьютеров, работающих в локальной сети, где нет проблем с перезапуском одного или двух-трех серверов в случае необходимости, а главными задачами, для решения которых используются распределенные технологии, являются задачи использования функциональности нескольких стандартных серверов приложений (например, текстовых процессоров, броузеров и электронных таблиц) в интересах клиентских задач. Необходимо иметь в виду, что термин “распределенные системы” относится к огромному числу задач самого разного класса.

Причины построении распределенной системы. Приведем некоторые из них:

Размещение часто используемых данных ближе к клиенту, что позволяет минимизировать сетевой трафик.

Расположение часто меняющихся данных в одном месте, обеспечивающее минимизацию затрат по синхронизации копий данных.

Увеличение надежности комплекса к единичным отказам серверов (горячее резервирование).

Понижение стоимости системы за счет использования группы небольших серверов вместо одного мощного центрального сервера.

Если в информационной системе наличествуют все перечисленные факторы, то распределенная база данных может оказаться хорошим решением. Часто распределение базы данных изначально определяется требованиями бизнеса, например когда объединяется информация нескольких крупных подразделений одной компании и требуется постоянный обмен данными между филиалами.

Решение о распределенной базе данных оправданно и для систем, где есть четко выраженные группа меняющихся данных и группа устойчивых данных, по которым выполняются отчеты. Тогда в самом простом варианте работают два сервера: один обслуживает часто меняющиеся данные -- это, как правило, OLTP (On-Line Transaction Processing. -- Прим. ред.), второй -- отчеты, то есть DSS (Decision Support System. -- Прим. ред.). Ряд СУБД не очень хорошо совмещает обработку OLTP- и DSS-потоков запросов, поскольку для этих двух типов потоков запросов оптимальные параметры конфигурации серверов будут различаться. Решение такой базы данных как распределенной может оказаться более выгодным.

Преимущества создания распределенной системы имеют свою цену -- должны быть обеспечены:

Непротиворечивость данных, независимо от того, какой клиент к какому серверу обратился.

Производительность распределенной базы данных должна удовлетворять требованиям заказчика, а это может оказаться более сложной задачей, чем в случае централизованной базы данных.

Надежность распределенной базы данных не должна уступать надежности централизованной базы данных.

Современные СУБД позволяют осуществлять запрос данных, находящихся на разных узлах распределенной сети в одном SQL-запросе. Прозрачность доступа СУБД также обеспечивают -- в каких-то реализациях хуже, в каких-то лучше. Одна из самых распространенных проблем -- более сложная обработка транзакций. Практически все промышленные реализации поддерживают только двухфазную фиксацию транзакций, а в этом режиме не все типы отказов разрешимы. Распределенный deadlock (взаимоблокировка. -- Прим. ред.) также может представлять значительную проблему, и большинство реализаций используют только таймауты для его детектирования.

Как бы то ни было, стратегия распределения данных должна определяться не политикой предприятия (что обычно пытается навязать руководство), а требованиями надежности и производительности системы. При построении распределенной базы данных следует уделить особое внимание проектированию топологии сети. Узлы распределенной базы данных должны быть соединены скоростными надежными линями связи. Это же касается линий соединения узлов базы данных и серверов приложений. Наличие низкоскоростного и ненадежного канала связи между узлами распределенной базы данных резко повышает количество детектируемых отказов сети.

В распределенной базе данных могут быть использованы следующие типы вызовов:

Удаленные DDL- и DML- операции, а также выборка данных.

Синхронные удаленные вызовы процедур.

Асинхронные удаленные вызовы процедур.

Непротиворечивые снимки.

Асинхронная симметричная репликация.

Синхронная симметричная репликация.

Вызов распределенного запроса (запрашивает данные на чтение и модификацию с нескольких узлов).

Распределенная база данных может обеспечить горизонтальную фрагментацию; например, в филиале чаще всего используют данные о клиентах, находящихся в городе N (CLIENT_PLACE = `N'). В этом случае на узле распределенной базы данных этого филиала может быть расположен фрагмент таблицы данных, выделенный согласно условию CLIENT_PLACE = `N'.

Стратегия распределения данных для каждой СУБД определяется по-своему и достойна отдельной книги. Определение стратегии преследует две цели: сократить нагрузку на сеть и сервер и/или повысить уровень готовности данных.

Следует отметить, что проектировщики должны четко представлять себе особенности реализации распределенной базы данных используемой СУБД. Не владеющий этой информацией проектировщик рискует создать нерабочую или плохо работающую схему, причем проявится это даже не на моделях, а в реальной эксплуатации. Если вы решили строить распределенную базу данных, позаботьтесь о наличии в штате квалифицированного администратора. Есть одно простое правило: проектировщик не может принять окончательного решения об определении стратегии распределения данных без администратора баз данных. Редко встречаются проектировщики, которые имеют практический опыт администрирования 2-3 серверов баз данных и которые реально работали на них с распределенными базами данных. Для каждой СУБД принципы, влияющие на детали распределения базы данных, индивидуальны.

Особый интерес представляет неоднородная распределенная база данных. Это то, что постоянно, но безуспешно пытаются изживать и проектировщики, и администраторы баз данных. Никто не любит иметь дело со шлюзами данных. Но если неоднородной распределенной базы избежать не удалось, уделите особое внимание выбору шлюзов данных, а также ПО, обеспечивающему синхронизацию информации базах данных под управлением разных СУБД. Если синхронизация данных на узлах под управлением одной СУБД может быть обеспечена самой СУБД (что реализуется большинством производителей), то синхронизация данных на узлах под управлением разных СУБД обеспечивается, как правило, специальным ПО. Тщательно оцените, что будет дешевле: использовать это ПО или импортировать данные и схему и сделать распределенную базу данных однородной.

Следует также отметить, что в подавляющем большинстве реализаций каждый из узлов распределенной базы данных может обслуживаться параллельным сервером баз данных, и это является важным критерием повышения производительности системы. Промышленные СУБД также используют параллельный доступ к хранилищам данных; RAID, например, могут размещать данные, используя не файловую систему операционной системы, а свою файловую систему. Реализация всех этих возможностей существенно различается у различных СУБД. Это означает, что выбор параллельного сервера баз данных должен осуществляться только после серьезных консультаций с администраторами тех СУБД, которые рассматриваются как возможные претенденты на роль сервера баз данных в проекте.

Метод распределения данных по дискам для поддержки параллельных вычислений во многом зависит и от особенностей реализации СУБД. Администратор базы данных не может выбрать такой метод в отрыве от особенностей конкретной информационной системы. Еще одна возможность параллельной обработки данных, предоставляемая СУБД: обработка одного запроса несколькими менеджерами ресурсов. В реализациях также имеется возможность использования одного хранилища данных несколькими серверами баз данных (Parallel Server). Такая архитектура может быть эффективно использована на кластерах.

10.1 Распределенные БД в Oracle и Oracle в распределенных БД

СУБД Oracle позволяет поддерживать связь не только между клиентами и сервером, но и между серверами. Построение распределенных БД открывает возможности для решения целого комплекса задач: собрать в единое целое данные, хранящиеся в разных местах, увеличить серверную мощность системы, добавив в нее новые серверы (воспользоваться так называемой горизонтальной масштабируемостью), сосредоточить данные в непосредственной близости от их потребителей, сохраняя при этом целостность системы, и многие другие.

Концепция построения распределенных БД в Oracle основана на децентрализованной их организации. Серверы взаимодействуют друг с другом с помощью уже знакомого нам протокола SQL*Net. Ссылки друг на друга - так называемые каналы связи БД (database links) - серверы хранят в качестве объектов БД. В свою очередь полное имя объекта может включать в себя канал связи (т. е. вместо самого объекта в локальной базе данных может храниться как бы ссылка на него): это, безусловно, требует обеспечения уникальности имен серверов ("сервисов" в терминологии Oracle) в сети, что достигается с помощью иерархической организации доменов, подобной существующей в Internet.

Поскольку вместо "настоящих" имен объектов можно использовать их синонимы (также в свою очередь являющиеся объектами БД), то приложение клиента может попросту не знать, является ли данный объект локальным для сервера, с которым установлена связь, или нет. Конечно, механизм каналов связи и синонимов - лишь внешняя сторона той системы, которая позволяет сделать структуру распределенной БД Oracle абсолютно прозрачной для приложений независимо от размещения данных и режима взаимодействия серверов. А таких вариантов организации Oracle предлагает множество - как говорится, на любой вкус, хотя точнее было бы сказать, для любой ситуации.

Синхронная связь без тиражирования данных

Рассмотрим сначала самый простой, с логической точки зрения, вариант, при котором любой объект распределенной БД хранится только в одном экземпляре (не тиражируется). Это неизбежно означает, что если какая-либо транзакция (или запрос) пользовательского приложения включает в себя обращения к удаленным (расположенным не на том сервере, с которым установлена связь) объектам, эта транзакция (запрос) не может быть завершена, пока все задействованные серверы не обменяются необходимой информацией (т. е. они взаимодействуют в синхронном режиме).

Наиболее сложные проблемы при этом возникают при выполнении транзакций, одновременно изменяющих данные, хранящиеся на нескольких серверах (такие транзакции называются распределенными в отличие от удаленных, которые хотя и изменяют удаленные данные, но только на одном сервере). Суть проблемы в том, что при любых обстоятельствах нужно обеспечить, чтобы транзакция либо завершилась, либо "откатилась" на всех затронутых ею серверах (в противном случае возникнет рассогласование данных в распределенной БД). Вот почему при работе распределенной БД требуется использовать двухфазную фиксацию транзакций.

Схема алгоритма двухфазной фиксации упрощенно сводится к тому, что на первой фазе (подготовке к фиксации) сервер-инициатор транзакции рассылает соответствующий запрос другим серверам (находящимся для него "в непосредственной видимости") и ждет ответа. Каждый из этих серверов может в случае необходимости повторить то же действие рекурсивно. Если все затронутые транзакцией серверы информируют о готовности к ее завершению в своих ответах, инициируется вторая фаза - собственно завершение транзакции.

Описанная схема действительно сильно упрощена, поскольку основные сложности при двухфазной фиксации транзакций начинаются тогда, когда встает вопрос об обеспечении корректного и предсказуемого поведения системы в случае выхода из строя отдельных серверов или временных разрывов линий связи. Самое простое - переложить решение данной проблемы на прикладного программиста (что фактически и делается в ряде СУБД), но, даже если это требуется в ограниченном наборе ситуаций, говорить о прозрачности структуры распределенной БД для приложений в таком случае уже нельзя. Реализация двухфазного завершения в Oracle такова, что все проблемы разрешаются автоматически, хотя возможность вмешательства администратора предусмотрена.

Как нетрудно догадаться, организация распределенной БД в данном варианте требует наличия надежных, постоянно доступных и достаточно быстрых линий связи между серверами. Как же быть, если все эти условия не выполнены?

Тиражирование данных

Предположим, что банк помимо центрального офиса имеет ряд филиалов, связанных с ним выделенными линиями связи, не обладающими, однако, достаточной пропускной способностью для подключения рабочих мест в филиалах к центральной БД в режиме клиентов. Напрашивается решение с использованием распределенной БД, организованной так, чтобы данные, чаще всего требующиеся в филиале, физически располагались на его локальном сервере. При этом возникает вопрос: как обеспечить возможность доступа из филиалов к центральной БД и из центрального офиса к данным в филиалах?

Если организовать распределенное хранение данных, как в предыдущем варианте, любой такой запрос (или транзакция) может выполняться с большой задержкой. В качестве выхода можно предложить хранить объекты данных в распределенной БД не в единственном экземпляре, а тиражировать их на всех серверах, где к ним может потребоваться быстрый доступ. Естественно при этом возникает необходимость каким-либо образом обеспечить синхронизацию различных копий одних и тех же данных, иначе распределенная БД потеряет свою целостность и превратится в хаос.

Отличие промышленных систем от игрушечных

Методика обеспечения целостности распределенной БД - лишь один из аспектов, определяющих упомянутое различие. Если попробовать сформулировать основной его критерий в общем виде, то, пожалуй, можно предложить следующую формулировку: в промышленной системе всегда можно дать однозначный ответ на вопрос "А что будет, если..?". Другими словами, промышленная система должна обеспечивать своими внутренними средствами предсказуемость своего состояния независимо от внешних условий. Безусловно, любое общее определение страдает неполнотой (в самом деле, формально наиболее предсказуемым является состояние системы, которая вообще никогда не работает), однако, по мнению автора, оно все-таки дает идею, необходимую для понимания сути утверждения о том, что Oracle предоставляет технологию для создания именно промышленных систем.

В качестве поясняющего примера вернемся к проблеме синхронизации тиражируемых данных. Рассмотрим вопрос об организации связи между серверами в распределенной БД. Очень соблазнительной является идея: если уж мы не требуем, чтобы целостность данных (в частности соответствие тиражированных копий друг другу) обеспечивалась в любой момент времени, нельзя ли организовать указанную связь на основе электронной почты? На первый взгляд, ничего опасного в этом нет, но вспомним, что электронная почта не гарантирует, что "письма" будут получены адресатом в той же последовательности, в которой они были посланы и даже что все они вообще будут получены. Даже если с помощью специального контроля на приеме последствия данной неоднозначности сводятся к минимуму, все равно оказывается невозможным предсказать, скажем, момент времени, когда информация об изменении одной из копий объекта дойдет до других его копий, и в каком состоянии к этому моменту эта изменившаяся копия будет находиться. Означает ли это, что электронной почтой в распределенной БД пользоваться вообще нельзя? И да, и нет. Все зависит от требований к системе. Если "свежесть" тиражированных данных требуется, допустим, в пределах суток, а последствия непредсказуемости системы и потери ее целостности не слишком разрушительны, то почему бы и нет? Но если все-таки требуется действительно промышленная система, то необходимо очень тщательно оценить все возможные последствия применения выбранного механизма взаимодействия и ввести в использование того же тиражирования такие ограничения, которые обеспечили бы требуемый уровень целостности системы.

Если вернуться к теме целостности распределенной БД с тиражируемыми данными, то при ее проектировании необходимо, как минимум, задать себе следующие вопросы.

Допустимо ли временное рассогласование тиражированных данных?

Если да, то в каких временных пределах должна осуществляться процедура их согласования, и каким образом она должна инициироваться?

Не могут ли привести сбои каких-либо элементов системы к безвозвратной потере целостности распределенной БД, всегда ли система будет корректно (и предсказуемо) вести себя в случае тех или иных сбоев?

Какова должна быть дисциплина работы с тиражированными данными, чтобы исключить возможность конфликтов между модификацией различных копий одних и тех же данных, или - если такие конфликты допускать - какова должна быть процедура их разрешения (в какой степени система будет способна делать это автоматически, и будет ли она извещать о возникновении конфликтов администратора)?

Варианты тиражирования данных в Oracle

Самым простым (и исторически реализованным первым) вариантом тиражирования в Oracle является механизм так называемых неизменяемых снимков (read-only snapshots). Он подразумевает создание удаленной копии таблицы (или ее подмножества), которая доступна только на чтение и обновляется по заданному сценарию и расписанию. Точнее, снимок определяется так же, как представление - view, т. е. он может быть основан и на нескольких таблицах.

Следующим по своей логической сложности вариантом является организация изменяемых снимков, предоставляющая возможность модификации удаленных копий. Однако, как и в предыдущем случае, отношения серверов при этом асимметричны (один из них является владельцем "оригинала" данных, хотя и подверженного удаленным изменениям).

Последним "атомарным" вариантом тиражирования в Oracle (ибо возможны также любые комбинации) является тиражирование с множественными хозяевами (multi-master site replication). При данном варианте полностью тиражируются целые наборы объектов БД (в них помимо таблиц могут входить индексы, представления, триггеры, пакеты хранимых процедур, синонимы, генераторы последовательностей). При этом тиражируются все определения и атрибуты объектов, так что в результате все хозяева их копий становятся равноправными. Любые изменения тиражированных данных непосредственно передаются ("распространяются") всем хозяевам (в отличие от варианта изменяемых снимков, где несколько снимков одного объекта могут обменяться изменениями только через посредство хозяина этого объекта). Такое решение, в частности, приводит к тому, что в системе не будет ни одного сервера, единичный выход из строя которого означал бы невозможность продолжения работы с набором тиражированных объектов.

Механизм распространения изменений в Oracle встроен в ядро системы и не требует использования никаких дополнительных программных продуктов. Любое изменение тиражированного объекта приводит в действие специальный триггер, который формирует вызов удаленной процедуры, необходимый для воспроизведения изменения во всех оставшихся копиях объекта. Далее в случае использования синхронного тиражирования сформированный вызов немедленно начинает выполняться, в случае же асинхронного тиражирования он помещается в специальную очередь отложенных вызовов, ожидая наступления момента своей передачи.

Очередь отложенных вызовов является объектом БД, а стало быть, ею можно управлять наряду с прочими объектами, после сбоев сервера она восстанавливается также вместе с другими.

Без дисциплины работать трудно

Теперь, когда общий механизм тиражирования ясен, попробуем разобраться в некоторых аспектах его применения.

Как уже упоминалось, возможны два режима тиражирования: синхронный, когда все изменения данных распространяются немедленно, и асинхронный, когда по отношению к этим изменениям применяется алгоритм "запомнить и передать" (store and forward), а момент передачи выбирается по заданному правилу (или явно инициируется, например, после восстановления связи).

Синхронный вариант оправдан, по-видимому, в примере с банком и его филиалами, приведенном в самом начале раздела (в случае асинхронного тиражирования появляется опасность, что нечистый на руку клиент банка может, к примеру, несколько раз закрыть свой счет, быстро перемещаясь из филиала в филиал, - впрочем, как показано ниже, данная проблема может быть разрешена и иначе). По сравнению с вариантом использования синхронной связи без тиражирования, преимущества состоят в том, что, во-первых, запросы выполняются на локальном сервере и не требуют передачи данных между серверами, во-вторых, транзакции, хотя и требуют распространения изменений, все же выполняются для клиентов быстрее, поскольку это распространение происходит асинхронно по отношению к транзакциям (клиент не ждет окончания обмена данными между серверами).

Другой важный пример использования синхронного тиражирования - поддержка "зеркальной" БД на резервном сервере, причем оба сервера (основной и резервный) в этом случае могут работать параллельно.

Что касается асинхронного тиражирования, то оно применимо тогда, когда нет возможности поддерживать постоянную связь между серверами, а временным рассогласованием данных можно поступиться (опять-таки в предположении, что состояние БД во времени предсказуемо). Если на Западе в качестве примера чаще всего приводят торгового агента, разъезжающего со своим ноутбуком и имеющего возможность лишь время от времени подключаться к сети, то в российских условиях, увы, аналогичная ситуация весьма типична. В тех регионах нашей могучей страны, где до сих пор самое надежное средство связи - это трактор, реализация даже предсказуемо работающего тиражирования данных представляется нелегкой задачей.

Впрочем, задача эта непроста и в случае, когда со связью все в порядке. Серьезной проблемой при проектировании системы является обеспечение ее корректного функционирования в условиях возможных конфликтов по обновлению различных копий одних и тех же данных на разных серверах. Здесь мы сталкиваемся с ситуацией, когда универсального решения попросту не существует, поэтому все, что может предоставить СУБД, - это средства для реализации различных вариантов решений и рекомендации по их использованию.

Прежде всего, необходимо выбрать общую архитектуру системы, точнее, тот ее аспект, который относится к дисциплине доступа к данным. Можно, конечно, никакой дисциплины не устанавливать, но в этом случае задача проектировщика становится наиболее сложной, да и стопроцентная гарантия корректности работы не всегда достигается. Впрочем, давайте по порядку.

Самый простой вариант архитектуры, заведомо гарантирующий отсутствие конфликтов, предполагает, что для любого тиражированного элемента данных среди всех равноправных хранителей его копий выбирается один, так сказать, самый равноправный. Ему одному разрешается этот элемент данных изменять, всем остальным дозволяется только наблюдать за этим. Вариантов реализации такой схемы может быть множество: от самого простого - звездообразного (филиалам банка разрешается видеть данные центрального отделения, но не изменять их) до гораздо более изощренных со сложной сетью неизменяемых снимков.

Более развитый вариант архитектуры, также дающий гарантию отсутствия конфликтов, разрешает динамическую передачу права модификации (в англоязычных материалах обычно употребляется термин, буквально переводимый как "документооборот") от сервера к серверу. Каждый элемент данных снабжается специальным атрибутом "разрешена запись", и вводится процедура передачи этого атрибута. Варианты реализации опять-таки могут быть различными. Характерным примером может служить информационная система торговой фирмы, где для каждого заказа эстафета последовательно передается от отдела продаж к управлению складом и далее к отделу доставки. Аналогичная схема в принципе решает упомянутую выше проблему "многократного закрытия счета" в банке.

Любые другие организации архитектуры тиражирования допускают возникновение конфликтов, следовательно, не остается ничего другого, как пытаться их разрешать. От СУБД здесь в первую очередь требуется обеспечить автоматическое обнаружение конфликтов и возможность извещения о них (наверное, излишне упоминать, что Oracle делает это), ибо момент возникновения конфликта зависит от механизма распространения изменений. Но просто извещать о проблеме и ждать ее "ручного" разрешения (по всей видимости, крайним, как всегда, окажется администратор БД) - вероятно, не лучший выход. По возможности нужно стремиться разрешать конфликты автоматически.

Oracle предлагает для этой цели набор процедур разрешения конфликтов, которые можно ассоциировать с группами столбцов таблицы. Руководствоваться при этом лучше всего здравым смыслом: скажем, если речь идет об описательных данных клиента, в качестве разрешающей функции разумно выбрать последнюю по времени модификацию, изменения количества товара на складе имеет смысл просуммировать и т. д.

Помимо внушительного набора стандартных функций разрешения конфликтов можно использовать и свои собственные. Однако не все так просто. Далеко не все функции способны обеспечить стопроцентную конвергенцию (непременную установку в одно и то же значение) данных, особенно в случае, когда в конфликте участвует более двух серверов. Если применяется нестандартная функция, для определения ее свойств может потребоваться весьма тонкий анализ (для стандартных он уже проведен). Как бы то ни было, в системе необходимо предусматривать либо выбор только тех функций, которые обеспечивают конвергенцию данных при принятой дисциплине доступа к ним, либо использовать извещение администратора, когда функция не способна справиться с ситуацией самостоятельно.

В качестве резюме отметим еще раз, что тиражирование дает чрезвычайно широкие возможности, но относиться к нему необходимо с большой осторожностью и тщательно анализировать все аспекты возможного поведения системы при ее проектировании.

Поддержка резервной копии БД

Oracle предлагает еще один механизм, напоминающий тиражирование. Это предназначенная для повышения устойчивости системы к сбоям поддержка резервной копии БД (standby database). Смешивать данный механизм с тиражированием, пожалуй, не стоит, ибо резервная БД недоступна для пользователей одновременно с основной. Зато отсутствует дополнительная нагрузка на ядро основного сервера, связанная с распространением изменений. Дело в том, что для поддержания соответствия резервной и основной баз данных используются журнальные файлы изменений, вообще говоря, предназначенные для восстановления БД после сбоев. Собственно, резервная БД как раз и функционирует в режиме перманентного восстановления, считывая журнальные файлы основной БД, переданные тем или иным способом на резервный сервер.

Свой среди чужих

Чтобы завершить тему, осталось сказать несколько слов о возможностях использования Oracle в гетерогенных распределенных БД. Выбор варианта решения задачи во многом зависит от составляющих гетерогенную систему СУБД.

Если это реляционные СУБД (MS SQL Server, Informix, Sybase, DB2, CA Ingres), можно использовать так называемые прозрачные шлюзы для объединения их с Oracle. Для пользователя такого шлюза полностью имитируется функциональная среда сервера Oracle при доступе к данным, хранящимся в "чужих" СУБД.

Для реализации шлюза используется промежуточный сервер Oracle (чаще всего он функционирует на том же компьютере, что и "чужой" сервер), за счет которого и достигается эффект "ораклизации" данных. Например, если пользователь вызывает хранимую процедуру на PL/SQL, то она фактически выполняется севером-шлюзом (СУБД других производителей с PL/SQL не работают), а "чужому" серверу передаются только SQL-предложения, содержащиеся или сформированные в процедуре.

Сложнее обстоит дело, если необходимо получить доступ к данным, хранящимся в нереляционных СУБД (ADABAS, VSAM и пр.). В таком случае, как правило, невозможно формально однозначно отобразить эти данные в реляционные структуры Oracle, поэтому подход прозрачных шлюзов не применим. Тем не менее Oracle предлагает решение для таких ситуаций в виде процедурных шлюзов. В них вместо стандартного SQL для взаимодействия с "чужими" данными предоставляется библиотека процедур, с помощью которых разработчик реализует необходимое отображение данных.