В.А. Федоров, консультант по продуктам, InterSystems Corp.

В конце 1997 года компания InterSystems Corp. выпустила постреляционную СУБД Cache’. Компания и раньше занималась системами управления базами данных, в России активно использовались и продолжают использоваться предшественники Cache’: MSM, DTM, ISM. За 4 года вышло несколько версий СУБД Cache’, в настоящий момент компания предлагает Cache’ 4.1.

Cache’ 4.1. – высокопроизводительная промышленная СУБД, интегрированная с технологией разработки Web-приложений - Cache’ Server Pages.

СУБД Cache’ относится к постреляционным СУБД. Термин “постреляционная СУБД” обозначает принадлежность Cache’ к СУБД нового поколения. Имеется в виду не столько аспект времени (Cache’ появилась после своих основных реляционных конкурентов), сколько ряд технологических преимуществ: единая архитектура данных и полная поддержка Cache’ объектно-ориентированных технологий, о которых будет подробно рассказано ниже.

На рисунке 1 изображены основные элементы архитектуры СУБД Cache’: платформы, на которых работает Cache’, Многомерный сервер данных, три способа доступа к данным, язык описания бизнес-логики Cache’ ObjectScript, интерфейсы к средствам проектирования и разработки приложений и Web-технология Cache’ Server Pages. Далее мы подробно остановимся на всех основных элементах архитектуры, которые будут рассмотрены подробнее.

Cache’ – кроссплатформенная система. Cache’ поддерживает следующие операционные системы: всю линейку Windows, Linux, основные реализации Unix и Open VMS. Планируется поддержка новых реализаций Unix. Большое внимание уделяется новой платформе Itanium.

Данные в Cache’ хранятся под управлением Многомерного сервера данных. В основе Cache’ лежит транзакционная многомерная модель данных (TMDM), которая позволяет хранить и представлять данные так, как они чаще всего используются. Многомерный сервер данных снимает многие ограничения, накладываемые реляционными СУБД, которые хранят данные в двумерных таблицах, ведь если реляционная модель состоит из большого количества таблиц, что необходимо при работе со сложными структурами данных, это существенно усложняет и замедляет выполнение сложных транзакций и ведет к хранению излишней информации. Cache’ хранит данные в виде многомерных разреженных массивов – глобалей. Уникальная транзакционная многомерная модель данных позволяет избежать проблем, присущих реляционным СУБД, оптимизируя данные на уровне хранения.

В отличие от ранних многомерных СУБД, которые были оптимизированы для создания аналитических систем, Cache’ ориентирована на системы обработки транзакций (Online Transaction Processing). Многомерный сервер данных Cache’ предназначен для обработки транзакций в системах с большими и сверхбольшими БД (сотни гигабайт, терабайты) и большим количеством одновременно работающих пользователей. Многомерный сервер данных Cache’ позволяет разработчикам получить великолепную производительность, отказавшись от хранения избыточных данных и таблиц. Реляционная модель не всегда подходит для описания сложных предметных областей. Транзакционная модель данных Cache’ позволяет оптимизировать данные на уровне хранения, поддерживать объектную модель и сложные типы данных. Все эти возможности значительно упрощают создание сложных систем.

1. Cache’ Direct Access - прямой доступ к данным, обеспечивает максимальную производительность и полный контроль со стороны программиста. Разработчики приложений получают возможность работать напрямую со структурами хранения. Использование этого типа доступа накладывает определенные требования на квалификацию разработчиков, но понимание структуры хранения данных в Cache’ позволяет оптимизировать хранение данных приложения и создавать сверхбыстрые алгоритмы обработки данных.
2. Cache’ SQL - реляционный доступ, обеспечивающий максимальную производительность реляционных приложений с использованием встроенного SQL. Cache’ SQL соответствует стандарту SQL 92. Кроме этого, разработчик может использовать разные типы триггеров и хранимых процедур. Все это позволяет Cache’ успешно конкурировать с реляционными СУБД. Даже без использования прямого и объектного доступа приложения на Cache’ работают быстрее за счет высокой производительности Многомерного Сервера Данных.
3. Cache’ Objects - объектный доступ, для максимальной продуктивности разработки при использовании Java, Visual C++, VB и других ActiveX-совместимых средств разработки, таких как PowerBuilder и Delphi. В Cache’ реализована объектная модель в соответствии с рекомендациями ODMG (Группа управления объектными базами данных – Object Database Management Group). В Cache’ полностью поддерживаются наследование (в том числе и множественное), инкапсуляция и полиморфизм. При создании информационной системы разработчик получает возможность использовать объектно-ориентированный подход к разработке, моделируя предметную область в виде совокупности классов объектов, в которых хранятся данные (свойства классов) и поведение классов (методы классов). Cache’, поддерживая объектную модель данных, позволяет естественным образом использовать объектно-ориентированный подход как при проектировании (в Rational Rose) предметной области, так и при реализации приложений в ОО-средствах разработки (Java, C++, Delphi, VB). Постреляционная СУБД Cache’ конкурирует с объектными СУБД, значительно превосходя их по таким показателям как надежность, производительность и удобство разработки.

Cache’ позволяет комбинировать три типа доступа, оставляя разработчику свободу выбора. Например, при реализации биллинговой системы объектный доступ может использоваться при описании бизнес-логики приложения и создания пользовательского интерфейса с помощью объектно-ориентированных средств разработки (VB, Delphi, C++), реляционный доступ – для совместимости с другими системами и интеграции с инструментами построения отчетов и аналитической обработки данных (Seagate Info, Cognos, Business Objects). Прямой доступ обеспечивает максимальную производительность и может быть использован для реализации таких операций, в которых применение обычных хранимых процедур, основанных на SQL, не может обеспечить необходимую производительность. В биллинге к таким операциям относятся закрытие периода, массовая загрузка данных (CDR). Использование прямого доступа для реализации подобных операций позволяет увеличить производительность на 1-2 порядка.

Известны случаи перевода в Cache’ сложных приложений, которые ранее работали под управлением реляционных СУБД. Например, один из партнеров InterSystems перевел на Cache’ биллинговую систему для операторов сотовой связи. Переход осуществлялся следующим образом: сначала существующее приложение с минимальными изменениями переносится под управление Cache’. Приложение на первом этапе работает с Cache’, так же как и с реляционной СУБД. Опыт показывает, что даже в этом случае, система начинает работать быстрее. Далее ряд операций был переписан, с использованием прямого способа доступа к БД. На этом этапе удалось увеличить производительность критических операций в десятки и сотни раз.

Кроме этого, можно провести реинжениринг системы. Существует возможность значительно увеличить производительность системы, используя полную поддержку Cache’ объектно-ориентированных технологий. При этом можно изменять и структуру базы, и способ работы с Cache’ из клиентской части приложения.

Для реализации бизнес-логики БД в СУБД Cache’ используется Cache’ Object Script. COS - полнофункциональный язык, который имеет все необходимые механизмы для работы с данными с помощью любого способа доступа. С помощью COS разработчик создает методы классов, триггеры, хранимые процедуры, различные служебные программы. В настоящее время ведется работа над созданием еще одного языка описания бизнес-логики – Бейсика. Использование Бейсика позволит облегчить изучение Cache’ большому количеству программистов, владеющих этим широко распространенным языком.

СУБД Cache’ – открытый продукт, который имеет множество интерфейсов, позволяющих разработчику использовать вместе с Cache’ любые современные технологии.

Во-первых, стоит отметить интерфейсы со средствами проектирования и разработки приложений. Специальные компоненты Cache’ позволяют проектировать приложения в Rational Rose при объектном подходе, и в ErWin – при реляционном.

Разработчик может реализовывать приложения клиент-сервер, используя практически все средства разработки. При этом он может использовать специальные интерфейсы для прямого и объектного доступа, а стандартные (ODBC, JDBC) - для реляционного. Особый интерес представляет работа с помощью объектного способа доступа в объектно-ориентированных средствах разработки: разработчик работает с классами объектов Cache’, обращаясь к их свойствам и выполняя методы классов, так же как и с собственными объектами языка программирования.

Кроме этого, поддерживаются следующие интерфейсы: Native C++, Java, EJB, ActiveX, XML, интерфейсы CallIn и CallOut .

О XML стоит рассказать подробнее. Сейчас уже нет необходимости доказывать преимущества применения XML. Такие задачи как обмен информацией между различными информационными системами, новые протоколы роуминга (например, TAP3), разработка приложений мобильной коммерции решаются с помощью XML. Следовательно, современная СУБД должна предоставлять необходимые механизмы работы с XML.

В Cache’ реализована полноценная поддержка XML. Cache’ не хранит XML-документы в текстовых файлах, Memo-полях или реляционных таблицах. Полная поддержка Cache’ объектной модели позволяет автоматически трансформировать сложные XML-документы в классы объектов Cache’. Из описания классов объектов Cache’ можно получить DTD, а сами объекты Cache проецируются в XML-документы. Для создания собственного импорта XML можно воспользоваться SAX-парсером. С помощью Cache’ Server Pages, Web-технологии компании InterSystems, можно генерировать не только HTML страницы, но и страницы с XML-содержанием.

Таким образом, появляется возможность использовать XML с Cache’ как для обмена информацией между различными информационными системами, так и для реализаций приложений электронной и мобильной коммерции (WAP).

Хотелось бы также подробнее остановится на возможностях разработки Web-приложений в Cache’. Cache’ Server Pages – объектная Web-технология Cache’, позволяющая использовать производительность и масштабируемость СУБД Cache’ для быстрого создания сложных Intranet- и Internet-приложений, взаимодействующих с БД. При разработке Web-приложений, Cache’ является не только СУБД, но и Сервером Приложений. В Cache’ хранятся классы, соответствующие CSP-страницам, и при обращении к CSP-странице выполняются методы, генерирующие HTML или XML. Технология Cache’ Server Pages - обеспечивает обмен данными между постреляционной СУБД Cache’ и Web-сервером, используя стандартные интерфейсы. Такая архитектура позволяет создавать высокопроизводительные, масштабируемые Internet- или Intranet-приложения, так как, во-первых, данные хранятся очень близко к Web-приложению (данные из БД передаются в приложение через высокопроизводительные внутренние интерфейсы, а не через ODBC или JDBC), и, во-вторых, относительно небольшая нагрузка на Web-сервер (Web-сервер только перенаправляет запросы пользователей на Сервер приложений Cache’) и высокая производительность СУБД Cache’ позволяет обрабатывать запросы большого количества пользователей.

Процесс разработки выглядит следующим образом, дизайнеры занимаются внешним видом Web-приложения, а разработчики с помощью готовых инструментов разработки Web-страниц (например, Macromedia Dreamweaver) или любого текстового редактора дополняют Web-страницы необходимой функциональностью. Для разработки CSP-страниц используются стандартные таги HTML, а также набор дополнительных CSP-тагов и атрибутов для реализации циклов, условий, связывания объектов Cache и формы CSP-страницы, управления данными и т.д. Существует возможность разрабатывать собственные таги приложений (Cache’ Application Tags). Cache Server Pages позволяет разработчику использовать для создания методов Cache Object Script, Java и VB script. Механизмы наследования CSP-страниц (CSP – объектно-ориентированная технология, где все CSP-страницы – классы) и собственные таги Cache’ обеспечивают возможность повторного использования кода и совместной разработки: например, часть разработчиков будут создавать таги приложений, а другие – использовать созданные таги для конструирования сложных Web-приложений. Такие возможности как поддержка сессии, Гипер-события (изменение содержимого Web-страницы без её перезагрузки), собственные таги позволяют быстро разрабатывать Web-приложения, которые по функциональности ничем не уступают традиционным приложениям “клиент-сервер”.

Партнеры InterSystems используют CSP для написания приложений самой разной сложности. На CSP реализованы различные информационные системы, электронные магазины, системы электронного документооборота, системы для расчета с населением по оплате коммунальных услуг и ряд других интересных приложений.

Разработчики крупных приложений (банковские системы, автоматизированные системы расчетов, системы управления предприятием) предпочитают использовать промышленные СУБД. Cache’ обладает всеми характеристиками промышленной системы: высокой производительностью, надежностью, масштабируемостью, открытостью и переносимостью. Ядро Cache’ – высокопроизводительный Многомерный сервер данных, ориентированный на обработку транзакций. Для обеспечения надежности в Cache’ предусмотрены такие механизмы как журнал до и после записи, теневой сервер, репликация, “горячее” резервное копирование и т.д. Протокол Распределенного Кэша – позволяет строить действительно масштабируемые решения на базе Cache’. Протокол Распределенного Кэша  (Cache’ Distibuted Cache’ Protocol) — уникальная сетевая технологи фирмы InterSystems, которая распределяет базу данных по сети в зависимости от работы приложений, оптимизируя производительность и пропускную способность сети. Cache’ – “открытая” система, поддерживается множество интерфейсов к средствам проектирования и разработки приложений. Cache’ работает практически на всех популярных платформах с наиболее распространенными Web-серверами. При этом обеспечивается полная переносимость приложений с платформы на платформу.

Еще один важный показатель как для производителя, так и для потребителя системы на базе СУБД – стоимость решения. Этот показатель складывается из стоимости разработанной системы, стоимости аппаратного обеспечения, на котором будет работать система, СУБД, стоимости внедрения и сопровождения. Решения на базе постреляционной СУБД Cache’ выигрывают по стоимости у конкурентов по всем показателям. Разработчик может быстро и качественно создать систему на базе Cache’ за счет поддержки объектно-ориентированного подхода и интеграции со средствами проектирования и разработки, СУБД менее требовательна к аппаратному обеспечению: нужной производительности можно добиться на более дешевом сервере, гибкая лицензионная политика позволит снизить стоимость самой СУБД. Решения на базе СУБД легче сопровождать – система очень надежна и не требует сложного администрирования, кроме этого прекрасно работают и мировой, и российский центр технической поддержки.

Один из партнеров InterSystems – разработчик АСР для операторов сотовой связи выиграл тендер у конкурентов, которые предлагали решение на Oracle, после того как был выполнен пилотный проект. В этом проекте в Cache’ и Oracle были загружены данные о звонках, и измерялась скорость закрытия периода для загруженных тестовых данных. Хранимая процедура на Cache’ работала 40 минут, на Oracle – 2 часа. При этом Cache’ работала на сервере стоимостью 5 тысяч $, а Oracle на сервере Sun за 50 тысяч $.

Таким образом, решения на базе Cache’ позволяют разработчикам ПО получить дополнительную прибыль от разработки, а потребителям – получить высокопроизводительные решения, сэкономив на приобретении и эксплуатации приложения.

СУБД Cache’ становится все более популярной России. На продуктах InterSystems Corp. реализованы банковские системы, автоматизированные системы расчетов для предприятий электросвязи и операторов сотовой связи, системы управления предприятиями, тарификационные системы, Web-порталы и другие интересные приложения. Сегодня есть все предпосылки для роста популярности постреляционной СУБД Cache’ в России: промышленная СУБД, поддерживающая объектную модель, предоставляющая разработчику свободу в выборе средств проектирования и разработки, интегрированная с технологией разработки Web-приложений, позволяет быстро создавать надежные высокопроизводительные решения.

1. Материалы сайта InterSystems Corporation www.intersystems.ru.
2. Кирстен В., Ирингер И., Рёриг Б., Шульте П. СУБД Cache’: объектно-ориентированная разработка приложений. - СПб, “Питер”, 2001.
3. Кречетов Н., Петухова Е., Скворцов В., Умников А., Щукин Б. Постреляционная технология Cache’ для реализации объектных приложений. –М, МИФИ, 2001
4. Материалы Конференция разработчиков "Cache’ - Промышленные информационные технологии" www.itfond.ru .

Вопросы автору