Лекция 6 Динамично програмиране във Web

Лекция 6

Динамично програмиране във Web

1. Връзка между клиента и сървъра в Интернет

1. 
   Установява се връзка между HTTP сървъра и Web клиента и се извлича съответната страница;
   
2. 
   Данните се въвеждат в HTML формуляри, изобразени от Web браузър;
   
3. 
   Скриптов език контролира на място въведената информация (JavaScript, VBScript);
   
4. 
   Заявката се изпраща към HTTP сървър;
   
5. 
   Обработват се данните от заявката в сървъра и се генерират SQL заявки;
   
6. 
   Достъп до данните посредством сървъра на БД (SQL сървър);
   
7. 
   Генерира се HTML страница с получените данни. Страниците се генерират от сървъра по начин, позволяващ да бъдат интерпретирани от клиента;
   
8. 
   Изпращат се резултатите при клиента и се визуализират от браузър.
   

Кодът на Web сървърите може да бъде свободен (с отворен код) или лицензионен (със затворен код). Свободният код е безплатен и може свободно да се разпространява, променя и приспособява за определени цели. Лицензионният софтуер за Web сървъри също може да бъде безплатен (в редки случаи), но по-важното е, че потребителят няма достъп до програмния код и не може да се променя и адаптира към специфични нужди.

Към Web сървърите със свободен код се отнасят: Apache, Boa, Red Hat Content Accelerator (за Linux), Thttpd, Mathopd (за Linux и UNIX). По-популярни от лицензионните Web сървъри са: Microsoft IIS (за Windows), IBM, Zeus (за Linux и UNIX), IPlanet (за приложения с Java), Stronghold.

Основни функции на Web сървърите

Web сървърите изпълняват множество функции, които могат да се обобщят в следните направления:

- Контрол на достъпа. Потребителите трябва да могат да използват само тези ресурси на Web сървъра, за които имат разрешение. Всеки потребител може да ползва само тези файлове, които му принадлежат. Контролирането на достъпа става по различни начини, като настройка на подходящи разрешения за файлове и директории и прилагането на ограничения, свързани с името на хоста/IP адреса.

- Обработка на страници от страна на сървъра. Обработката е процес, при който Web сървъра заменя имената на полетата със съответните стойности от информацията, въведена от потребителя. След като обработи документа, Web сървърът го изпраща на клиента.

- Поддържане на журнали. Web сървърите използват механизъма за поддържане на журнали за администриране на работата а анализиране на проблемите, възникващи по време на обслужване на клиентските заявки. Обикновено журналите се поддържат за наблюдение и регистриране на успешните и неуспешните опити за достъп и грешките.

- Изпълнение на CGI скриптове и други програми. Web сървърите изпълняват CGI скриптове или програми. Те се използват за обработка на информацията, която се въвежда в Internet формите от клиентите.

С постъпване на HTTP заявка, Web сървърът започва да търси заявеният от клиента ресурс. Докато сървърът е зает, същите или други клиенти могат да изпратят нови заявки. Web сървърът може да пренебрегне или да обработи успоредно тези заявки.

Web сървърите, които пренебрегват или нареждат на опашка получените нови заявки, се наричат еднонишкови. Това означава, че те не могат да се справят с натоварения при Web сървъра трафик. Тези сървъри обаче са много добри за сайтове, които имат слабо натоварен или умерен трафик, защото осигуряват много добра скорост на обработка на заявките. Добри примери за еднонишкови Web сървъри са thttpd, Medusa и Zeus.

Web сървърите, които обработват едновременно новопостъпилите заявки, изпълняват тази задача по два начина. Те могат да стартират нов процес или нова нишка на първоначалния процес. Сървърите, които започват нов процес за всяка нова заявка, се наричат многопроцесни, докато тези които стартират нова нишка – многонишкови Web сървъри.

IIS (Internet Information Services) на Microsoft е пример за многонишков Web сървър. Сървърът Apache за платформата UNIX е типичен пример за многопроцесен Web сървър. Поради ограниченията на операционната система Windows (липса на поддържка за разклоняване), Apache работи в многонишков режим, когато е инсталиран за Windows.
Web сървърите изпълнява привидно проста функция. Те се стартират заедно с операционната система и слушат (приемат) заявките, които някой е направил от Web пространството, отговарят на тези заявки и доставят продходящите Web страници. Поради това непрекъснатата работа на Web сървърите е от съществено значение. Съществуват множество сървъри, но двата доминиращи на парзара са Web сървърите Apache и Internet Information Server (IIS).
Web сървър Apache

Apache е HTTP сървър за публични домейни, разработен от Роб МакКул в Националния център за свръхизчисления (National Center for Supercomputing Applications) към университета в Илинойс. Скоро след появата на сървъра множество специалисти започват да създават свои собствени разширени версии към него. През 1994 година се организира група програмисти, които започват да се свързват с потребители от цял свят и да обменят информация за развитието на сървъра. По-късни се учредява група Apache (април 1995 година), която официялно публикува версия на Apache 0.6.2. През декември 1995, след някои фундаментални промени и добавяне на много нови възможности, е подготвена нова версия – Apache 1.0.

Името на сървъра произтича от фразата “a patchy”, защото програмистите, които написват кода на Apache, правят подобрения в кода посредством „пачове” (кръпки).

Apache Web Server е най-използваният в момента Web сървър. Той, подобно на операционната система Linux, скриптовия език PHP и сървърът за бази данни MySQL (които са често използвана комбинация от програмни средства във Web програмирането), e с отворен код. Apache може да работи с външни модули и всеки който има познания може да създаде код който да увеличи функционалността му.

По данни на NetCraft близо 60% процента от всички използвани Web сървъри се падат на Apache. Някои от предимствата му са - стабилност, бързина, лесно добавяне на допълнителни възможности, възможност за лесно преконфигуриране и не на последно място - той е безплатен.

Една от най-забележителните особенности на Apache е, че може да се ползва от почти всички компютърни платформи. В началото Apache е бил свързан най-често с Unix, но вече не е така. Apache не само се ползва с повечето, ако не всички варианти на Unix, но също така и с Linux, Windows 2000/NT/9x и много други сървърни операционни системи като Amiga OS 3.x и OS/2. Apache работи най-добре с Unix и Linux, но и версиите за работа с Windows са стабилни и сигурни.

Apache предлага много възможности, включително индексиране, псевдоними, управление на дъщерни процеси, докладване за HTTP грешки, сървър ориентирани карти, онлайн наръчници и др.

Основните характеристики на Web сървърът са:

• 
  поддръжка на HTTP 1.1 протокол. Apache е един от първите Web сървъри който интегрира HTTP 1.1 протокола. Apache е напълно съвместим с HTTP 1.1 протокола и в същото време е обратно съвместим със стария HTTP 1.0. Преди HTTP 1.1 Web браузъра е трябвало да чака за отговор от Web сървъра преди да подаде нова заявка. С появата на HTTP 1.1 Web браузъра може да изпраща паралелни заявки. Това допринася за по-бързото изпълнение на заявките.
  
• 
  Просто но мощно конфигуриране. Apache няма графичен потребителски интерфейс за администратора. Той има основен конфигуриращ файл наречен httpd.conf, който се използва за конфигуриране на сървъра.
  
• 
  Поддържа виртуални хостове.
  
• 
  Поддържа HTTP идентификация. Apache поддържа Web базирана идентификация
  
• 
  Поддържа PHP. Този език е станал широко използван и Apache предоставя добра поддръжка на PHP чрез mod_php модула.
  
• 
  Поддържа Java.
  
• 
  Интегрира Perl.
  
• 
  Apache предоставя големи възможности за проследяване статуса на сървъра и потребителя.
  

Една от важните характеристики на Apache е възможността да се добавя поддръжка на определени програмни езици чрез инсталиране на съответни модули. Например за поддръжка на скриптовия език PHP трябва да се инсталира модула за поддръжка на този език. Най-често използваните модули за Web сървърът Apache са следните:

• 
  mod_cgi. Осигурява поддръжка за CGI.
  
• 
  mod_perl. Осигурява поддръжка на програмния език Perl.
  
• 
  mod_pyhton. Осигурява поддръжка на интерпретатора на език Python.
  
• 
  mod_php.Осигурява поддръжка на PHP.
  
• 
  mod_javascript. Вгражда поддръйка на програмен език JavaScript.
  
• 
  mod_serv. Осигурява поддръжка за Java сървлети.
  

IIS 6.0 за Windows Server 2003 осигурява интегрирани, надеждни и сигурни възможности на Web сървър за intranet или Internet. IIS е стабилна и сигурна платформа за изпълнение и на динамични мрежови приложения. Той осигурява сигурен хост за Web сайтове в Internet, хост и управление на FTP сайтове и обслужване на Web news или Е-mail чрез използване на Network News Transfer Protocol (NNTP) и Simple Mail Transfer Protocol (SMTP).

IIS 6.0 поддръжа ASP.NET, XML, и Simple Object Access Protocol (SOAP) за разаработване на Web приложения.

Основните характеристики на IIS 6.0 са:

• 
  Брой на Web сайтовете, които един IIS 6.0 сървър може да хоства
  
• 
  Брой на конкурентните процеси, активирани в даден момент
  
• 
  Скорост на стартиране и изключване на Web сървъра и отделни сайтове
  
• 
  Брой на едновременните заявки, които Web сървърът може да обслужва.

  - Сигурност. IIS 6.0 осигурява подобрена сигурност в сравнение IIS 5.0. За да се намалят атаките към системата, IIS 6.0 не се инсталира по подразбиране при инсталацията на Windows Server 2003. След инсталацията на системата, администраторът трябва ръчно да инсталира IIS 6.0. Когато IIS 6.0 се инсталира, той е заключен по подразбиране, така че може да обслужва само статично съдържание. Чрез стартиране на Web Service Extensions в IIS Manager, администратора може да активира или деактивира IIS функционалността, в зависимост от нуждите на потребителите

  
  

Версията на IIS от състава на Windows XP Professional не се явява толкова мощна и гъвкава. Принципното ограничение се състои в това, че IIS позволява създаването само на един Web сайт и един сървър FTP. Освен това, се допускат не повече от 10 едновременни връзки по протокола TCP. Тъй като за връзка с някои Web страници трябват няколко съединения TCP, това означава, че реално с един сайт са в състояние да работят не повече от 7 потребители едновременно. За да работят повече от 10 потребителя едновременно е необходимо да се инсталират няколко сървъра Web или FTP.

За разработки във Web наличието на сървъра IIS във Windows XP Professional дава възможност да се разработват и тресират програми и да се пренасят на по-голям сървър. В неголеми организации и предприятия от среден размер IIS може да се използва за създаването на възлов интранет – локални мрежи, основани на Интернет технологиите. Ако е необходим FTP – сайт за съхранение на общите файлове, IIS под управление на Windows XP Professional осигурява всичко необходимо за неговото създаване и работа.
3. Програмиране във Web

Може да се постигне изключително много чрез използване на текст, изображения и мултимедия за разработване на Web страници. Въпреки това, за да се разработи истинско професионално Web приложение с интерактивни възможности, е необходимо и въвеждане на програмен код.

Съществуват възможности за разработване на интерактивни елементи в HTML чрез използване на така наречените формуляри (форми). Формулярите представляват текстови полета и падащи менюта, позволяващи на потребителите да въвеждат информация. Те се създавaт лесно както всички елементи в HTML. Формулярите са част от езика и са описани почти във всички по-подробни справочници. Приемането на информацията от потребителите е просто, но по-важно е какво да се прави тази информация.

Обработката на информацията изисква CGI-скриптове и приложни програми. CGI (Common Gateway Interface) е програма, която изпраща данните на друга програма, създадена от разработчиците на приложения. Скриптовете, създадени от CGI, се изпълняват върху сървъра, където се намира Web страницата. За да се стартира CGI скрипт, е необходимо разрешение от системния администратор, отговарящ за сървъра, на който се намира Web страницата. Много сървъри имат предварително подготвени формуляри и CGI пакети за често срещани задачи, като например броя на посетителите на сайта, регистрация на потребители на сайта и други.

Макaр че простотата и гъвкавостtа на HTML бяха ключът към успеха на Web, той има и сериозни ограничения. За преодоляване на тези ограничения се разработват няколко големи проекта – Dynamic HTML (динамичен HTML) и XML. Динамичният HTML е разширение на HTML, което осигурява по време на връзката със сървъра да се изпраща многослойна информация от потребителите. Потребителят първоначално вижда само част от информацията. Останалата част може да се покаже след известно време или след като потребителят предприеме определени действия – и всичко това, без да се осъществява повторна връзка със сървъра.

Разширяването на HTML с XML е друга промяна, която придвижва работата с Web още по-напред. Той позволява във Web страниците да се вграждат сложни структури от данни, създаване на приложения, управлявани от данните и предоставянето им по Web.

Съдържанието на дадена Web страница може да бъде статично или динамично. В ранните години на Internet, Web страниците се създаваха с HTML и се изпращаха до клиента във вида в който са създадени, без да се променят. Поради тази причина те се наричат статични. Развитието на Internet доведе до създаване на динамично съдържание на Web страниците и днес популярността на всеки Web сайт зависи до голяма степен от динамичното съдържание в него. Съдържанието на динамичните Web страници може да бъде променяно, докато потребителят все още комуникира със сървъра.

По дефиниция динамични Web страници са страници, предоставящи елементи със съдържание или представяне, които не са зададени изрично, а зависят от определена обработка или изпълнение на програмен код. Страница, която съдържа само HTML код, не може да бъде динамична, защото и съдържанието и представянето са предварително дефинирани от кода на страницата.

Страници, които включват например функции на JavaScript, предавaщи съобщения към потребителя при натискане на бутон, са динамични, защото съобщението се появява или не в зависимост от решението на потребителя. В случая програмнияt код се изпълнява от браузъра, към който се изпраща страницата. Програмен код може да се изпълнява и от сървъра при подготовката на Web страницата, която се изпраща към потребителя. Трябва да се има пред вид, че докато всички динамични Web страници съдържат някакъв скрипт елемент (програмен код), то не всички страници, които съдържат JavaScript са динамични. Например, ако JavaScript кодът се използва, само за да се визуализира даден текст, това не е динамична страница. Само Web страници, които имат зависещ от някакви условия елемент, могат да се разглеждат като динамични.

Съществуват два основни механизъма за организиране на динамични Web страници: динамично съдържание генерирано при клиента (от браузъра) и динамично изпълнение извършвано от Web сървъра. Затова динамичните страници могат да бъдат Сървър-базирани или Браузър-базирани Web страници.
Сървър-базирани динамични страници.

Сървър-базирани Web страници могат да бъдат реализирани по два основни начина: генериране на HTML документ (Web страница) в резултат на изпълнение на програмно приложение от страна на сървъра или генериране на динамично съдържание в резултат на вграждане на програмен код в самия HTML документ, който се интерпретира от сървъра.

Тези страници използват скриптове (програмен код) или специални програмни приложения на сървъра за генериране на съдържанието на дадена страница, която се изпраща към браузера. За целта се използват специализирани програмни езици и технологии като PHP, ASP, JSP, Cold Fusion и други.

Предимства на сървър-базираните страници. Сървър-базираните скриптове позволяват на разработчиците да се възползват от процесорната сила на Web сървърите. Сървърите обикновено са по-бързи и по-мощни от машините, използвани от средния Web клиент. Тази увеличена процесорна сила означава, че сървър-базираните динамични Web страници могат да разполагат с по-големи ресурси и да предоставят по-голямо потенциално съдържание на страниците.

Обработката от страна на сървъра е единственият начин за съхраняване и извличане на информация във и от база от данни. Данните могат да се организират по-добре и да се съхраняват непрекъснато във файлова система или релационни бази от данни, отколкото това е възможно с използването на клиент-базираните скриптове. Това е особено важно за по-големите сайтове, които имат множество страници и използването на база от данни може да намали значително разходите по поддържане на сайта.

Обработката от страна на сървъра е независима от браузера. Сървърите изпращат обикновен HTML код и по този начин се избягват проблемите със съвместимостта с различните типове браузери.

Трудности при сървър-базираните страници. Информацията и обработката, която извършва сървърът, са без гражданство и не е известно дали две последователни заявки са от един и същ потребител или от различни. Това изисква всяка заявка да се третира като самостоятелна, а това е свързано с допълнителна обработка.

Сървър-базираната обработка се случва, само след като е изпратена заявка към сървъра. Това означава, че дори и най-добрите и бързи програмни скриптове могат да действат в малкия интервал от момента, в който потребителят е активирал връзката или е изпратил форма, до момента, когато динамичната страница е върната от сървъра. Тази обработка също така елиминира възможността за всяка промяна на страницата, след като тя е изпратена към браузера.

Браузер-базираните динамични страници използват скриптове, които се включват в HTML страниците с инструкции за самия браузър, който генерира съдържание, зависещо от действия на потребителя. Повечето динамични страници базирани на браузърна обработка използват JavaScript, но се използват и други скрипт езици, като Jscript или VBScript.

Тъй като обработката се ръководи от браузъра, браузър-базираните динамични форми не се отразяват върху честотната лента на клиента (натоварването на връзката със сървъра). Функционалността, която определя връзката между отделните страници, поръчвани от клиента се управлява изцяло от текущата страница от браузера.

Повечето браузъри не могат да постигнат скоростта за първична обработка и гъвкавостта, които постигат сървър-базираните скриптове. В сравнение със сървър-базираната обработка, браузър-базираните динамични елементи са тромави и сложни.

Накрая, браузър-базираната обработка не позволява информацията да се съхранява по някакъв постоянен във времето начин. Могат да се съхраняват само малки количества текст на външни носители на потребителя. Съхранението на сложна информация или събиране на информация от повече от един потребител е невъзможно само с браузър-базирани скриптове.
CGI приложения.

CGI (Common Gateway Interface – общ портал за връзка) не е отделен език, а множество от спецификации, които позволяват на Web сървъра да комуникира с други приложения и програми. Това е стандарт, който определя начина, по който Web сървърите могат да използват външни програми. CGI позволява на Web сървъра да предава заявки на клиентски приложения (Web браузери) към външни програми. След изпълнение на CGI програмите или скриптовете се подготвя изходен файл с резултатите от това изпълнение, което се изпраща обратно към клиентския браузер.

CGI възниква през 1993 година, като Rob McCool, работещ в NCSA, описва начална спецификация и съответен инструментариум за NCSA HTTP web сървър. Той използва environment variables (променливи на обкръжението) за съхраняване на параметри и предаването им от web сървъра към CGI програмата за изпълнение като отделен процес.

Всеки език за писане на програми или скриптове, който съответства на CGI, може да се използва за създаване на CGI приложения (CGI програми). Най-разпространените езици, използвани за CGI включват tcl, AppleScript, C, Java, Visual Basic и Perl.

CGI програмите се изпълняват в реално време. Това дава възможност за генериране на динамично съдържание. Заявката за URL адреса на дадена CGI програма се формира след като потребителят избере хипервръзка или подаде формуляр. За да направи заявката, браузерът използва HTTP. Когато Web сървърът получи заявка, той изпълнява CGI програма, като й предава изпратените от браузъра данни. Когато CGI приложението извърши обработката на данните, обикновено то генерира нови данни под формата на Web страница, която връща на браузера. Технологията на взаимодействие между браузъра, Web сървъра и CGI приложението е показана на фиг.12.10.

За разлика от стандартните програмни езици CGI не е език за програмиране, а е интерфейс или набор от правила. Той работи върху Web сървъра, като осигурява начин за комуникация и за изпращане на данни от Web страница (Web формуляр, скрипт) към програма, която извършва обработка. Тази програма изпраща резултатите от обработката отново към Web сървъра и ако те са правилно форматирани, той ги изпраща като HTML документ към браузера.

CGI програмите могат да се разделят на два вида: CGI приложения и CGI скриптове. CGI приложенията са изпълними програми в двоичен код, които могат да се изпълнят самостоятелно от команден ред. Тези програми са написани на стандартен език от високо ниво като C, Pascal, Fortran и други които са компилирани предварително (статични CGI приложения) или се компилират когато бъдат извикани (динамични CGI приложения).

Тъй като технологията изисква при всяка CGI заявка да се стартира ново копие на програмата, е възможно бързо претоварване на web сървърът. Другите технологии за динамични Web страници, като mod_perl, ASP или JSP, работят като скрипт интерпретатори директно във web сървърите като модули и избягват повторното натоварване на динамичния код. Но CGI е единственият начин за използване на приложения, разработвани с езици от високо ниво и работещи с интерпретатори.

Използването на бази от данни във Web приложенията е свързано с процес на посредничество. Web формите събират информация, въведена от потребителите и я предават на Web сървъра. След това информацията трябва да се подаде към базата данни, но на Web сървъра трябва да се укаже къде да намери базата данни и кои таблици в нея да актуализира. В този случай се използва скрипт-език от страна на сървъра. Сървър-ориентираните скриптове позволяват на данните от информационен източник, като релационна база данни, Web форма или файлова система да бъдат изпратени на или от Web сървър. Най-често използваните скрипт-езици са:

Езикът Perl е разработен през 1987 година от Лари Уол (Larry Wall), първоначално като език за обработка на текстoва информация. Сега той се използва за много широк кръг от задачи, включително за системно администриране на компютърни системи, Web разработки, мрежово програмиране, GUI (графичен интерфейс) разработки и други.

Структурата на езика Perl е заимствана от език C. Затова Perl е процедурен език с използване на променливи, изрази и оператори, блокове, контролни структури и подпрограми. Езикът Perl извършва автоматично контролиране на типовете данни и управление на паметта. Интерпретаторът има информация за типа и условията за разполагане на всички данни и обекти и освобождава паметта, когато това стане необходимо. Преобразуването на стандартните типове данни се извършва автоматически.

Разработването на Perl може да се разбира като отговор на три основни тенденции в компютърната индустрия: намаляване на цената на хардуера, повишаване на разходите за разработване на програмни продукти и развитието на компютърните технологии. Голяма част от програмните езици са разработвани да използват ефективно скъпото компютърно оборудване (Pascal, C, Fortran). За разлика от тях, Perl е проектиран да се използва ефективно труда на програмистите. Затова Perl има много възможности за облекчаване на на работата на компютърните програмисти. Към тях се отнасят управлението на паметта, използването на динамични типове, работа със стрингове и списъци, управляеми изрази и оператори и други.

Поради тези причини езикът Perl се отнася към езиците с общо предназначение и се смята по-скоро като практичен, отколкото като добре структуриран и ефективен. Основните характеристики на езика са поддръжката на мултипрограмна парадигма (процедурен, обектен, функционален стил), автоматично разпределение на паметта, вградена поддръжка на текст-процесинг и голям набор от модули.

Perl работи като интерпретатор, заедно с голям набор от модули. Интерпретатора е написан на език C и има обектно ориентирана архитектура. Всички елементи на езика Perl се интерпретират посредством C структури, поради което езикът има C API.

Perl се използва още от началото на Web за създаване на CGI скриптове. Той е познат като един от трите 'P' - та (Perl, Python и PHP), най-популярните динамични езици за писане на Web приложения.

Perl често се използва като 'слепващ' език, обединяващ системни и интерфейсни части, които не са специално проектирани да работят заедно. Освен това той се използва за обработка на големи обеми от данни в задачи за създаване на отчети, доклади и други. Тази комбинация прави Perl популярен програмен език с общо предназначение и като инструмент за системни администратори, специално като малки програми, които могат да бъдат въведени и стартирани от команден ред на операционната система.

По принцип всяка Web страница може да бъде генерирана в резултат на изпълнение на обикновена Java програма (Java сървлет), но е по- удобно и бързо да се пише Java скрипт в HTML, който добавя динамични елементи. Освен това, така може лесно да се раздели външния вид на страницата от динамичното съдържание. Web дизайнерът може да напише HTML частта (статичната страница) и да остави място на програмиста да вмъкне динамичното съдържание с Java код.

В момента PHP се използва от милиони домейни по целия свят и популярността му продължава да расте. С PHP може да създават и редактират файлове, да се събира и обработва информация от формуляри, да се изпращат данни с електронна поща, да се управляват записи в бази данни, да се съхраняват данни в променливи по време на сесия и други. PHP предлага висока скорост на изпълнение и използва много малка част от системните ресурси и не забавя работата на хост машината.

Една обикновена HTML страница: hello_world.html има вида: