SYSTEMY ROZPROSZONE: CHARAKTERYSTYKA, ARCHITEKTURA, RODZAJE, CELE, ZASTOSOWANIA - TECHNOLOGIA - 2025

Te systemy rozproszone są elementy oprogramowania wykorzystywane w celu koordynacji działań wielu komputerach. Koordynacja ta jest osiągana poprzez wymianę wiadomości, to znaczy z fragmentami danych, które przekazują informacje.

Systemy rozproszone wymagają współbieżnych komponentów, sieci komunikacyjnej i mechanizmu synchronizacji. Umożliwiają współdzielenie zasobów, w tym oprogramowania, przez systemy podłączone do sieci. Dlatego system oparty jest na sieci, która łączy komputery i obsługuje routing wiadomości.

a i b (systemy rozproszone). b (system równoległy). Miym / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Obliczenia rozproszone to obszar informatyki odpowiedzialny za analizę systemów rozproszonych. Program komputerowy działający w systemie rozproszonym nazywany jest programem rozproszonym.

W kontekście, w którym mogą istnieć setki lub tysiące komputerów, co jest powszechne w dużych firmach internetowych, bardzo często zdarzają się awarie komponentów, czy to sprzętu, sieci, dysków itp., A system musi być gotowy stawić im czoła przez cały czas.

Dystrybucja danych

Dystrybucja jest kluczem do obsługi bardzo dużych konglomeratów danych. Konieczne jest osiągnięcie skalowalności, która jest sposobem na utrzymanie stabilnej wydajności w przypadku powiększania się pul danych poprzez dodawanie nowych zasobów do systemu.

Z drugiej strony dystrybucja wiąże się z szeregiem problemów technicznych, które sprawiają, że projektowanie i wdrażanie przetwarzania rozproszonego i pamięci masowej jest ważne do rozważenia. Należy wziąć pod uwagę ryzyko możliwych awarii.

Charakterystyka systemów rozproszonych

a i b (systemy rozproszone). b (system równoległy). Miym / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Zgodność

Urządzenia mogą współpracować z różnymi systemami operacyjnymi. Nie przeszkadza im to zawsze oferować użytkownikom te same usługi. Z tego powodu wszystkie podłączone urządzenia są ze sobą kompatybilne.

Kolejną podstawową kwestią jest konstrukcja oprogramowania, ponieważ jest ono również kompatybilne ze wszystkimi systemami i użytkownikami, którzy są na każdym komputerze.

Tolerancja błędów

Będąc pojedynczą siecią z wieloma komputerami, jeśli którykolwiek z jej składników ulegnie awarii, inne mogą nadal w pełni wykonywać swoje funkcje, szybko unikając błędów.

Z tego powodu systemy rozproszone dają dużo pewności podczas pracy z nimi, ponieważ dość rzadko zdarza się, że system całkowicie zawiedzie, ponieważ zadania nie znajdują się na jednym urządzeniu, ale na różnych komputerach.

Oprogramowanie pośredniczące i API

Różne procesory wykorzystują oprogramowanie pośredniczące do dystrybucji, pomagając współdzielić różne zasoby i możliwości, aby zapewnić użytkownikom spójną i zintegrowaną sieć. Zapewnia również aplikacjom szereg usług, takich jak zabezpieczenia i przywracanie po awarii.

Dziś słyszysz więcej o interfejsach programowania aplikacji (API), które działają jako brama, w której aplikacje mogą się komunikować. Aplikacje nie muszą wiedzieć nic o innych aplikacjach poza ich API.

Architektura

Architektura klient-serwer

Określony komputer zwany serwerem może wykonywać określone zadania, zwane usługami. Na przykład udostępnianie plików w sieci, możliwość wykonywania określonych poleceń lub kierowania danych do drukarki. Klient jest komputerem żądającym usług.

Komputer znany przede wszystkim ze świadczonych przez siebie usług można nazwać serwerem druku, serwerem plików i tak dalej.

Architektura peer-to-peer

Zakłada się, że każdy komputer ma podobne możliwości i żadna maszyna nie jest przeznaczona do obsługi innych. Przykładem tego jest zestaw mikrokomputerów w małym biurze.

Sieć umożliwia ludziom wzajemny dostęp do plików i wysyłanie e-maili, ale żaden komputer nie zapewnia określonego zestawu usług.

Architektury wielopoziomowe

W przypadku niektórych usług może mieć sens hierarchiczna łączność. Na przykład:

• Serwer wykonując swoje zadania może kontaktować się z innym serwerem innego typu
• Architektura klient-serwer jest architekturą dwuwarstwową.

Architektura grup procesorów

System operacyjny mógłby automatycznie uruchamiać procesy na bezczynnych komputerach, a nawet migrować procesy do systemów z większą liczbą dostępnych cykli procesora. W innych przypadkach użytkownik może ręcznie uruchamiać lub przenosić procesy w dostępnych systemach.

Rodzaje systemów rozproszonych

Obliczenia klastrowe

Jest to zbiór podobnych komputerów połączonych za pośrednictwem szybkiej sieci lokalnej. Jest często używany do programowania równoległego, w którym pojedynczy program intensywnie obliczający działa równolegle na wielu komputerach.

Każdy klaster składa się z zestawu węzłów obliczeniowych, które są monitorowane i zarządzane przez jeden lub więcej węzłów zwanych wzorcami.

Obliczenia sieciowe

Składa się z węzłów o znacznych różnicach w sprzęcie i technologii sieciowej. Obecna tendencja do posiadania określonej konfiguracji węzłów do niektórych zadań doprowadziła do większej różnorodności, która jest najbardziej powszechna w komputerach sieciowych.

Chmura obliczeniowa

Jest to zestaw zwirtualizowanych zasobów umieszczonych w centrum danych dostawcy chmury. Klienci mogą stworzyć zwirtualizowaną infrastrukturę, aby korzystać z różnorodnych usług w chmurze.

Użytkownikowi wydaje się, że wynajmuje własny komputer na wyłączność. Jednak w rzeczywistości jest prawdopodobne, że udostępniasz go innym klientom. To samo dotyczy pamięci wirtualnej.

Te zwirtualizowane zasoby można dynamicznie konfigurować, co zapewnia skalowalność. Jeśli potrzeba więcej zasobów obliczeniowych, system może kupić więcej.

cele

Udostępniaj zasoby

Niezależnie od tego, czy chodzi o urządzenia do przechowywania danych, pliki danych, usługi czy sieci, możesz chcieć współdzielić te zasoby między aplikacjami ze względu na oszczędność.

Znacznie tańsze jest posiadanie wspólnego magazynu dla wielu aplikacji, niż kupowanie i utrzymywanie pamięci dla każdej z nich osobno.

Abstrakcja

Aby ukryć fakt, że procesy i zasoby są rozmieszczone na kilku komputerach, prawdopodobnie rozproszonych geograficznie. Oznacza to, że procesy i zasoby są oderwane od użytkownika.

Otwarcie

Zasadniczo oznacza to, że system rozproszony zbudowany jest z elementów, które można łatwo zintegrować z innymi systemami. Zgodnie ze znormalizowanymi regułami każdy proces z tym interfejsem może komunikować się z innym procesem z tym samym interfejsem.

Interoperacyjność i przenośność

Odnosi się do sytuacji, gdy dwa systemy różnych producentów mogą ze sobą współpracować. Przenośność określa zakres, w jakim aplikacja utworzona dla systemu A może działać w systemie B bez modyfikacji.

Skalowalność

Jest to konieczne, gdy rośnie liczba użytkowników, którzy potrzebują więcej zasobów. Dobrym przykładem jest wzrost widowni Netflix w każdy piątek wieczorem.

Oznacza to dynamiczne dodawanie większej ilości zasobów, na przykład zwiększanie przepustowości sieci poprzez umożliwienie większej transmisji wideo i zmniejszenie jej po normalizacji zużycia.

Aplikacje

Maszyna wirtualna Erlang

Pakiet oprogramowania LYME jest oparty na Erlangu i stanowi alternatywę dla LAMP. Shmuel Csaba Otto Traian / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Erlang to język funkcjonalny, który ma świetną semantykę dla współbieżności, dystrybucji i odporności na błędy. Maszyna wirtualna Erlang obsługuje dystrybucję aplikacji Erlang.

Ten model działa dzięki wielu izolowanym procesom, wszystkie z możliwością komunikowania się ze sobą za pośrednictwem wbudowanego systemu przesyłania wiadomości.

Maszyna wirtualna Erlang może łączyć się z innymi maszynami wirtualnymi, które znajdują się w różnych miejscach. Ten rój maszyn wirtualnych uruchamia pojedynczą aplikację, obsługującą awarie jednej maszyny, planując jej uruchomienie w innym węźle.

Bittorrent

Działanie sieci BitTorrent. Mrjavi / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Jest to jeden z najczęściej używanych protokołów do przesyłania dużych plików w Internecie. Głównym pomysłem jest ułatwienie przesyłania plików między różnymi peerami w sieci bez konieczności przechodzenia przez główny serwer.

Korzystając z klienta BitTorrent, możesz połączyć się z wieloma komputerami na całym świecie, aby pobrać plik. Komputer pełniący rolę koordynatora pomaga pokazać węzły w sieci, które mają żądany plik.

BitTorrent pozwala na dobrowolne przechowywanie plików i przesyłanie ich innym użytkownikom, którzy ich potrzebują. Jest tak popularny, ponieważ jako pierwszy w swoim rodzaju oferuje zachęty do wspierania sieci.

Korzyść

- Do systemu rozproszonego można łatwo dodać więcej węzłów, to znaczy można go skalować w razie potrzeby.

- Wszystkie węzły w systemie rozproszonym są ze sobą połączone. Dlatego każdy z węzłów może łatwo udostępniać dane innym węzłom.

- Zasoby takie jak drukarki mogą być współdzielone z wieloma węzłami zamiast ograniczać się do jednego.

- Awaria jednego węzła nie prowadzi do awarii całego systemu rozproszonego. Pozostałe węzły mogą nadal komunikować się ze sobą.

Niedogodności

- Niektóre wiadomości i dane mogą zostać utracone w sieci podczas przenoszenia z jednego węzła do drugiego.

- Trudno jest zapewnić odpowiednie bezpieczeństwo w systemach rozproszonych, ponieważ zarówno węzły, jak i połączenia muszą być zabezpieczone.

- Przeciążenie sieci może wystąpić, jeśli wszystkie węzły w systemie rozproszonym spróbują wysłać dane w tym samym czasie.

- Baza danych podłączona do systemów rozproszonych jest dość skomplikowana i trudna w zarządzaniu w porównaniu do systemu pojedynczego użytkownika.

Przykłady systemów rozproszonych

Systemy rozproszone mogą być używane w wielu przypadkach, takich jak systemy bankowości elektronicznej, gry online dla wielu graczy i sieci czujników.

StackPath

Wykorzystuje szczególnie duży system rozproszony do zasilania usługi sieciowej dostarczania treści. Każdy z punktów obecności (PoP) ma węzły, tworząc rozproszony system na całym świecie.

StackPath przechowuje ostatnio i najczęściej żądaną zawartość w lokalizacjach najbliżej używanej witryny.

Dzięki wzajemnemu połączeniu wirtualnych komputerów, oprócz wykorzystania szybkości i sprawności najnowocześniejszych komputerów, system może bardzo szybko obsłużyć tysiące jednoczesnych żądań.

Internet

Jest to największy system rozproszony na świecie. Każdy użytkownik czuje się jak pojedynczy system, mimo że składa się z milionów komputerów.

Dzięki koncepcji abstrakcji nie masz pojęcia, gdzie są przechowywane dane, ile serwerów jest zaangażowanych ani w jaki sposób informacje trafiają do przeglądarki. Przeglądarka rozwiązuje złożoność Internetu.

Dotyczy to również aplikacji, takich jak Gmail e-mail lub innych aplikacji, których można używać. Każda osoba na co dzień współdziała z aplikacjami rozproszonymi.

Bibliografia

1. Paweł Krzyżanowski (2018). Systemy rozproszone. Zaczerpnięte z: cs.rutgers.edu.
2. Catherine Paganini (2019). Primer: Systemy rozproszone i natywne przetwarzanie w chmurze. Nowy stos. Zaczerpnięte z: thenewstack.io.
3. Międzynarodowy Uniwersytet w Walencji (2020). Systemy rozproszone, charakterystyka i klasyfikacja. Zaczerpnięte z: universidadviu.com.
4. David Meador (2018). Systemy rozproszone. Tutorials Point. Zaczerpnięte z: tutorialspoint.com.
5. Robert Gibb (2019). Co to jest system rozproszony? Zaczerpnięte z: blog.stackpath.com.
6. Stanislav Kozlovski (2018). Gruntowne wprowadzenie do systemów rozproszonych. Darmowy Code Camp. Zaczerpnięte z: freecodecamp.org.