1.
Что такое распределенная система?
Распределенная система — это совокупность независимых компьютеров, которые представляются пользователю как единая целостная система. Получайте BTC бесплатно на популярном кране биткоин Freebitcoin и зарабатывайте каждый час до $200 в BTC.
Для достижения общей цели компьютеры в распределенной системе взаимодействуют друг с другом. Компьютеры распределенной системы могут находиться в одном физическом месте или быть разбросаны по нескольким регионам. Основное преимущество распределенной системы заключается в том, что она может превосходить одиночную компьютерную систему по производительности, надежности и доступности.
Она предполагает совместное использование ресурсов и вычислительной мощности нескольких рабочих станций с помощью распределенных вычислений и баз данных. Ключевыми компонентами распределенных систем являются несколько узлов, коммуникационные сети и распределенное промежуточное программное обеспечение, которое управляет связью между узлами.
Узлы — это независимые вычислительные единицы, которые обмениваются данными друг с другом. Коммуникационная сеть выступает в качестве среды для обмена информацией между узлами. Распределенное промежуточное ПО в распределенных системах относится к программному уровню между распределенными приложениями и базовой сетевой инфраструктурой, предоставляя такие услуги, как связь, координация и управление ресурсами для обеспечения эффективных и надежных распределенных вычислений.
Благодаря распределению рабочей нагрузки и данных между несколькими узлами, архитектура распределенных систем создается для достижения отказоустойчивости (способности продолжать работу при наличии сбоев узлов или проблем в сети), масштабируемости и высокой доступности.
2.
Как работают распределенные системы?
Чтобы распределенные системы функционировали, задача должна быть разделена на более мелкие подзадачи и распределена между несколькими узлами или компьютерами в сети. Затем эти узлы или компьютеры взаимодействуют и сотрудничают для выполнения задачи.
Диаграммное представление распределенных систем
Следующие четыре этапа дают краткий обзор того, как работают распределенные системы:
Децентрализованные компоненты
Распределенная система состоит из множества частей или узлов, разбросанных по различным реальным или виртуальным местам. Эти части могут взаимодействовать друг с другом через сеть для достижения единой цели.
Связь
Компоненты распределенной системы могут взаимодействовать друг с другом с помощью различных протоколов и инструментов, включая TCP/IP, HTTP или очереди сообщений. Эти протоколы позволяют узлам взаимодействовать путем отправки и получения сообщений или данных.
Координация
Чтобы части распределенной системы хорошо функционировали вместе, они должны координировать свои действия. Для достижения такой координации можно использовать несколько механизмов, таких как распределенные алгоритмы, протоколы консенсуса или распределенные транзакции.
Устойчивость к сбоям
Распределенная система должна быть создана с учетом отказоустойчивости. Это означает, что она должна быть способна справляться с отказами отдельных частей или узлов без ухудшения производительности или доступности всей системы. Для достижения отказоустойчивости распределенные системы используют стратегии избыточности, репликации или разделения.
Онлайновая поисковая система является примером распределенной системы, поскольку она состоит из множества узлов, выполняющих различные функции, включая поиск веб-сайтов, индексирование контента и обработку запросов пользователей. Эти узлы сотрудничают, чтобы предоставить пользователям быстрые и эффективные результаты поиска.
Блокчейн — децентрализованная бухгалтерская книга, которая надежно и прозрачно записывает транзакции — также является примером распределенной системы. Он является распределенным, потому что бухгалтерская книга хранится на нескольких узлах сети, причем каждый узел хранит копию всей бухгалтерской книги, что обеспечивает большую прозрачность, безопасность и устойчивость к сбоям или атакам.
3.
Каковы ключевые особенности распределенных систем?
Распределенные системы используются во многих приложениях, включая платформы социальных сетей, облачные вычисления и онлайн-ритейл. Отличительные характеристики распределенных систем выделяют их среди других компьютерных систем.
Одним из таких свойств распределенных систем, позволяющих одновременно выполнять множество процессов или потоков, является параллелизм. Хотя эта особенность делает систему более эффективной, она также может привести к таким проблемам, как тупики.
Тупик — это ситуация, которая может возникнуть в распределенной системе, когда два или более процесса заблокированы и не могут продолжить работу, поскольку каждый из них ждет, пока другой освободит ресурс. Тупики могут возникать в распределенных системах из-за присущей им сложности координации нескольких процессов, выполняющихся одновременно на нескольких узлах.
Еще одной ключевой характеристикой распределенных систем является масштабируемость. Чтобы справиться с растущей рабочей нагрузкой и принять больше пользователей, они должны иметь возможность горизонтального масштабирования путем добавления новых узлов. Отказоустойчивость также очень важна для распределенных систем. Они должны выдерживать сбои отдельных узлов или компонентов без влияния на общую производительность системы. Еще одной особенностью распределенных систем является неоднородность, когда узлы могут иметь различные аппаратные, программные и сетевые конфигурации. Такое разнообразие может затруднить сотрудничество и коммуникацию.
Прозрачность — еще одна ключевая особенность распределенных систем. Они должны предоставлять потребителям прозрачный доступ к ресурсам и услугам всей сети, не допуская их к сложной работе основной системы. Распределенные системы также должны уделять приоритетное внимание безопасности. Для защиты от несанкционированного доступа, утечки данных и других киберрисков они должны быть построены с учетом требований безопасности.
Еще одно качество, которое должны поддерживать распределенные системы, — это согласованность. В условиях одновременных обновлений и сбоев они должны сохранять согласованность данных на многих узлах. Производительность имеет решающее значение для распределенных систем. Они должны быть способны работать на приемлемом уровне, несмотря на увеличение стоимости передачи данных и другие сложности, связанные с распределением.
4.
Каковы различные типы распределенных систем?
Существует множество типов и конструкций распределенных систем, каждая из которых создана для решения конкретных задач и трудностей. Требования приложения, масштабируемость, отказоустойчивость, безопасность и другие факторы — все это играет роль при выборе архитектуры.
Одним из типов распределенных систем является архитектура клиент-сервер. При таком подходе сервер получает запросы от клиента, обрабатывает их и затем отвечает. Веб-приложения часто используют эту конструкцию, в которой веб-браузер выступает в качестве клиента, а сервер размещает веб-страницу.
Архитектура Peer-to-peer (P2P) — это еще один вид распределенной системы. В этой архитектуре все узлы, или пиры, равноправны и могут служить как клиентами, так и серверами. Каждый пир может запрашивать и предлагать ресурсы другим пирам. Приложения для обмена файлами, такие как BitTorrent, используют эту архитектуру.
Похожие: Что такое BitTorrent (BTTC): Руководство для начинающих
Распределенная система баз данных — это третья категория распределенных систем. В рамках этой архитектуры база данных распределяется между несколькими компьютерами или узлами, и все они работают вместе для хранения и администрирования данных. Крупномасштабные приложения, требующие высокой доступности и масштабируемости, включая платформы социальных сетей и веб-сайты электронной коммерции, часто используют эту конструкцию.
Распределенная вычислительная система — это еще одна распределенная система, в которой несколько компьютеров сотрудничают для решения сложных вычислительных задач. В научных исследованиях эта архитектура часто используется, когда многочисленные компьютеры используются для анализа больших массивов данных или моделирования сложных процессов.
Гибридные распределенные системы, которые объединяют в себе множество архитектур или концепций, также являются распределенными системами. Например, распределенная система может использовать архитектуру P2P для обмена файлами и архитектуру клиент-сервер для выполнения веб-запросов.
5.
Каковы преимущества и недостатки распределенных систем?
Распределенные системы имеют множество преимуществ, включая масштабируемость, отказоустойчивость и повышенную производительность. Однако у них есть и недостатки, включая проблемы координации, сложность и требования к специальным навыкам.
Распределенные системы имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными централизованными системами. Одним из значительных преимуществ является масштабируемость. Чтобы справиться с растущей рабочей нагрузкой и обслужить больше пользователей, распределенные системы могут просто добавлять новые узлы. Благодаря своей масштабируемости распределенные системы могут поддерживать большой трафик и высокую доступность без ущерба для производительности.
Отказоустойчивость — еще одно преимущество распределенных систем. Система может продолжать работать, даже если один узел выходит из строя, поскольку другие узлы могут взять на себя выполнение его задач. В результате распределенные системы менее уязвимы к аппаратным или программным сбоям, чем централизованные. Благодаря возможности распределения вычислений между несколькими узлами, распределенные системы также могут ускорить пропускную способность и сократить время обработки.
Однако у распределенных систем есть несколько недостатков. Например, может быть трудно координировать коммуникацию и гарантировать, что все узлы последовательно понимают систему, поскольку распределенные системы состоят из нескольких узлов, которые могут быть разбросаны географически. Это может привести к проблемам с параллелизмом и согласованностью.
Сложность — еще один недостаток распределенных систем. Из-за присущей им сложности распределенные системы иногда сложнее обслуживать и в них больше недостатков с точки зрения безопасности, чем в системах с централизованным управлением. Проектирование и обслуживание распределенных систем также может потребовать специальных знаний и способностей, что может повысить стоимость и сложность.
6.
Каково будущее распределенных систем?
Будущее распределенных систем выглядит многообещающим, поскольку технологии продолжают развиваться. Кластерные вычисления и grid-вычисления — две новые технологии, которые, вероятно, сыграют значительную роль в будущем распределенных систем.
Кластерные вычисления подразумевают использование нескольких взаимосвязанных компьютеров для совместной работы в качестве единой системы. Помимо повышенной вычислительной мощности и отказоустойчивости, эта технология также обладает лучшей масштабируемостью. Кластерные вычисления становятся все более доступными, и ожидается, что они будут чаще использоваться в высокопроизводительных вычислительных приложениях, поскольку стоимость оборудования продолжает снижаться.
Кластерные вычисления можно использовать при обработке больших данных. Поскольку объем генерируемых данных растет экспоненциально, кластерные вычисления можно использовать для более эффективной обработки и анализа этих данных.
Аналогично, поскольку такие области, как искусственный интеллект и машинное обучение, требуют больших вычислительных мощностей для обучения моделей и обработки данных, кластерные вычисления можно использовать для ускорения этих процессов и повышения точности.
Грид-вычисления используют географически распределенные ресурсы для совместной работы в качестве единой системы. С помощью этой технологии предприятия могут объединять ресурсы и совместно работать над сложными проектами, которые было бы сложно или невозможно выполнить с помощью обычных компьютерных технологий.
Например, в случае стихийного бедствия grid computing может быстро мобилизовать ресурсы со всего мира для оказания помощи в ликвидации последствий. Чтобы повысить шансы на получение вознаграждения, майнеры Bitcoin могут использовать grid computing для объединения своих вычислительных ресурсов с ресурсами других майнеров по всему миру.
В отличие от отдельных майнеров, работающих в одиночку, это обеспечивает распределенную сеть вычислительных мощностей, которые могут сотрудничать для более быстрого и эффективного решения математических задач. По прогнозам, по мере развития облачных вычислений, грид-вычисления будут играть все более важную роль в научных исследованиях, обработке данных и других крупномасштабных компьютерных приложениях.