سیستم توزیع شده چیست و چگونه کار می کند؟

به گزارش پایگاه خبری ارز دیجیتال موبو ارز،

با این نمای کلی جامع، بینشی در مورد نحوه عملکرد سیستم های توزیع شده به دست آورید.

آینده سیستم های توزیع شده چیست؟

با ادامه پیشرفت فناوری، آینده سیستم های توزیع شده امیدوارکننده به نظر می رسد. محاسبات خوشه ای و محاسبات شبکه ای دو فناوری نوظهور هستند که احتمالاً نقش مهمی در آینده سیستم های توزیع شده ایفا می کنند.

محاسبات خوشه ای از چندین رایانه به هم پیوسته برای کار با هم به عنوان یک سیستم واحد استفاده می کند. این فناوری علاوه بر افزایش قدرت پردازش و تحمل خطا، بسیار مقیاس پذیر است. محاسبات خوشه ای مقرون به صرفه تر می شود و انتظار می رود با کاهش هزینه های سخت افزاری، بیشتر در برنامه های محاسباتی با کارایی بالا استفاده شود.

رایانش خوشه ای را می توان برای پردازش کلان داده استفاده کرد. همانطور که مقدار داده های تولید شده به طور تصاعدی رشد می کند، محاسبات خوشه ای می تواند برای پردازش و تجزیه و تحلیل موثرتر این داده ها استفاده شود.

به طور مشابه، زمینه‌هایی مانند هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی به مقادیر زیادی قدرت محاسباتی برای آموزش مدل‌ها و پردازش داده‌ها نیاز دارند، بنابراین از محاسبات خوشه‌ای برای سرعت بخشیدن به این فرآیندها و بهبود دقت استفاده می‌شود.

محاسبات شبکه ای از منابع توزیع شده جغرافیایی برای کار با هم به عنوان یک سیستم واحد استفاده می کند. این فناوری به شرکت‌ها اجازه می‌دهد تا منابع را جمع کنند و در پروژه‌های پیچیده‌ای که با فناوری رایانه سنتی دشوار یا غیرممکن است، همکاری کنند.

به عنوان مثال، هنگامی که یک بلای طبیعی رخ می دهد، محاسبات شبکه ای می تواند به سرعت منابع را در سراسر جهان بسیج کند تا به تلاش های واکنش کمک کند. استخراج‌کنندگان بیت‌کوین برای افزایش شانس خود برای کسب پاداش، می‌توانند از محاسبات شبکه برای اتصال منابع محاسباتی خود با سایر ماینرها در سراسر جهان استفاده کنند.

این یک شبکه توزیع شده از قدرت پردازش را فراهم می کند، که با هم کار می کند تا مسائل ریاضی را سریعتر و موثرتر حل کند، برخلاف ماینرهای منفرد که در انزوا کار می کنند. پیش بینی می شود که محاسبات شبکه ای برای تحقیقات علمی، پردازش داده ها و دیگر کاربردهای محاسباتی در مقیاس بزرگ با توسعه رایانش ابری اهمیت بیشتری پیدا کند.

مزایا و معایب سیستم های توزیع شده چیست؟

سیستم های توزیع شده دارای مزایای بسیاری مانند مقیاس پذیری، تحمل خطا و بهبود عملکرد هستند. با این حال، معایبی نیز دارد، مانند چالش های هماهنگی، پیچیدگی، و الزامات مهارتی تخصصی.

یک سیستم توزیع شده دارای چندین مزیت نسبت به یک سیستم متمرکز سنتی است. یکی از مزایای کلیدی مقیاس پذیری است. سیستم های توزیع شده به سادگی گره هایی را برای مدیریت بارهای کاری در حال رشد و ارائه خدمات به کاربران بیشتری اضافه می کنند. مقیاس پذیری آن به سیستم های توزیع شده اجازه می دهد تا از حجم زیادی از ترافیک و در دسترس بودن بالا بدون به خطر انداختن عملکرد پشتیبانی کنند.

تحمل خطا یکی دیگر از مزایای سیستم های توزیع شده است. اگر یک گره از کار بیفتد، گره های دیگر می توانند وظایف آن را بر عهده بگیرند، بنابراین سیستم می تواند به کار خود ادامه دهد. در نتیجه، سیستم های توزیع شده نسبت به سیستم های متمرکز کمتر در برابر خرابی های سخت افزاری یا نرم افزاری آسیب پذیر هستند. با اجازه دادن به تقسیم محاسبات در چندین گره، سیستم های توزیع شده همچنین می توانند سرعت عملیات را افزایش داده و زمان پردازش را کاهش دهند.

با این حال، سیستم های توزیع شده دارای معایبی هستند. به عنوان مثال، سیستم های توزیع شده از چندین گره تشکیل شده اند که ممکن است از نظر جغرافیایی پراکنده باشند، که هماهنگی ارتباطات را دشوار می کند و اطمینان حاصل می کند که همه گره ها درک ثابتی از سیستم دارند. مواردی وجود دارد. این می تواند منجر به مشکلات همزمانی و سازگاری شود.

پیچیدگی یکی دیگر از اشکالات سیستم های توزیع شده است. به دلیل پیچیدگی ذاتی آنها، نگهداری سیستم های توزیع شده ممکن است دشوارتر باشد و دارای نقص های امنیتی بیشتری نسبت به سیستم های متمرکز باشد. طراحی و نگهداری سیستم های توزیع شده ممکن است به دانش و مهارت خاصی نیاز داشته باشد که می تواند هزینه و پیچیدگی را افزایش دهد.

چه نوع سیستم های توزیع شده وجود دارد؟

انواع و طرح های بسیاری از سیستم های توزیع شده وجود دارد که هر کدام برای رفع نیازها و مشکلات خاص ایجاد شده اند. الزامات برنامه، مقیاس پذیری، تحمل خطا، امنیت و عوامل دیگر همگی بر انتخاب معماری تأثیر می گذارند.

یکی از انواع سیستم های توزیع شده، معماری سرویس گیرنده-سرور است. در این رویکرد، سرور درخواست های مشتریان را دریافت می کند، آنها را پردازش می کند و سپس پاسخ می دهد. برنامه های کاربردی وب اغلب از این طراحی استفاده می کنند، با مرورگر وب به عنوان مشتری و سرور میزبان صفحات وب.

معماری همتا به همتا (P2P) نوع دیگری از سیستم توزیع شده است. تمام گره ها یا همتاها در این معماری معادل هستند و می توانند هم به عنوان مشتری و هم به عنوان سرور عمل کنند. هر همتا می تواند درخواست کند و منابعی را در اختیار سایر همتایان قرار دهد. برنامه های به اشتراک گذاری فایل مانند BitTorrent از این معماری استفاده می کنند.

مطالب مرتبط: بیت تورنت چیست (BTTC): راهنمای مبتدیان

سیستم های پایگاه داده توزیع شده دسته سوم سیستم های توزیع شده هستند. پایگاه‌های داده در چندین کامپیوتر یا گره تحت این معماری توزیع می‌شوند که همه آنها برای ذخیره و مدیریت داده‌ها با هم کار می‌کنند. برنامه های بزرگی که نیاز به در دسترس بودن و مقیاس پذیری بالایی دارند، مانند پلتفرم های رسانه های اجتماعی و وب سایت های تجارت الکترونیک، اغلب از این طراحی استفاده می کنند.

یک سیستم محاسباتی توزیع شده یکی دیگر از سیستم های توزیع شده است که در آن چندین کامپیوتر با هم کار می کنند تا مشکلات محاسباتی دشوار را حل کنند. تحقیقات علمی اغلب از این معماری هنگام تجزیه و تحلیل مجموعه داده های بزرگ یا شبیه سازی فرآیندهای پیچیده با استفاده از بسیاری از رایانه ها استفاده می کند.

یک سیستم توزیع شده ترکیبی که بسیاری از معماری ها یا مفاهیم را یکپارچه می کند نیز یک سیستم توزیع شده است. به عنوان مثال، یک سیستم توزیع شده ممکن است از یک طرح P2P برای به اشتراک گذاری فایل و یک معماری سرویس گیرنده/سرور برای درخواست های وب استفاده کند.

ویژگی های اصلی سیستم های توزیع شده چیست؟

سیستم های توزیع شده در بسیاری از برنامه ها مانند پلت فرم های شبکه های اجتماعی، محاسبات ابری و خرده فروشی آنلاین استفاده می شوند. ویژگی های سیستم های توزیع شده آنها را از سایر سیستم های کامپیوتری متمایز می کند.

یکی از ویژگی‌های سیستم‌های توزیع‌شده که به بسیاری از فرآیندها یا رشته‌ها اجازه می‌دهد به طور همزمان اجرا شوند، همزمانی است. اگرچه این ویژگی سیستم را کارآمدتر می کند، اما می تواند مشکلاتی مانند بن بست را نیز ایجاد کند.

بن بست وضعیتی است که می تواند در سیستم های توزیع شده رخ دهد که در آن دو یا چند فرآیند مسدود شده اند و هر کدام نمی توانند ادامه پیدا کنند زیرا منتظر هستند تا فرآیند دیگر منابع را آزاد کند. بن‌بست‌ها می‌توانند در سیستم‌های توزیع‌شده به دلیل پیچیدگی ذاتی هماهنگی چندین فرآیند که به طور همزمان روی چندین گره اجرا می‌شوند، رخ دهد.

یکی دیگر از ویژگی های مهم سیستم های توزیع شده، مقیاس پذیری است. برای مدیریت افزایش حجم کاری و پذیرش کاربران بیشتر، باید بتوانید با افزودن گره ها به صورت افقی مقیاس بندی کنید. تحمل خطا نیز برای سیستم های توزیع شده مهم است. خرابی گره ها یا اجزای جداگانه باید بدون تأثیر بر عملکرد کلی سیستم تحمل شوند. یکی دیگر از ویژگی های سیستم های توزیع شده ناهمگونی است، که در آن گره ها می توانند سخت افزار، نرم افزار و پیکربندی شبکه متفاوتی داشته باشند. تنوع می تواند همکاری و ارتباط را دشوار کند.

شفافیت یکی دیگر از ویژگی های مهم سیستم های توزیع شده است. آنها باید دسترسی شفاف به منابع و خدمات در سراسر شبکه را برای مصرف کنندگان فراهم کنند، در حالی که پیچیدگی های سیستم های زیربنایی را پنهان می کنند. امنیت نیز باید در اولویت سیستم های توزیع شده باشد. برای محافظت در برابر دسترسی های غیرمجاز، نقض داده ها و سایر خطرات سایبری، باید امنیت را در ذهن داشته باشید.

کیفیت دیگری که سیستم های توزیع شده باید حفظ کنند سازگاری است. داده‌ها باید در بسیاری از گره‌ها در مواجهه با به‌روزرسانی‌ها و خرابی‌های همزمان ثابت نگه داشته شوند. عملکرد در سیستم های توزیع شده مهم است. با وجود افزایش هزینه های انتقال و سایر عوارض تحویل، باید بتواند در سطح قابل قبولی عمل کند.

سیستم های توزیع شده چگونه کار می کنند؟

برای اینکه سیستم های توزیع شده کار کنند، وظایف باید به وظایف فرعی کوچکتر تقسیم شوند و در چندین گره یا رایانه در شبکه توزیع شوند. این گره ها یا کامپیوترها با هم ارتباط برقرار می کنند و برای تکمیل وظایف با هم کار می کنند.

چهار مرحله بعدی به طور خلاصه نحوه عملکرد سیستم های توزیع شده را شرح می دهد.

اجزای توزیع شده

یک سیستم توزیع شده شامل بخش ها یا گره های زیادی است که در مکان های واقعی یا مجازی مختلف پخش شده اند. این قطعات می توانند از طریق یک شبکه با یکدیگر ارتباط برقرار کنند تا به یک هدف واحد دست یابند.

ارتباط

اجزای سیستم های توزیع شده می توانند با استفاده از پروتکل ها و ابزارهای مختلف از جمله TCP/IP، HTTP و صف های پیام با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. این پروتکل ها به گره ها اجازه می دهند از طریق ارسال و دریافت پیام یا داده با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.

تنظیم

برای اینکه بخش های یک سیستم توزیع شده به خوبی با هم کار کنند، رفتار آنها باید هماهنگ باشد. چندین مکانیسم مانند الگوریتم های توزیع شده، پروتکل های اجماع و تراکنش های توزیع شده را می توان برای دستیابی به این هماهنگی مورد استفاده قرار داد.

تحمل خطا

سیستم های توزیع شده باید با در نظر گرفتن تحمل خطا ساخته شوند. این بدان معنی است که باید قادر به رسیدگی به خرابی قطعات یا گره های خاص بدون به خطر انداختن عملکرد کلی سیستم یا در دسترس بودن باشد. سیستم های توزیع شده از استراتژی های افزونگی، تکرار، یا پارتیشن بندی برای دستیابی به تحمل خطا استفاده می کنند.

یک موتور جستجوی آنلاین نمونه ای از یک سیستم توزیع شده است زیرا از گره های زیادی تشکیل شده است که عملکردهای مختلفی مانند خزیدن وب سایت ها، فهرست بندی محتوا و پردازش درخواست های کاربر را انجام می دهند. این گره ها با هم کار می کنند تا نتایج جستجوی سریع و موثری را در اختیار کاربران قرار دهند.

بلاک چین، یک دفتر کل توزیع شده که به طور ایمن و شفاف تراکنش ها را ثبت می کند، نمونه دیگری از یک سیستم توزیع شده است. توزیع آن به این دلیل است که دفتر کل در چندین گره در شبکه ذخیره می شود و هر گره یک کپی از کل دفتر را در خود دارد. این باعث بهبود شفافیت، امنیت و انعطاف پذیری در برابر شکست ها و حملات می شود.

سیستم توزیع شده چیست

سیستم توزیع شده مجموعه ای از رایانه های مستقل است که به عنوان یک سیستم واحد و منسجم در نظر کاربران ظاهر می شود.

کامپیوترها در سیستم های توزیع شده برای رسیدن به یک هدف مشترک با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. کامپیوترها در یک سیستم توزیع شده ممکن است در یک مکان فیزیکی قرار گیرند یا در چندین جغرافیا توزیع شده باشند. مزایای اصلی سیستم های توزیع شده عملکرد، قابلیت اطمینان و مزایای در دسترس بودن آنها نسبت به سیستم های کامپیوتری منفرد است.

این شامل به اشتراک گذاری منابع و قدرت پردازش در بین ایستگاه های کاری متعدد از طریق محاسبات توزیع شده و پایگاه های داده است. اجزای کلیدی یک سیستم توزیع شده شامل چندین گره، شبکه های ارتباطی و میان افزار توزیع شده است که ارتباط بین گره ها را کنترل می کند.

گره ها موجودیت های محاسباتی مستقلی هستند که با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. یک شبکه ارتباطی به عنوان رسانه ای برای تبادل اطلاعات بین گره ها عمل می کند. میان‌افزار توزیع‌شده در سیستم‌های توزیع‌شده به لایه نرم‌افزاری بین برنامه‌های کاربردی توزیع‌شده و زیرساخت شبکه‌ای اطلاق می‌شود که خدماتی مانند ارتباطات، هماهنگی و مدیریت منابع را برای فعال کردن محاسبات توزیع‌شده کارآمد و قابل اعتماد ارائه می‌دهد.

با توزیع حجم کار و داده ها در چندین گره، یک معماری سیستم توزیع شده ایجاد می کنید که تحمل خطا (توانایی ادامه عملیات در صورت خرابی گره یا مشکل شبکه)، مقیاس پذیری و در دسترس بودن بالا را فراهم می کند.

نویسنده: Onkar Singh