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 شامل استفاده از چندین کامپیوتر به هم پیوسته برای کار با هم به عنوان یک سیستم واحد است. این فناوری علاوه بر بهبود قدرت پردازش و تحمل خطا، مقیاس پذیری بهتری نیز دارد. محاسبات خوشه‌ای مقرون به صرفه‌تر می‌شود و انتظار می‌رود که در برنامه‌های محاسباتی با کارایی بالا بیشتر مورد استفاده قرار گیرد زیرا هزینه سخت‌افزار همچنان کاهش می‌یابد.

رایانش خوشه ای را می توان در 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، از آنجایی که زمینه هایی مانند هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی به مقادیر زیادی از قدرت محاسباتی برای آموزش مدل ها و پردازش داده ها نیاز دارند، محاسبات خوشه ای می تواند برای سرعت بخشیدن به این فرآیندها و بهبود دقت استفاده شود.

محاسبات شبکه ای از منابع توزیع شده جغرافیایی برای کار با هم به عنوان یک سیستم واحد استفاده می کند. با استفاده از این فناوری، کسب‌وکارها می‌توانند منابع را جمع کنند و روی پروژه‌های پیچیده‌ای کار کنند که تکمیل آنها با استفاده از تکنیک‌های رایانه‌ای سنتی دشوار یا غیرممکن است.

برای مثال، در صورت وقوع یک بلایای طبیعی، محاسبات شبکه می‌تواند به سرعت منابع را از سراسر جهان برای کمک به تلاش‌های واکنش بسیج کند. برای افزایش شانس خود برای برنده شدن جوایز، استخراج کنندگان بیت کوین می توانند از محاسبات شبکه ای برای اتصال منابع محاسباتی خود به سایر ماینرها در سراسر جهان استفاده کنند.

برخلاف ماینرهایی که به تنهایی کار می کنند، این یک شبکه توزیع شده از قدرت محاسباتی را فراهم می کند که می تواند برای حل سریعتر و موثرتر مسائل ریاضی با یکدیگر همکاری کند. پیش‌بینی می‌شود که محاسبات شبکه‌ای برای تحقیقات علمی، پردازش داده‌ها و دیگر کاربردهای محاسباتی در مقیاس بزرگ با تکامل محاسبات ابری اهمیت بیشتری پیدا کند.

مزایا و معایب سیستم های توزیع شده چیست؟

سیستم های توزیع شده مزایای زیادی مانند مقیاس پذیری، تحمل خطا و بهبود عملکرد را ارائه می دهند. با این حال، معایبی مانند مشکلات هماهنگی، پیچیدگی و الزامات مهارت ویژه نیز وجود دارد.

سیستم های توزیع شده مزایای متعددی نسبت به سیستم های متمرکز سنتی دارند. یک مزیت کلیدی مقیاس پذیری است. برای مدیریت حجم کاری در حال رشد و ارائه خدمات به کاربران بیشتر، سیستم های توزیع شده به سادگی می توانند گره های بیشتری را اضافه کنند. به دلیل مقیاس پذیری، سیستم های توزیع شده می توانند از ترافیک سنگین و در دسترس بودن بالا بدون به خطر انداختن عملکرد پشتیبانی کنند.

تحمل خطا یکی دیگر از مزایای سیستم های توزیع شده است. حتی اگر یک گره از کار بیفتد، سیستم می تواند به کار خود ادامه دهد، زیرا گره های دیگر می توانند وظایف خود را بر عهده بگیرند. در نتیجه، سیستم های توزیع شده نسبت به سیستم های متمرکز کمتر در برابر خرابی های سخت افزاری یا نرم افزاری آسیب پذیر هستند. سیستم های توزیع شده می توانند با تقسیم محاسبات بین چندین گره، سرعت عملیات را تسریع کرده و زمان تراکنش را کاهش دهند.

با این حال، سیستم های توزیع شده دارای چندین معایب هستند. به عنوان مثال، از آنجایی که سیستم های توزیع شده حاوی چندین گره هستند که ممکن است از نظر جغرافیایی پراکنده باشند، هماهنگ کردن ارتباطات و اطمینان از اینکه همه گره ها درک ثابتی از سیستم دارند می تواند دشوار باشد. این می تواند باعث ایجاد مشکلات همزمان و سازگاری شود.

پیچیدگی یکی دیگر از معایب سیستم های توزیع شده است. به دلیل پیچیدگی ذاتی، نگهداری سیستم های توزیع شده گاهی دشوارتر است و دارای نقص های امنیتی بیشتری نسبت به سیستم های مدیریت مرکزی است. طراحی و نگهداری سیستم های توزیع شده نیز ممکن است به دانش و قابلیت های تخصصی نیاز داشته باشد که می تواند هزینه و پیچیدگی را افزایش دهد.

انواع مختلف سیستم های توزیع شده چیست؟

انواع و طرح های بسیاری از سیستم های توزیع شده وجود دارد و هر کدام برای رفع نیازها و چالش های خاص ایجاد شده اند. الزامات برنامه، مقیاس پذیری، تحمل خطا، امنیت و عوامل دیگر همگی در انتخاب معماری نقش دارند.

یکی از انواع سیستم های توزیع شده معماری سرویس گیرنده-سرور است. در این رویکرد، یک سرور درخواست های مشتری را دریافت، پردازش و سپس به آنها پاسخ می دهد. برنامه های کاربردی وب اغلب از این طرح استفاده می کنند، جایی که مرورگر وب به عنوان مشتری و سرور میزبان صفحه وب است.

معماری Peer-to-Peer (P2P) نوع دیگری از سیستم های توزیع شده است. تمام گره ها یا همتاها در این معماری برابر هستند و می توانند هم به عنوان مشتری و هم به عنوان سرور خدمت کنند. هر یک از همسران ممکن است درخواست و ارائه منابع به همسران دیگر. برنامه های اشتراک گذاری فایل مانند BitTorrent از این معماری استفاده می کردند.

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

سیستم پایگاه داده توزیع شده سومین دسته از سیستم های توزیع شده است. تحت این معماری یک پایگاه داده بین چندین کامپیوتر یا گره توزیع می شود و همه آنها برای ذخیره و مدیریت داده ها با هم کار می کنند. برنامه های کاربردی در مقیاس بزرگ که نیاز به در دسترس بودن و مقیاس پذیری بالایی دارند، از جمله پلتفرم های رسانه های اجتماعی و وب سایت های تجارت الکترونیک، اغلب از این طرح استفاده می کنند.

سیستم محاسباتی توزیع شده یکی دیگر از سیستم های توزیع شده است که در آن چندین کامپیوتر برای حل مسائل محاسباتی دشوار با یکدیگر همکاری می کنند. در تحقیقات علمی، این معماری اغلب زمانی استفاده می شود که تعداد زیادی کامپیوتر برای تجزیه و تحلیل مجموعه داده های بزرگ یا شبیه سازی فرآیندهای پیچیده استفاده می شود.

سیستم های توزیع شده ترکیبی که بسیاری از معماری ها یا مفاهیم را ادغام می کنند نیز سیستم های توزیع شده هستند. به عنوان مثال، یک سیستم توزیع شده ممکن است از طراحی P2P برای به اشتراک گذاری فایل و 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 از جمله پلت فرم های شبکه های اجتماعی، محاسبات ابری و خرده فروشی آنلاین استفاده می شوند. ویژگی های متمایز سیستم های توزیع شده آنها را از سایر سیستم های کامپیوتری متمایز می کند.

یکی از ویژگی‌های سیستم‌های توزیع‌شده که امکان اجرای همزمان بسیاری از فرآیندها یا رشته‌ها را فراهم می‌کند، 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 تراکنش مسدود شده اند و نمی توانند ادامه دهند زیرا هر یک منتظر دیگری برای آزاد کردن یک منبع است. بن بست ها می توانند در سیستم های توزیع شده به دلیل پیچیدگی ذاتی هماهنگی چندین فرآیند در حال اجرا همزمان در چندین گره رخ دهند.

یکی دیگر از ویژگی های مهم سیستم های توزیع شده، مقیاس پذیری است. آنها باید بتوانند با افزودن گره های بیشتر به صورت افقی مقیاس کنند تا بارهای کاری افزایش یافته را مدیریت کنند و کاربران بیشتری را در خود جای دهند. تحمل خطا نیز برای سیستم های توزیع شده حیاتی است. آنها باید بدون تأثیر بر عملکرد کلی سیستم، در برابر خرابی گره ها یا اجزای جداگانه مقاومت کنند. یکی دیگر از ویژگی های سیستم های توزیع شده ناهمگونی است، که در آن گره ها می توانند انواع سخت افزار، نرم افزار و پیکربندی شبکه را داشته باشند. تنوع می تواند همکاری و ارتباط را دشوار کند.

شفافیت یکی دیگر از ویژگی های مهم سیستم های توزیع شده است. در حالی که به مصرف کنندگان دسترسی شفاف به منابع و خدمات در سراسر شبکه را ارائه می دهند، آنها نباید آنها را از عملکرد پیچیده سیستم زیربنایی آگاه کنند. سیستم های توزیع شده نیز باید امنیت را در اولویت قرار دهند. آنها باید با در نظر گرفتن امنیت ساخته شوند تا از دسترسی غیرمجاز، نقض داده ها و سایر خطرات سایبری محافظت کنند.

کیفیت دیگری که سیستم های توزیع شده باید از آن پشتیبانی کنند سازگاری است. آنها باید یکپارچگی داده را در بسیاری از گره ها در مواجهه با به روز رسانی ها و خرابی های همزمان حفظ کنند. برای سیستم های توزیع شده، عملکرد بسیار مهم است. آنها باید بتوانند علیرغم افزایش هزینه های انتقال و سایر چالش های ناشی از توزیع، در سطوح قابل قبولی عمل کنند.

سیستم های توزیع شده چگونه کار می کنند؟

برای اینکه سیستم های توزیع شده کار کنند، یک کار باید به وظایف فرعی کوچکتر تقسیم شود و در چندین گره یا رایانه در یک شبکه قرار گیرد. سپس این گره ها یا رایانه ها برای تکمیل کار با هم ارتباط برقرار کرده و با هم همکاری می کنند.

چهار مرحله زیر یک نمای کلی از نحوه عملکرد سیستم های توزیع شده ارائه می دهد:

اجزای غیر متمرکز

یک سیستم توزیع شده شامل تعداد زیادی خرده یا گره است که در مکان های مختلف واقعی یا مجازی 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 یک سیستم توزیع شده می توانند با استفاده از پروتکل ها و ابزارهای مختلف از جمله TCP/IP، HTTP یا 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.

هماهنگی

برای اینکه بخش‌های یک سیستم توزیع‌شده به خوبی با هم کار کنند، باید اقدامات خود را هماهنگ کنند. برای دستیابی به این هماهنگی می توان از مکانیسم های مختلفی مانند الگوریتم های توزیع شده، پروتکل های اجماع یا تراکنش های توزیع شده استفاده کرد.

تحمل خطا

یک سیستم توزیع شده باید با در نظر گرفتن تحمل خطا ایجاد شود. این به این معنی است که باید قادر به رسیدگی به خرابی بخش‌ها یا گره‌های خاص بدون آسیب رساندن به عملکرد یا در دسترس بودن کل سیستم 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 شامل چندین گره است که عملکردهای مختلفی از جمله خزیدن وب سایت ها، فهرست بندی محتوا و پردازش درخواست های کاربر را انجام می دهند. این گره ها برای ارائه نتایج جستجوی سریع و کارآمد به کاربران همکاری می کنند.

بلاک چین، یک دفتر کل غیرمتمرکز که تراکنش ها را به صورت ایمن و شفاف ثبت می کند، نیز نمونه ای از یک سیستم توزیع شده است. به این دلیل توزیع می شود که دفتر کل در چندین گره در شبکه ذخیره می شود، هر گره یک کپی از کل دفتر را نگه می دارد و شفافیت، امنیت و انعطاف پذیری بیشتری در برابر خطاها یا حملات ارائه می دهد.

سیستم توزیع شده چیست؟

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

برای دستیابی به یک هدف مشترک، رایانه ها در یک سیستم توزیع شده با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. رایانه های یک سیستم توزیع شده ممکن است در یک مکان فیزیکی واحد میزبانی شوند یا ممکن است در چندین منطقه توزیع شوند. مزیت اصلی یک سیستم توزیع شده این است که می تواند از یک سیستم کامپیوتری واحد از نظر عملکرد، قابلیت اطمینان و در دسترس بودن بهتر عمل کند.

این شامل به اشتراک گذاری منابع و توان پردازشی بین چندین ایستگاه کاری از طریق محاسبات توزیع شده و پایگاه داده است. اجزای کلیدی سیستم های توزیع شده عبارتند از گره های متعدد، شبکه های ارتباطی و میان افزار توزیع شده که ارتباطات 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. در سیستم‌های توزیع‌شده، میان‌افزار توزیع‌شده به لایه نرم‌افزاری بین برنامه‌های کاربردی توزیع‌شده و زیرساخت شبکه زیربنایی اشاره دارد و 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، سیستم های توزیع شده برای دستیابی به تحمل خطا (قابلیت ادامه کار در هنگام خرابی گره یا مشکلات شبکه)، مقیاس پذیری و در دسترس بودن بالا، معماری می شوند.

نویسنده: Onkar Singh