HỆ THỐNG PHÂN TÁN: ĐẶC ĐIỂM, KIẾN ​​TRÚC, KIỂU, MỤC TIÊU, ỨNG DỤNG - CÔNG NGHỆ - 2026

Các hệ thống phân phối là những mẩu phần mềm sử dụng để phối hợp hành động của nhiều máy tính. Sự phối hợp này đạt được thông qua việc trao đổi thông điệp, nghĩa là với các mẩu dữ liệu truyền thông tin.

Hệ thống phân tán yêu cầu các thành phần đồng thời, mạng truyền thông và cơ chế đồng bộ hóa. Chúng cho phép chia sẻ tài nguyên, bao gồm cả phần mềm, bởi các hệ thống được kết nối với mạng. Do đó, hệ thống dựa trên một mạng kết nối các máy tính và xử lý việc định tuyến các thông điệp.

a và b (hệ thống phân tán). b (hệ thống song song). Miym / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Máy tính phân tán là một lĩnh vực máy tính chịu trách nhiệm phân tích các hệ thống phân tán. Chương trình máy tính chạy trên hệ thống phân tán được gọi là chương trình phân tán.

Trong bối cảnh có thể có hàng trăm hoặc hàng nghìn máy tính, một tỷ lệ phổ biến ở các công ty Internet lớn, rất phổ biến xảy ra các lỗi thành phần, có thể là phần cứng, mạng, đĩa, v.v. và hệ thống phải chuẩn bị đối mặt với chúng mọi lúc.

Phân phối dữ liệu

Phân phối là chìa khóa để có thể xử lý các tập đoàn dữ liệu rất lớn. Cần đạt được khả năng mở rộng, đây là phương tiện để duy trì hiệu suất ổn định khi các vùng dữ liệu phát triển bằng cách thêm các tài nguyên mới vào hệ thống.

Mặt khác, phân phối xuất hiện một loạt các vấn đề kỹ thuật khiến việc thiết kế và triển khai tính toán và lưu trữ phân tán trở nên quan trọng cần được xem xét. Một điểm cần lưu ý là rủi ro có thể xảy ra thất bại.

Đặc điểm của hệ thống phân tán

a và b (hệ thống phân tán). b (hệ thống song song). Miym / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Khả năng tương thích

Các thiết bị có thể hoạt động với các hệ điều hành khác nhau. Điều này không ngăn họ luôn cung cấp các dịch vụ giống nhau cho người dùng. Vì lý do này, tất cả các thiết bị được kết nối đều tương thích với nhau.

Một vấn đề cơ bản khác là thiết kế của phần mềm, vì nó cũng tương thích với tất cả các hệ thống và người dùng trên mỗi máy tính.

Khả năng chịu lỗi

Là một mạng duy nhất có nhiều máy tính nên nếu thành phần nào của nó bị lỗi thì các thành phần còn lại vẫn tiếp tục thực hiện đầy đủ chức năng của mình, tránh lỗi nhanh chóng.

Vì lý do này, các hệ thống phân tán có xu hướng tạo ra nhiều sự tự tin khi làm việc với chúng, bởi vì rất hiếm khi hệ thống bị lỗi hoàn toàn, bởi vì các tác vụ không nằm trong một thiết bị duy nhất mà ở các máy tính khác nhau.

Phần mềm trung gian và API

Các bộ xử lý khác nhau sử dụng phần mềm trung gian phân phối, giúp chia sẻ các tài nguyên và khả năng khác nhau để cung cấp cho người dùng một mạng tích hợp và chặt chẽ. Nó cũng cung cấp cho các ứng dụng một số dịch vụ, chẳng hạn như bảo mật và khôi phục sự cố.

Hôm nay, bạn nghe nhiều hơn về các giao diện lập trình ứng dụng (API), có chức năng như một cổng để các ứng dụng có thể giao tiếp. Các ứng dụng không cần biết bất cứ điều gì về các ứng dụng khác ngoại trừ API của chúng.

Ngành kiến ​​trúc

Kiến trúc máy khách-máy chủ

Một máy tính cụ thể được gọi là máy chủ có thể thực hiện một số tác vụ nhất định, được gọi là dịch vụ. Ví dụ: cung cấp tệp qua mạng, khả năng thực thi các lệnh nhất định hoặc định tuyến dữ liệu đến máy in. Máy khách là máy tính yêu cầu các dịch vụ.

Máy tính chủ yếu được biết đến với dịch vụ mà nó cung cấp có thể được gọi là máy chủ in, máy chủ tệp, v.v.

Kiến trúc ngang hàng

Nó giả định rằng mỗi máy tính có các khả năng tương tự nhau và không có máy nào dành riêng để phục vụ các máy khác. Ví dụ về điều này là một bộ máy vi tính trong một văn phòng nhỏ.

Mạng cho phép mọi người truy cập tệp của nhau và gửi email, nhưng không có máy tính nào cung cấp một bộ dịch vụ cụ thể.

Kiến trúc đa cấp

Đối với một số dịch vụ nhất định, có thể có ý nghĩa khi có kết nối phân cấp. Ví dụ:

• Một máy chủ khi thực hiện các tác vụ của nó có thể liên hệ với một máy chủ khác kiểu khác
• Kiến trúc máy khách-máy chủ là kiến ​​trúc hai tầng.

Kiến trúc nhóm bộ xử lý

Hệ điều hành có thể tự động khởi động các quy trình trên máy tính không hoạt động và thậm chí di chuyển các quy trình sang hệ thống có số chu kỳ CPU khả dụng cao hơn. Trong các trường hợp khác, người dùng có thể bắt đầu hoặc di chuyển các quy trình trên các hệ thống có sẵn theo cách thủ công.

Các loại hệ thống phân tán

Tính toán cụm

Nó là một tập hợp các máy tính tương tự được kết nối thông qua mạng cục bộ tốc độ cao. Nó thường được sử dụng để lập trình song song, trong đó một chương trình máy tính chuyên sâu chạy song song trên nhiều máy tính.

Mỗi cụm bao gồm một tập hợp các nút tính toán được giám sát và quản lý bởi một hoặc nhiều nút được gọi là nút chính.

Mạng máy tính

Nó được tạo thành từ các nút với sự khác biệt rõ rệt về phần cứng và công nghệ mạng. Xu hướng hiện nay để có một cấu hình cụ thể của các nút cho các tác vụ nhất định đã dẫn đến sự đa dạng hơn, đây là điều phổ biến nhất trong tính toán mạng.

Điện toán đám mây

Nó là một tập hợp các tài nguyên ảo hóa được đặt trong trung tâm dữ liệu của một nhà cung cấp đám mây. Khách hàng có thể thiết lập cơ sở hạ tầng ảo hóa để tận dụng nhiều dịch vụ đám mây.

Đối với người dùng, có vẻ như anh ta đang thuê máy tính độc quyền của riêng mình. Tuy nhiên, có khả năng là bạn đang chia sẻ nó với những khách hàng khác. Điều tương tự cũng áp dụng cho lưu trữ ảo.

Các tài nguyên ảo hóa này có thể được cấu hình động, do đó cho phép khả năng mở rộng. Nếu cần nhiều tài nguyên máy tính hơn, hệ thống có thể mua thêm.

bàn thắng

Chia sẻ tài nguyên

Cho dù đó là cơ sở lưu trữ, tệp dữ liệu, dịch vụ hoặc mạng, bạn có thể muốn chia sẻ các tài nguyên này giữa các ứng dụng, vì lợi ích kinh tế.

Việc có một cơ sở lưu trữ dùng chung giữa nhiều ứng dụng sẽ rẻ hơn nhiều so với việc phải mua và duy trì dung lượng lưu trữ cho từng ứng dụng riêng biệt.

Trừu tượng

Để che giấu rằng các quy trình và tài nguyên được phân phối trong một số máy tính, có thể phân tán về mặt địa lý. Đó là, các quy trình và tài nguyên được trừu tượng hóa từ người dùng.

Khai mạc

Về cơ bản, nó chỉ ra rằng một hệ thống phân tán được xây dựng với các phần tử có thể dễ dàng tích hợp với các hệ thống khác. Tuân thủ các quy tắc chuẩn hóa, bất kỳ quy trình nào có giao diện đó đều có thể giao tiếp với quy trình khác có cùng giao diện.

Khả năng tương tác và tính di động

Nó đề cập đến khi hai hệ thống từ các nhà sản xuất khác nhau có thể hoạt động cùng nhau. Tính khả chuyển xác định mức độ mà một ứng dụng được tạo cho hệ thống A có thể hoạt động trên hệ thống B mà không cần sửa đổi.

Khả năng mở rộng

Nó là cần thiết khi có sự gia tăng người dùng cần thêm tài nguyên. Một ví dụ điển hình là lượng khán giả Netflix tăng vào mỗi tối thứ Sáu.

Nó có nghĩa là tự động thêm nhiều tài nguyên hơn, chẳng hạn như tăng dung lượng mạng bằng cách cho phép truyền nhiều video hơn và giảm nó khi mức tiêu thụ đã bình thường.

Các ứng dụng

Máy ảo Erlang

Gói phần mềm LYME dựa trên Erlang và cung cấp một giải pháp thay thế cho LAMP. Shmuel Csaba Otto Traian / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Erlang là một ngôn ngữ chức năng có ngữ nghĩa tuyệt vời cho tính đồng thời, phân phối và khả năng chịu lỗi. Máy ảo Erlang xử lý việc phân phối ứng dụng Erlang.

Mô hình này hoạt động bằng cách có nhiều quy trình biệt lập, tất cả đều có khả năng giao tiếp với nhau thông qua hệ thống nhắn tin tích hợp sẵn.

Máy ảo Erlang có thể kết nối với các máy ảo khác ở những nơi khác nhau. Nhóm máy ảo này chạy một ứng dụng duy nhất, xử lý các lỗi của một máy bằng cách lên lịch cho nó chạy trên một nút khác.

Bittorrent

Hoạt động mạng BitTorrent. Mrjavi / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Đây là một trong những giao thức được sử dụng rộng rãi nhất để chuyển các tệp lớn trên web. Ý tưởng chính là tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền tệp giữa các đồng nghiệp khác nhau trên mạng mà không cần phải thông qua máy chủ chính.

Bằng cách sử dụng ứng dụng khách BitTorrent, bạn có thể kết nối với nhiều máy tính trên khắp thế giới để tải xuống tệp. Một máy tính hoạt động như một bộ điều phối giúp hiển thị các nút trên mạng có tệp mong muốn.

BitTorrent cho phép bạn tự nguyện lưu trữ các tệp và tải chúng lên cho những người dùng khác muốn chúng. Nó rất phổ biến bởi vì nó là loại đầu tiên cung cấp các ưu đãi cho việc đóng góp cho mạng.

Lợi thế

- Có thể dễ dàng thêm nhiều nút vào hệ thống phân tán, tức là nó có thể được mở rộng khi cần thiết.

- Tất cả các nút trong hệ thống phân tán được kết nối với nhau. Do đó, mỗi nút có thể dễ dàng chia sẻ dữ liệu với các nút khác.

- Các tài nguyên như máy in có thể được chia sẻ với nhiều nút thay vì chỉ bị hạn chế ở một.

- Sự cố của một nút không dẫn đến sự cố của toàn bộ hệ thống phân tán. Các nút khác vẫn có thể giao tiếp với nhau.

Nhược điểm

- Một số thông điệp và dữ liệu có thể bị mất trên mạng khi di chuyển từ nút này sang nút khác.

- Rất khó để cung cấp bảo mật đầy đủ trong các hệ thống phân tán vì cả các nút và kết nối đều phải được bảo mật.

- Quá tải mạng có thể xảy ra nếu tất cả các nút trong hệ thống phân tán cố gắng gửi dữ liệu cùng một lúc.

- Cơ sở dữ liệu kết nối với hệ thống phân tán khá phức tạp và khó quản lý so với hệ thống một người dùng.

Ví dụ về hệ thống phân tán

Hệ thống phân tán có thể được sử dụng trong một số lượng lớn các trường hợp, chẳng hạn như hệ thống ngân hàng điện tử, trò chơi trực tuyến nhiều người chơi và mạng cảm biến.

StackPath

Nó sử dụng một hệ thống phân tán đặc biệt lớn để cung cấp năng lượng cho dịch vụ mạng phân phối nội dung của mình. Mỗi điểm hiện diện (PoP) của nó đều có các nút, tạo thành một hệ thống phân tán trên toàn thế giới.

StackPath lưu trữ nội dung được yêu cầu gần đây nhất và thường xuyên nhất ở các vị trí gần trang web đang được sử dụng nhất.

Bằng cách kết nối các máy tính ảo với nhau, ngoài việc tận dụng được tốc độ và sự nhanh nhạy của tính toán hiện đại, hệ thống có thể xử lý hàng nghìn yêu cầu đồng thời rất nhanh chóng.

Internet

Nó là hệ thống phân tán lớn nhất trên thế giới. Bất kỳ người dùng nào cũng cảm thấy giống như một hệ thống duy nhất, mặc dù nó được tạo thành từ hàng triệu máy tính.

Thông qua khái niệm trừu tượng, bạn không biết dữ liệu được lưu trữ ở đâu, có bao nhiêu máy chủ tham gia hoặc cách thông tin được đưa đến trình duyệt. Trình duyệt làm tan biến sự phức tạp của Internet.

Điều này cũng áp dụng cho các ứng dụng như email Gmail hoặc bất kỳ ứng dụng nào khác có thể được sử dụng. Mỗi người tương tác với các ứng dụng phân tán hàng ngày.

Người giới thiệu

1. Paul Krzyzanowski (2018). Hệ thống phân phối. Lấy từ: cs.rutgers.edu.
2. Catherine Paganini (2019). Primer: Hệ thống phân tán và Điện toán gốc đám mây. Ngăn xếp mới. Lấy từ: thenewstack.io.
3. Đại học Quốc tế Valencia (2020). Hệ thống phân tán, đặc điểm và phân loại. Lấy từ: universalidadviu.com.
4. David Meador (2018). Hệ thống phân phối. Điểm hướng dẫn. Lấy từ: tutorialspoint.com.
5. Robert Gibb (2019). Hệ thống phân tán là gì? Lấy từ: blog.stackpath.com.
6. Stanislav Kozlovski (2018). Giới thiệu kỹ lưỡng về các hệ thống phân tán. Trại mã miễn phí. Lấy từ: freecodecamp.org.