VERTEILTE SYSTEME: EIGENSCHAFTEN, ARCHITEKTUR, TYPEN, ZIELE, ANWENDUNGEN - TECHNOLOGIE - 2025

Die verteilten Systeme sind Softwareteile, mit denen die Aktionen mehrerer Computer koordiniert werden. Diese Koordination wird durch den Austausch von Nachrichten erreicht, dh mit Daten, die Informationen übertragen.

Verteilte Systeme erfordern gleichzeitige Komponenten, ein Kommunikationsnetzwerk und einen Synchronisationsmechanismus. Sie ermöglichen die gemeinsame Nutzung von Ressourcen, einschließlich Software, durch Systeme, die mit einem Netzwerk verbunden sind. Daher basiert das System auf einem Netzwerk, das die Computer verbindet und das Routing von Nachrichten übernimmt.

a und b (verteilte Systeme). b (paralleles System). Miym / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Distributed Computing ist ein Bereich des Computing, der für die Analyse verteilter Systeme verantwortlich ist. Computerprogramme, die auf einem verteilten System ausgeführt werden, werden als verteiltes Programm bezeichnet.

In einem Kontext, in dem möglicherweise Hunderte oder Tausende von Computern vorhanden sind, was in großen Internetunternehmen häufig vorkommt, kommt es häufig zu Komponentenfehlern, sei es Hardware, Netzwerk, Festplatten usw., und das System muss es sein jederzeit bereit, sich ihnen zu stellen.

Datenverteilung

Die Verteilung ist der Schlüssel, um sehr große Datenkonglomerate verarbeiten zu können. Es ist notwendig, Skalierbarkeit zu erreichen. Dies ist das Mittel, um eine stabile Leistung aufrechtzuerhalten, wenn Datenpools durch Hinzufügen neuer Ressourcen zum System wachsen.

Andererseits stellt die Verteilung eine Reihe technischer Probleme dar, die das Design und die Implementierung von verteiltem Computing und Speicher wichtig machen. Ein zu berücksichtigender Punkt ist das Risiko möglicher Ausfälle.

Eigenschaften verteilter Systeme

a und b (verteilte Systeme). b (paralleles System). Miym / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Kompatibilität

Die Geräte können mit verschiedenen Betriebssystemen arbeiten. Dies hindert sie nicht daran, Benutzern immer dieselben Dienste anzubieten. Aus diesem Grund sind alle angeschlossenen Geräte miteinander kompatibel.

Ein weiteres grundlegendes Problem ist das Design der Software, da sie auch mit allen Systemen und Benutzern kompatibel ist, die sich auf jedem Computer befinden.

Fehlertoleranz

Als ein einziges Netzwerk mit vielen Computern können die anderen Komponenten ihre Funktion weiterhin vollständig ausführen, wenn eine ihrer Komponenten ausfällt, wodurch Fehler schnell vermieden werden.

Aus diesem Grund bieten verteilte Systeme bei der Arbeit mit ihnen in der Regel viel Vertrauen, da das System nur selten vollständig ausfällt, da sich die Aufgaben nicht auf einem einzelnen Gerät, sondern auf verschiedenen Computern befinden.

Middleware und API

Verschiedene Prozessoren verwenden Distributions-Middleware, um unterschiedliche Ressourcen und Funktionen gemeinsam zu nutzen und den Benutzern ein kohärentes und integriertes Netzwerk bereitzustellen. Es bietet Anwendungen auch eine Reihe von Diensten, z. B. Sicherheit und Wiederherstellung nach einem Absturz.

Heute erfahren Sie mehr über APIs (Application Programming Interfaces), die als Gateway für die Kommunikation von Anwendungen fungieren. Anwendungen müssen außer ihrer API nichts über andere Anwendungen wissen.

Die Architektur

Client-Server-Architektur

Ein bestimmter Computer, der als Server bezeichnet wird, kann bestimmte Aufgaben ausführen, die als Dienste bezeichnet werden. Zum Beispiel das Bereitstellen von Dateien über das Netzwerk, das Ausführen bestimmter Befehle oder das Weiterleiten von Daten an einen Drucker. Der Client ist der Computer, der die Dienste anfordert.

Der Computer, der in erster Linie für den von ihm bereitgestellten Dienst bekannt ist, kann als Druckserver, Dateiserver usw. bezeichnet werden.

Peer-to-Peer-Architektur

Es wird davon ausgegangen, dass jeder Computer über ähnliche Funktionen verfügt und dass kein Computer für die Bedienung der anderen Computer vorgesehen ist. Ein Beispiel hierfür ist eine Reihe von Mikrocomputern in einem kleinen Büro.

Über das Netzwerk können Benutzer auf die Dateien des anderen zugreifen und E-Mails senden. Kein Computer bietet jedoch bestimmte Dienste an.

Mehrstufige Architekturen

Für bestimmte Dienste kann eine hierarchische Konnektivität sinnvoll sein. Beispielsweise:

• Ein Server kann bei der Ausführung seiner Aufgaben einen anderen Server eines anderen Typs kontaktieren
• Die Client-Server-Architektur ist eine zweistufige Architektur.

Prozessorgruppenarchitektur

Ein Betriebssystem kann Prozesse auf inaktiven Computern automatisch starten und sogar Prozesse auf Systeme mit einer höheren Anzahl verfügbarer CPU-Zyklen migrieren. In anderen Fällen kann ein Benutzer Prozesse auf verfügbaren Systemen manuell starten oder verschieben.

Arten von verteilten Systemen

Cluster-Computing

Es handelt sich um eine Sammlung ähnlicher Computer, die über ein lokales Hochgeschwindigkeitsnetzwerk verbunden sind. Es wird häufig für die parallele Programmierung verwendet, bei der ein einzelnes rechenintensives Programm parallel auf mehreren Computern ausgeführt wird.

Jeder Cluster besteht aus einer Reihe von Rechenknoten, die von einem oder mehreren Knoten überwacht und verwaltet werden, die als Master bezeichnet werden.

Netzwerk-Computing

Es besteht aus Knoten mit deutlichen Unterschieden in der Hardware- und Netzwerktechnologie. Der derzeitige Trend zu einer spezifischen Konfiguration von Knoten für bestimmte Aufgaben hat zu einer größeren Vielfalt geführt, die im Netzwerk-Computing am häufigsten vorkommt.

Cloud Computing

Es handelt sich um eine Reihe virtualisierter Ressourcen, die sich im Rechenzentrum eines Cloud-Anbieters befinden. Kunden können eine virtualisierte Infrastruktur einrichten, um eine Vielzahl von Cloud-Diensten zu nutzen.

Dem Benutzer scheint es, dass er seinen eigenen exklusiven Computer mietet. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass Sie es mit anderen Kunden teilen. Gleiches gilt für den virtuellen Speicher.

Diese virtualisierten Ressourcen können dynamisch konfiguriert werden, wodurch Skalierbarkeit ermöglicht wird. Wenn mehr Rechenressourcen benötigt werden, kann das System mehr kaufen.

Tore

Ressourcen teilen

Egal, ob es sich um Speichereinrichtungen, Datendateien, Dienste oder Netzwerke handelt, Sie möchten diese Ressourcen möglicherweise aus wirtschaftlichen Gründen zwischen Anwendungen teilen.

Es ist viel billiger, einen gemeinsam genutzten Speicher zwischen mehreren Anwendungen zu haben, als Speicher für jede einzelne Anwendung separat zu erwerben und zu warten.

Abstraktion

Um zu verbergen, dass die Prozesse und Ressourcen auf mehrere Computer verteilt sind, möglicherweise geografisch verteilt. Das heißt, die Prozesse und Ressourcen werden vom Benutzer abstrahiert.

Öffnung

Grundsätzlich zeigt dies an, dass ein verteiltes System aus Elementen besteht, die leicht in andere Systeme integriert werden können. Gemäß standardisierten Regeln kann jeder Prozess mit dieser Schnittstelle mit einem anderen Prozess mit derselben Schnittstelle kommunizieren.

Interoperabilität und Portabilität

Es bezieht sich darauf, wann zwei Systeme verschiedener Hersteller zusammenarbeiten können. Die Portabilität bestimmt, inwieweit eine für System A erstellte Anwendung ohne Änderung auf System B funktionieren kann.

Skalierbarkeit

Dies ist erforderlich, wenn mehr Benutzer mehr Ressourcen benötigen. Ein gutes Beispiel ist die Zunahme des Netflix-Publikums jeden Freitagabend.

Dies bedeutet, dynamisch mehr Ressourcen hinzuzufügen, z. B. die Netzwerkkapazität zu erhöhen, indem mehr Videoübertragung ermöglicht und diese reduziert wird, sobald sich der Verbrauch normalisiert hat.

Anwendungen

Erlang virtuelle Maschine

Das LYME-Softwarepaket basiert auf Erlang und bietet eine Alternative zu LAMP. Shmuel Csaba Otto Traian / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Erlang ist eine funktionale Sprache mit einer hervorragenden Semantik für Parallelität, Verteilung und Fehlertoleranz. Eine virtuelle Erlang-Maschine übernimmt die Verteilung einer Erlang-Anwendung.

Dieses Modell verfügt über viele isolierte Prozesse, die alle über ein integriertes Nachrichtensystem miteinander kommunizieren können.

Die virtuelle Erlang-Maschine kann eine Verbindung zu anderen virtuellen Maschinen an verschiedenen Orten herstellen. In diesem Schwarm virtueller Maschinen wird eine einzelne Anwendung ausgeführt, die die Fehler einer Maschine behandelt, indem sie so geplant wird, dass sie auf einem anderen Knoten ausgeführt wird.

Bittorrent

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

Es ist eines der am häufigsten verwendeten Protokolle zum Übertragen großer Dateien im Web. Die Hauptidee besteht darin, die Übertragung von Dateien zwischen verschiedenen Peers im Netzwerk zu erleichtern, ohne einen Hauptserver durchlaufen zu müssen.

Mit einem BitTorrent-Client können Sie eine Verbindung zu mehreren Computern auf der ganzen Welt herstellen, um eine Datei herunterzuladen. Ein Computer, der als Koordinator fungiert, zeigt die Knoten im Netzwerk an, die die gewünschte Datei haben.

Mit BitTorrent können Sie Dateien freiwillig hosten und für andere Benutzer hochladen, die sie möchten. Es ist so beliebt, weil es das erste seiner Art war, das Anreize für einen Beitrag zum Netzwerk bot.

Vorteil

- Dem verteilten System können problemlos weitere Knoten hinzugefügt werden, dh es kann nach Bedarf skaliert werden.

- Alle Knoten im verteilten System sind miteinander verbunden. Daher kann jeder der Knoten leicht Daten mit den anderen Knoten teilen.

- Ressourcen wie Drucker können für mehrere Knoten freigegeben werden, anstatt auf nur einen beschränkt zu sein.

- Der Ausfall eines Knotens führt nicht zum Ausfall des gesamten verteilten Systems. Die anderen Knoten können weiterhin miteinander kommunizieren.

Nachteile

- Einige Nachrichten und Daten können im Netzwerk verloren gehen, wenn Sie von einem Knoten zu einem anderen wechseln.

- In verteilten Systemen ist es schwierig, angemessene Sicherheit zu bieten, da sowohl Knoten als auch Verbindungen gesichert werden müssen.

- Eine Netzwerküberlastung kann auftreten, wenn alle Knoten im verteilten System versuchen, Daten gleichzeitig zu senden.

- Die mit den verteilten Systemen verbundene Datenbank ist im Vergleich zu einem Einzelbenutzersystem recht kompliziert und schwierig zu verwalten.

Beispiele für verteilte Systeme

Verteilte Systeme können in einer Vielzahl von Fällen verwendet werden, z. B. in elektronischen Bankensystemen, Massively Multiplayer-Online-Spielen und Sensornetzwerken.

StackPath

Es verwendet ein besonders großes verteiltes System, um seinen Netzwerkdienst für die Bereitstellung von Inhalten zu betreiben. Jeder seiner Präsenzpunkte (PoP) hat Knoten, die ein weltweit verteiltes System bilden.

StackPath speichert die zuletzt und am häufigsten angeforderten Inhalte an den Orten, die der verwendeten Site am nächsten liegen.

Durch die Verbindung virtueller Computer kann das System nicht nur die Geschwindigkeit und Flexibilität des hochmodernen Computing nutzen, sondern auch Tausende von gleichzeitigen Anforderungen sehr schnell bearbeiten.

Internet

Es ist das größte verteilte System der Welt. Jeder Benutzer fühlt sich wie ein einziges System, obwohl es aus Millionen von Computern besteht.

Durch das Konzept der Abstraktion wissen Sie nicht, wo die Daten gespeichert sind, wie viele Server beteiligt sind oder wie die Informationen in den Browser gelangen. Der Browser löst die Komplexität des Internets auf.

Dies gilt auch für Anwendungen wie Google Mail-E-Mail oder andere Anwendungen, die verwendet werden können. Jede Person interagiert täglich mit verteilten Anwendungen.

Verweise

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5. Robert Gibb (2019). Was ist ein verteiltes System? Entnommen aus: blog.stackpath.com.
6. Stanislav Kozlovski (2018). Eine gründliche Einführung in verteilte Systeme. Kostenloses Code Camp. Entnommen aus: freecodecamp.org.