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發(fā)布時(shí)間：2023-09-26 10:56
分布式系統(tǒng)是指分布在網(wǎng)絡(luò)上的多臺(tái)計(jì)算機(jī)或設(shè)備處理不同任務(wù)和組件的環(huán)境。在分布式系統(tǒng)中，各組件分工協(xié)作，執(zhí)行任務(wù)的效率比單個(gè)設(shè)備執(zhí)行任務(wù)的效率更高。
我們看到越來(lái)越多的分布式系統(tǒng)是可以理解的：互聯(lián)網(wǎng)讓我們所有人都可以遠(yuǎn)程工作，而當(dāng)今的許多計(jì)算任務(wù)都過(guò)于復(fù)雜，單臺(tái)計(jì)算機(jī)無(wú)法單獨(dú)解決。這是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)，即通過(guò)地理位置和團(tuán)隊(duì)高效地工作。沒(méi)有分布式系統(tǒng)，我們就無(wú)法完成大部分工作。在本文中，我們將探討分布式系統(tǒng)的好處、挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)。
從歷史上看，分布式計(jì)算一直是昂貴、設(shè)置復(fù)雜和難以管理的。但 SaaS 解決方案使分布式計(jì)算變得更加簡(jiǎn)單，各種類(lèi)型和規(guī)模的企業(yè)都能負(fù)擔(dān)得起。
如今，從數(shù)據(jù)庫(kù)管理到視頻游戲，各種計(jì)算任務(wù)都在使用分布式計(jì)算。事實(shí)上，許多類(lèi)型的軟件，如加密貨幣系統(tǒng)、科學(xué)模擬、區(qū)塊鏈技術(shù)和人工智能平臺(tái)，都離不開(kāi)這些平臺(tái)。
當(dāng)工作量過(guò)大，單臺(tái)計(jì)算機(jī)或設(shè)備無(wú)法處理時(shí)，就會(huì)使用分布式系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)在工作負(fù)載可能變化的情況下非常重要，例如網(wǎng)絡(luò)星期一的電子商務(wù)流量或?qū)τ嘘P(guān)貴組織的新聞做出響應(yīng)的極高網(wǎng)絡(luò)流量。
分布式系統(tǒng)評(píng)估并行和分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)。并行計(jì)算使多個(gè)處理器能夠同時(shí)執(zhí)行任務(wù)，而分布式計(jì)算將單個(gè)任務(wù)分配給多臺(tái)計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)共同的目標(biāo)。通信技術(shù)的進(jìn)步和用戶(hù)對(duì)復(fù)雜應(yīng)用程序的需求不斷增加，推動(dòng)分布式計(jì)算模型領(lǐng)先于集中式方法。分布式編程框架已成為大數(shù)據(jù)分析和人工智能驅(qū)動(dòng)的其他應(yīng)用程序的推動(dòng)者。
通過(guò)利用其他設(shè)備和計(jì)算進(jìn)程的資源，分布式系統(tǒng)可以提供單個(gè)系統(tǒng)難以或無(wú)法執(zhí)行的功能。
這包括異地備份服務(wù)器和應(yīng)用程序：如果主目錄沒(méi)有看到還原所需的段位，它可以請(qǐng)求另一個(gè)或多個(gè)異地節(jié)點(diǎn)發(fā)送這些段位。現(xiàn)在，無(wú)論是發(fā)送電子郵件、玩游戲還是在網(wǎng)上閱讀這篇文章，你使用計(jì)算設(shè)備所做的每一件事幾乎都在利用分布式系統(tǒng)的強(qiáng)大功能。
分布式系統(tǒng)始于一項(xiàng)任務(wù)。想象一下，您需要制作一段視頻并生成最終產(chǎn)品。
執(zhí)行這項(xiàng)任務(wù)的應(yīng)用程序或分布式應(yīng)用程序(如客戶(hù)端計(jì)算機(jī)上的視頻編輯器)會(huì)將任務(wù)分成若干部分。在這個(gè)簡(jiǎn)單的例子中，算法會(huì)為十幾臺(tái)不同的計(jì)算機(jī)(或節(jié)點(diǎn))各分配一幀視頻來(lái)完成渲染。圖像渲染完成后，控制應(yīng)用程序會(huì)將新的圖像轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。這一過(guò)程將一直持續(xù)到視頻完成，所有部件重新組裝完畢。
這樣的系統(tǒng)不需要停留在 12 個(gè)節(jié)點(diǎn)上：工作可以分散到數(shù)百或數(shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)上，這樣，一臺(tái)計(jì)算機(jī)需要數(shù)天才能完成的任務(wù)就可以在幾分鐘內(nèi)完成。
在考慮分布式計(jì)算平臺(tái)中的任務(wù)時(shí)，訣竅在于將其分解為多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的模式。將系統(tǒng)簡(jiǎn)化為更小、更易于管理和理解的組件，有助于對(duì)復(fù)雜的架構(gòu)進(jìn)行抽象。
1.優(yōu)勢(shì)
與單體或獨(dú)立系統(tǒng)相比，分布式系統(tǒng)有許多優(yōu)勢(shì)：
a.可擴(kuò)展性和靈活性。隨著服務(wù)需求的增加，更容易提高計(jì)算能力。如今，在許多情況下，可以將服務(wù)器實(shí)時(shí)連接到分布式系統(tǒng)，從而提高生產(chǎn)率并進(jìn)一步縮短周轉(zhuǎn)時(shí)間。
b.容錯(cuò)性。分布式系統(tǒng)可降低單點(diǎn)故障帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，從而提高可靠性和容錯(cuò)性。
c.可靠性：設(shè)計(jì)精良的分布式系統(tǒng)可以承受一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)的故障，而不會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生重大影響。而在單體系統(tǒng)中，如果一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障，整個(gè)應(yīng)用程序的性能都會(huì)受到影響。
d.速度。在高流量情況下，個(gè)別服務(wù)器可能會(huì)堵塞，從而影響所有服務(wù)器的性能。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)和其他分布式系統(tǒng)的可擴(kuò)展性使其更易于維護(hù)并保持高水平的性能。
e.地域分布。分布式內(nèi)容對(duì)每個(gè)互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)都很直觀，對(duì)全球性組織也至關(guān)重要。
2.挑戰(zhàn)
分布式系統(tǒng)比單體計(jì)算環(huán)境復(fù)雜得多，在設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)方面面臨著許多挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括
a.發(fā)生故障的可能性增加;IT 環(huán)境中包含的系統(tǒng)越多，發(fā)生故障的可能性就越大。如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)不慎，一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)都可能出現(xiàn)故障。盡管分布式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有容錯(cuò)性，但這種容錯(cuò)性既不是自動(dòng)的，也不是萬(wàn)無(wú)一失的。
b.同步進(jìn)程挑戰(zhàn):分布式系統(tǒng)的運(yùn)行沒(méi)有全局時(shí)鐘，因此需要精心設(shè)計(jì)程序，以確保進(jìn)程正確同步，避免傳輸延遲導(dǎo)致錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)損壞。在復(fù)雜的系統(tǒng)中，如多人視頻游戲，同步可能很困難，尤其是在傳輸數(shù)據(jù)的公共網(wǎng)絡(luò)上。
c.不完美的可擴(kuò)展性:將分布式系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加一倍并不能使性能提高一倍。設(shè)計(jì)一個(gè)能最大限度提高可擴(kuò)展性的高效分布式系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)，需要考慮負(fù)載平衡、帶寬管理和其他問(wèn)題。
d.安全:在異構(gòu)或全球分布式環(huán)境中管理大量節(jié)點(diǎn)會(huì)帶來(lái)許多安全挑戰(zhàn)。大型文件系統(tǒng)或分布式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)就可能導(dǎo)致全系統(tǒng)攻擊。
e.復(fù)雜性增加:與傳統(tǒng) IT 環(huán)境相比，分布式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、管理和理解更為復(fù)雜。
3.風(fēng)險(xiǎn)
安全性。分布式系統(tǒng)與其他任何系統(tǒng)一樣，都容易受到攻擊，但其分布式特性會(huì)造成更大的攻擊面，使組織面臨威脅。
a.網(wǎng)絡(luò)故障風(fēng)險(xiǎn):分布式系統(tǒng)依靠公共網(wǎng)絡(luò)傳輸和接收數(shù)據(jù)。如果部分互聯(lián)網(wǎng)不可用或超載，分布式系統(tǒng)的性能可能會(huì)受到影響。
b.管理和控制問(wèn)題:分布式系統(tǒng)不像基于單個(gè)服務(wù)器的單體系統(tǒng)那樣具有治理功能，這就產(chǎn)生了審計(jì)和遵守?cái)?shù)據(jù)隱私法的問(wèn)題。全球分布式環(huán)境在確保一定程度的保證和了解數(shù)據(jù)的確切位置方面提出了挑戰(zhàn)。
c.成本控制:與集中式系統(tǒng)不同，分布式系統(tǒng)的可擴(kuò)展性使管理員可以在需要時(shí)輕松增加額外容量，這可能會(huì)增加成本。基于云的分布式計(jì)算系統(tǒng)的成本是根據(jù)使用情況(如一段時(shí)間內(nèi)使用的內(nèi)存資源數(shù)量和處理能力)來(lái)計(jì)算的。如果需求突然增加，可能會(huì)產(chǎn)生大筆費(fèi)用。
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