Nội dung bài viết
Hệ thống phân tán là gì?
Hệ thống phân tán (distributed system) là tập hợp các máy tính độc lập mà người dùng thấy như một hệ thống thống nhất duy nhất.
Để hoàn thành một mục tiêu chung, các máy tính trong hệ thống phân tán giao tiếp với nhau. Các máy tính trong hệ thống phân tán có thể được đặt tại một địa điểm vật lý hoặc phân tán trên nhiều vùng. Lợi ích chính của hệ thống phân tán là nó có thể vượt trội hơn một hệ thống máy tính duy nhất về hiệu suất, độ tin cậy và tính khả dụng.
Nó liên quan đến việc chia sẻ tài nguyên và sức mạnh xử lý giữa một số máy trạm thông qua điện toán phân tán và cơ sở dữ liệu. Các thành phần chính của hệ thống phân tán là nhiều nút, mạng truyền thông và phần mềm trung gian phân tán kiểm soát giao tiếp giữa các nút.
Các nút là các thực thể điện toán độc lập giao tiếp với nhau. Mạng truyền thông đóng vai trò là phương tiện trao đổi thông tin giữa các nút. Phần mềm trung gian phân tán trong hệ thống phân tán đề cập đến lớp phần mềm giữa các ứng dụng phân tán và cơ sở hạ tầng mạng cơ bản, cung cấp các dịch vụ như giao tiếp, phối hợp và quản lý tài nguyên để cho phép điện toán phân tán hiệu quả và đáng tin cậy.
Bằng cách phân phối khối lượng công việc và dữ liệu trên nhiều nút, kiến trúc của các hệ thống phân tán được tạo ra để đạt được khả năng chịu lỗi (khả năng tiếp tục hoạt động khi có lỗi nút hoặc sự cố mạng), khả năng mở rộng và tính khả dụng cao.
Hệ thống phân tán hoạt động như thế nào?
Để hệ thống phân tán hoạt động, một nhiệm vụ phải được chia thành các nhiệm vụ con nhỏ hơn và trải rộng trên nhiều nút hoặc máy tính trong mạng. Các nút hoặc máy tính này sau đó giao tiếp và hợp tác để hoàn thành nhiệm vụ.
Bốn bước sau đây cung cấp tổng quan ngắn gọn về cách thức hoạt động của các hệ thống phân tán:
Các thành phần phi tập trung
Một hệ thống phân tán bao gồm nhiều phần hoặc nút trải rộng trên nhiều địa điểm thực hoặc ảo khác nhau. Các phần này có thể giao tiếp với nhau qua mạng để hoàn thành một mục tiêu duy nhất.
Giao tiếp
Các thành phần của hệ thống phân tán có thể giao tiếp với nhau bằng nhiều giao thức và công cụ khác nhau, bao gồm TCP/IP, HTTP hoặc hàng đợi tin nhắn. Các giao thức này cho phép các nút giao tiếp bằng cách gửi và nhận tin nhắn hoặc dữ liệu.
Phối hợp
Để các phần của hệ thống phân tán hoạt động tốt với nhau, chúng phải phối hợp các hành động của mình. Có thể sử dụng một số cơ chế, chẳng hạn như thuật toán phân tán, giao thức đồng thuận hoặc giao dịch phân tán, để đạt được sự phối hợp này.
Khả năng chịu lỗi
Một hệ thống phân tán nên được tạo ra với khả năng chịu lỗi trong tâm trí. Điều này ngụ ý rằng nó phải có khả năng xử lý lỗi của các phần hoặc nút cụ thể mà không làm suy giảm hiệu suất hoặc tính khả dụng của toàn bộ hệ thống. Các hệ thống phân tán sử dụng các chiến lược dự phòng, sao chép hoặc phân vùng để đạt được khả năng chịu lỗi.
Công cụ tìm kiếm trực tuyến là một ví dụ về hệ thống phân tán vì nó bao gồm nhiều nút thực hiện nhiều chức năng khác nhau, bao gồm thu thập dữ liệu trang web, lập chỉ mục nội dung và xử lý yêu cầu của người dùng. Các nút này hợp tác để cung cấp cho người dùng kết quả tìm kiếm nhanh chóng và hiệu quả.
Blockchain – một sổ cái phi tập trung ghi lại các giao dịch một cách an toàn và minh bạch – cũng là một ví dụ về hệ thống phân tán. Nó được phân tán vì sổ cái được lưu trữ trên nhiều nút trong mạng, với mỗi nút giữ một bản sao của toàn bộ sổ cái, cho phép minh bạch hơn, bảo mật hơn và khả năng phục hồi cao hơn trước các lỗi hoặc tấn công.
Các tính năng chính của hệ thống phân tán là gì?
Hệ thống phân tán được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm nền tảng mạng xã hội, điện toán đám mây và bán lẻ trực tuyến. Các đặc điểm riêng biệt của hệ thống phân tán khiến chúng nổi bật so với các hệ thống máy tính khác.
Một thuộc tính như vậy của hệ thống phân tán cho phép nhiều quy trình hoặc luồng thực thi đồng thời là tính đồng thời. Mặc dù tính năng này giúp hệ thống hiệu quả hơn, nhưng nó cũng có thể dẫn đến các vấn đề như bế tắc.
Bế tắc là tình huống có thể xảy ra trong hệ thống phân tán khi hai hoặc nhiều quy trình bị chặn và không thể tiếp tục vì mỗi quy trình đang chờ quy trình kia giải phóng tài nguyên. Bế tắc có thể xảy ra trong hệ thống phân tán do tính phức tạp vốn có của việc phối hợp nhiều quy trình chạy đồng thời trên nhiều nút.
Một đặc điểm chính khác của hệ thống phân tán là khả năng mở rộng. Để xử lý khối lượng công việc ngày càng tăng và đáp ứng nhiều người dùng hơn, chúng phải có khả năng mở rộng theo chiều ngang bằng cách thêm nhiều nút hơn. Khả năng chịu lỗi cũng rất quan trọng đối với hệ thống phân tán. Chúng phải chịu được lỗi của từng nút hoặc thành phần mà không ảnh hưởng đến hiệu suất chung của hệ thống.
Một tính năng khác của hệ thống phân tán là tính không đồng nhất, trong đó các nút có thể có nhiều cấu hình phần cứng, phần mềm và mạng khác nhau. Sự đa dạng có thể khiến việc cộng tác và giao tiếp trở nên khó khăn.
Tính minh bạch là một tính năng quan trọng khác của các hệ thống phân tán. Chúng phải cung cấp cho người tiêu dùng quyền truy cập minh bạch vào các tài nguyên và dịch vụ trên toàn mạng trong khi vẫn giữ cho họ không biết về hoạt động phức tạp của hệ thống cơ bản. Các hệ thống phân tán cũng phải ưu tiên bảo mật. Để bảo vệ chống lại truy cập trái phép, vi phạm dữ liệu và các rủi ro mạng khác, chúng phải được xây dựng với tính bảo mật trong tâm trí.
Một phẩm chất khác mà các hệ thống phân tán phải duy trì là tính nhất quán. Khi đối mặt với các bản cập nhật và lỗi đồng thời, chúng phải duy trì tính nhất quán của dữ liệu trên nhiều nút. Hiệu suất là rất quan trọng đối với các hệ thống phân tán. Chúng phải có khả năng hoạt động ở mức chấp nhận được bất chấp chi phí truyền tải tăng lên và các biến chứng khác do phân phối gây ra.
Các loại hệ thống phân tán khác nhau là gì?
Có nhiều loại và thiết kế hệ thống phân tán, mỗi loại được tạo ra để giải quyết các nhu cầu và khó khăn cụ thể. Các yêu cầu của ứng dụng, khả năng mở rộng, khả năng chịu lỗi, bảo mật và các yếu tố khác đều đóng vai trò trong việc lựa chọn kiến trúc.
Một loại hệ thống phân tán là kiến trúc máy khách-máy chủ. Trong phương pháp này, máy chủ nhận các yêu cầu từ máy khách, xử lý chúng rồi trả lời. Các ứng dụng web thường sử dụng thiết kế này, trong đó trình duyệt web đóng vai trò là máy khách và máy chủ lưu trữ trang web.
Kiến trúc ngang hàng (P2P) là một loại hệ thống phân tán khác. Tất cả các nút hoặc đối tác trong kiến trúc này đều bình đẳng và có thể đóng vai trò là máy khách và máy chủ. Mỗi đối tác có thể yêu cầu và cung cấp tài nguyên cho các đối tác khác. Các ứng dụng chia sẻ tệp như BitTorrent đã sử dụng kiến trúc này.
Hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán là loại thứ ba của hệ thống phân tán. Cơ sở dữ liệu được phân tán giữa nhiều máy tính hoặc nút theo kiến trúc này và tất cả chúng đều hoạt động cùng nhau để lưu trữ và quản lý dữ liệu. Các ứng dụng quy mô lớn cần tính khả dụng và khả năng mở rộng cao, bao gồm các nền tảng truyền thông xã hội và trang web thương mại điện tử, thường áp dụng thiết kế này.
Hệ thống điện toán phân tán là một hệ thống phân tán khác trong đó nhiều máy tính cộng tác để giải quyết các vấn đề tính toán đầy thách thức. Trong nghiên cứu khoa học, kiến trúc này thường được sử dụng khi nhiều máy tính được sử dụng để phân tích các tập dữ liệu lớn hoặc mô phỏng các quy trình phức tạp.
Các hệ thống phân tán lai, tích hợp nhiều kiến trúc hoặc khái niệm, cũng là các hệ thống phân tán. Ví dụ, một hệ thống phân tán có thể sử dụng thiết kế P2P để chia sẻ tệp và kiến trúc máy khách-máy chủ cho các yêu cầu web.
Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống phân tán là gì?
Hệ thống phân tán có nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng mở rộng, khả năng chịu lỗi và cải thiện hiệu suất. Tuy nhiên, chúng cũng có những nhược điểm, bao gồm các thách thức về phối hợp, tính phức tạp và yêu cầu kỹ năng chuyên môn.
Hệ thống phân tán có một số ưu điểm so với hệ thống tập trung truyền thống. Một ưu điểm đáng kể là khả năng mở rộng. Để quản lý khối lượng công việc ngày càng tăng và phục vụ nhiều người dùng hơn, hệ thống phân tán có thể chỉ cần thêm nhiều nút hơn. Do khả năng mở rộng của mình, hệ thống phân tán có thể hỗ trợ lưu lượng lớn và tính khả dụng cao mà không ảnh hưởng đến hiệu suất.
Khả năng chịu lỗi là một lợi ích khác của hệ thống phân tán. Hệ thống có thể tiếp tục hoạt động ngay cả khi một nút bị lỗi vì các nút khác có thể tiếp quản các tác vụ của nó. Do đó, hệ thống phân tán ít bị lỗi phần cứng hoặc phần mềm hơn hệ thống tập trung. Bằng cách cho phép phân chia tính toán giữa nhiều nút, hệ thống phân tán cũng có thể tăng tốc thông lượng và giảm thời gian xử lý.
Tuy nhiên, hệ thống phân tán có một số nhược điểm. Ví dụ, có thể khó phối hợp giao tiếp và đảm bảo rằng tất cả các nút đều hiểu hệ thống một cách nhất quán vì hệ thống phân tán bao gồm một số nút có thể nằm rải rác về mặt địa lý. Điều này có thể dẫn đến các vấn đề về đồng thời và tính nhất quán.
Độ phức tạp là một nhược điểm khác của hệ thống phân tán. Do tính phức tạp vốn có, hệ thống phân tán đôi khi khó bảo trì hơn và có nhiều lỗi bảo mật hơn so với hệ thống được quản lý tập trung. Thiết kế và bảo trì hệ thống phân tán cũng có thể yêu cầu kiến thức và khả năng cụ thể, có thể làm tăng chi phí và độ phức tạp.
Tương lai của các hệ thống phân tán là gì?
Tương lai của các hệ thống phân tán có vẻ đầy hứa hẹn khi công nghệ tiếp tục phát triển. Điện toán cụm và điện toán lưới là hai công nghệ mới nổi có khả năng đóng vai trò quan trọng trong tương lai của các hệ thống phân tán.
Điện toán cụm liên quan đến việc sử dụng nhiều máy tính được kết nối với nhau để làm việc cùng nhau như một hệ thống duy nhất. Ngoài sức mạnh xử lý được cải thiện và khả năng chịu lỗi, công nghệ này còn có khả năng mở rộng tốt hơn. Điện toán cụm đang trở nên hợp túi tiền hơn và dự kiến sẽ được sử dụng thường xuyên hơn trong các ứng dụng điện toán hiệu suất cao khi chi phí phần cứng tiếp tục giảm.
Điện toán cụm có thể được sử dụng trong xử lý dữ liệu lớn. Khi lượng dữ liệu được tạo ra tăng theo cấp số nhân, điện toán cụm có thể được sử dụng để xử lý và phân tích dữ liệu này hiệu quả hơn.
Tương tự như vậy, vì các lĩnh vực như trí tuệ nhân tạo và máy học đòi hỏi lượng lớn sức mạnh tính toán để đào tạo các mô hình và xử lý dữ liệu, điện toán cụm có thể được sử dụng để tăng tốc các quy trình này và cải thiện độ chính xác.
Điện toán lưới sử dụng các tài nguyên phân tán theo địa lý để làm việc cùng nhau như một hệ thống duy nhất. Với công nghệ này, các doanh nghiệp có thể tập hợp các tài nguyên và cùng nhau làm việc trong các dự án phức tạp mà sẽ rất khó khăn hoặc không thể hoàn thành nếu sử dụng các kỹ thuật máy tính thông thường.
Ví dụ, trong trường hợp xảy ra thiên tai, điện toán lưới có thể nhanh chóng huy động các nguồn lực từ khắp nơi trên thế giới để hỗ trợ các nỗ lực ứng phó. Để tăng cơ hội kiếm được phần thưởng, thợ đào Bitcoin có thể sử dụng điện toán lưới để kết nối các nguồn lực điện toán của họ với các thợ đào khác trên toàn thế giới.
Trái ngược với việc các thợ đào riêng lẻ làm việc một mình, điều này cung cấp một mạng lưới phân tán sức mạnh xử lý có thể hợp tác để giải quyết các vấn đề toán học nhanh hơn và hiệu quả hơn. Điện toán lưới được dự đoán sẽ trở nên quan trọng hơn đối với nghiên cứu khoa học, xử lý dữ liệu và các ứng dụng máy tính quy mô lớn khác khi điện toán đám mây phát triển.
Chân thành cảm ơn sự theo dõi và đón đọc của các bạn. Đừng quên,mọi thắc mắc về thị trường tiền kỹ thuật số, vui lòng liên hệ đội ngũ Support của Fiahub 24/7.
Freelancer Marketing và Content Creator với gần 10 năm kinh nghiệm; trong đó có khoảng hơn 3 năm làm việc trong mảng Blockchain với vai trò Dịch Thuật và Copywriter.
Với kiến thức sâu rộng cùng khả năng diễn giải để những thuật ngữ công nghệ khó hiểu trở nên gần gũi hơn với người đọc. Lê Hoàng đảm nhiệm những bài viết trong chuyên mục "Từ Điển Crypto" và "Hướng Dẫn Người Mới" tại Fiahub Blog
