ระบบแบบกระจาย: ลักษณะสถาปัตยกรรมประเภทวัตถุประสงค์การใช้งาน - เทคโนโลยี - 2026

ระบบกระจายเป็นชิ้นส่วนของซอฟต์แวร์ที่ใช้ในการประสานงานการกระทำของคอมพิวเตอร์หลาย การประสานงานนี้เกิดขึ้นได้จากการแลกเปลี่ยนข้อความนั่นคือกับชิ้นส่วนของข้อมูลที่ส่งข้อมูล

ระบบแบบกระจายต้องใช้ส่วนประกอบพร้อมกันเครือข่ายการสื่อสารและกลไกการซิงโครไนซ์ อนุญาตให้ใช้ทรัพยากรร่วมกันรวมถึงซอฟต์แวร์โดยระบบที่เชื่อมต่อกับเครือข่าย ดังนั้นระบบจึงใช้เครือข่ายที่เชื่อมต่อคอมพิวเตอร์และจัดการการกำหนดเส้นทางของข้อความ

a และ b (ระบบกระจาย) b (ระบบขนาน) Miym / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

การคำนวณแบบกระจายเป็นส่วนหนึ่งของการคำนวณที่รับผิดชอบในการวิเคราะห์ระบบแบบกระจาย โปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ทำงานบนระบบกระจายเรียกว่าโปรแกรมแบบกระจาย

ในบริบทที่อาจมีคอมพิวเตอร์หลายร้อยหรือหลายพันเครื่องซึ่งเป็นสัดส่วนที่พบได้ทั่วไปใน บริษัท อินเทอร์เน็ตขนาดใหญ่มักจะมีความล้มเหลวของส่วนประกอบไม่ว่าจะเป็นฮาร์ดแวร์เครือข่ายดิสก์ ฯลฯ และระบบจะต้อง เตรียมพร้อมที่จะเผชิญหน้ากับพวกเขาตลอดเวลา

การกระจายข้อมูล

การกระจายเป็นกุญแจสำคัญในการจัดการกลุ่มข้อมูลขนาดใหญ่ จำเป็นต้องบรรลุความสามารถในการปรับขนาดซึ่งเป็นวิธีการรักษาประสิทธิภาพที่มั่นคงเมื่อกลุ่มข้อมูลเติบโตโดยการเพิ่มทรัพยากรใหม่ให้กับระบบ

ในทางกลับกันการแจกจ่ายจะนำเสนอปัญหาทางเทคนิคที่ทำให้การออกแบบและการใช้งานคอมพิวเตอร์แบบกระจายและพื้นที่จัดเก็บมีความสำคัญที่ต้องพิจารณา จุดหนึ่งที่ต้องคำนึงถึงคือความเสี่ยงของความล้มเหลวที่อาจเกิดขึ้น

ลักษณะของระบบกระจาย

a และ b (ระบบกระจาย) b (ระบบขนาน) Miym / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

ความเข้ากันได้

อุปกรณ์สามารถทำงานกับระบบปฏิบัติการที่แตกต่างกัน สิ่งนี้ไม่ได้ป้องกันไม่ให้พวกเขาเสนอบริการเดียวกันแก่ผู้ใช้เสมอไป ด้วยเหตุนี้อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อทั้งหมดจึงเข้ากันได้

ปัญหาพื้นฐานอีกประการหนึ่งคือการออกแบบซอฟต์แวร์เนื่องจากยังเข้ากันได้กับระบบและผู้ใช้ทั้งหมดที่อยู่ในคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่อง

ความทนทานต่อความผิดพลาด

การเป็นเครือข่ายเดียวที่มีคอมพิวเตอร์หลายเครื่องหากส่วนประกอบใด ๆ ล้มเหลวส่วนอื่น ๆ จะสามารถทำหน้าที่ได้อย่างเต็มที่โดยหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดได้อย่างรวดเร็ว

ด้วยเหตุนี้ระบบแบบกระจายจึงมีแนวโน้มที่จะให้ความมั่นใจอย่างมากเมื่อทำงานกับระบบเหล่านี้เนื่องจากเป็นเรื่องยากที่ระบบจะล้มเหลวอย่างสมบูรณ์เนื่องจากงานไม่ได้อยู่ในอุปกรณ์เดียว แต่อยู่ในคอมพิวเตอร์คนละเครื่อง

มิดเดิลแวร์และ API

โปรเซสเซอร์ที่แตกต่างกันใช้มิดเดิลแวร์การแจกจ่ายช่วยแบ่งปันทรัพยากรและความสามารถที่แตกต่างกันเพื่อให้ผู้ใช้มีเครือข่ายที่เชื่อมโยงกันและรวมเข้าด้วยกัน นอกจากนี้ยังมีแอพพลิเคชั่นพร้อมบริการมากมายเช่นการรักษาความปลอดภัยและการกู้คืนข้อขัดข้อง

วันนี้คุณได้ทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับอินเทอร์เฟซการเขียนโปรแกรมแอปพลิเคชัน (API) ซึ่งทำหน้าที่เป็นเกตเวย์ที่แอปพลิเคชันสามารถสื่อสารกันได้ แอปพลิเคชันไม่จำเป็นต้องรู้อะไรเกี่ยวกับแอปพลิเคชันอื่นยกเว้น API

สถาปัตยกรรม

สถาปัตยกรรมไคลเอนต์เซิร์ฟเวอร์

คอมพิวเตอร์เฉพาะที่เรียกว่าเซิร์ฟเวอร์สามารถทำงานบางอย่างได้ซึ่งเรียกว่าบริการ ตัวอย่างเช่นการให้บริการไฟล์ผ่านเครือข่ายความสามารถในการดำเนินการคำสั่งบางคำสั่งหรือกำหนดเส้นทางข้อมูลไปยังเครื่องพิมพ์ ไคลเอนต์คือคอมพิวเตอร์ที่ร้องขอบริการ

คอมพิวเตอร์ที่รู้จักกันเป็นหลักในการให้บริการอาจเรียกว่าเซิร์ฟเวอร์การพิมพ์เซิร์ฟเวอร์ไฟล์และอื่น ๆ

สถาปัตยกรรมเพียร์ทูเพียร์

ถือว่าคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่องมีความสามารถใกล้เคียงกันและไม่มีเครื่องใดสำหรับการให้บริการเครื่องอื่น ตัวอย่างนี้คือชุดไมโครคอมพิวเตอร์ในสำนักงานขนาดเล็ก

เครือข่ายช่วยให้ผู้คนสามารถเข้าถึงไฟล์ของกันและกันและส่งอีเมลได้ แต่ไม่มีคอมพิวเตอร์เครื่องใดให้บริการเฉพาะ

สถาปัตยกรรมหลายระดับ

สำหรับบริการบางอย่างอาจเหมาะสมที่จะมีการเชื่อมต่อแบบลำดับชั้น ตัวอย่างเช่น:

• เซิร์ฟเวอร์เมื่อปฏิบัติงานสามารถติดต่อกับเซิร์ฟเวอร์ประเภทอื่นได้
• สถาปัตยกรรมไคลเอนต์เซิร์ฟเวอร์เป็นสถาปัตยกรรมสองชั้น

สถาปัตยกรรมกลุ่มโปรเซสเซอร์

ระบบปฏิบัติการสามารถเริ่มกระบวนการโดยอัตโนมัติบนคอมพิวเตอร์ที่ไม่ได้ใช้งานและแม้กระทั่งโยกย้ายกระบวนการไปยังระบบที่มีรอบ CPU ที่พร้อมใช้งานสูงกว่า ในกรณีอื่น ๆ ผู้ใช้สามารถเริ่มหรือย้ายกระบวนการบนระบบที่มีอยู่ได้ด้วยตนเอง

ประเภทของระบบกระจาย

คอมพิวเตอร์คลัสเตอร์

เป็นชุดคอมพิวเตอร์ที่คล้ายกันที่เชื่อมต่อผ่านเครือข่ายท้องถิ่นความเร็วสูง มักใช้สำหรับการเขียนโปรแกรมแบบขนานโดยที่โปรแกรมที่เน้นการประมวลผลเพียงตัวเดียวจะทำงานควบคู่กันบนคอมพิวเตอร์หลายเครื่อง

แต่ละคลัสเตอร์ประกอบด้วยชุดของโหนดการคำนวณที่ตรวจสอบและจัดการโดยโหนดอย่างน้อยหนึ่งโหนดที่เรียกว่าโท

คอมพิวเตอร์เครือข่าย

ประกอบด้วยโหนดที่มีความแตกต่างอย่างชัดเจนในฮาร์ดแวร์และเทคโนโลยีเครือข่าย แนวโน้มในปัจจุบันที่จะมีการกำหนดค่าโหนดเฉพาะสำหรับงานบางอย่างทำให้เกิดความหลากหลายมากขึ้นซึ่งเป็นสิ่งที่พบบ่อยที่สุดในการประมวลผลเครือข่าย

คลาวด์คอมพิวติ้ง

เป็นชุดของทรัพยากรเสมือนที่อยู่ในศูนย์ข้อมูลของผู้ให้บริการระบบคลาวด์ ลูกค้าสามารถสร้างโครงสร้างพื้นฐานเสมือนเพื่อใช้ประโยชน์จากบริการคลาวด์ที่หลากหลาย

สำหรับผู้ใช้ดูเหมือนว่าเขากำลังเช่าคอมพิวเตอร์พิเศษของตัวเอง อย่างไรก็ตามเป็นไปได้ว่าคุณกำลังแบ่งปันกับลูกค้ารายอื่น เช่นเดียวกับที่เก็บข้อมูลเสมือน

ทรัพยากรเสมือนเหล่านี้สามารถกำหนดค่าแบบไดนามิกได้จึงช่วยให้สามารถปรับขนาดได้ หากต้องการทรัพยากรคอมพิวเตอร์มากขึ้นระบบสามารถซื้อเพิ่มได้

เป้าหมาย

แบ่งปันทรัพยากร

ไม่ว่าจะเป็นพื้นที่จัดเก็บไฟล์ข้อมูลบริการหรือเครือข่ายคุณอาจต้องการแบ่งปันทรัพยากรเหล่านี้ระหว่างแอปพลิเคชันเพื่อประโยชน์ทางเศรษฐกิจ

การมีพื้นที่จัดเก็บข้อมูลที่ใช้ร่วมกันระหว่างแอปพลิเคชันหลาย ๆ แอปพลิเคชันนั้นมีราคาถูกกว่ามากที่จะต้องซื้อและดูแลพื้นที่จัดเก็บสำหรับแต่ละแอปแยกกัน

สิ่งที่เป็นนามธรรม

เพื่อซ่อนว่ากระบวนการและทรัพยากรกระจายอยู่ในคอมพิวเตอร์หลายเครื่องอาจกระจายไปตามภูมิศาสตร์ นั่นคือกระบวนการและทรัพยากรจะถูกแยกออกจากผู้ใช้

กำลังเปิด

โดยพื้นฐานแล้วบ่งชี้ว่าระบบกระจายถูกสร้างขึ้นด้วยองค์ประกอบที่สามารถรวมเข้ากับระบบอื่น ๆ ได้อย่างง่ายดาย การปฏิบัติตามกฎที่เป็นมาตรฐานกระบวนการใด ๆ กับอินเทอร์เฟซนั้นสามารถสื่อสารกับกระบวนการอื่นด้วยอินเทอร์เฟซเดียวกันได้

ความสามารถในการทำงานร่วมกันและการพกพา

หมายถึงเมื่อสองระบบจากผู้ผลิตที่แตกต่างกันสามารถทำงานร่วมกันได้ ความสามารถในการพกพากำหนดขอบเขตที่แอปพลิเคชันที่สร้างขึ้นสำหรับระบบ A สามารถทำงานบนระบบ B ได้โดยไม่ต้องแก้ไข

ความสามารถในการปรับขนาด

มีความจำเป็นเมื่อมีผู้ใช้ที่ต้องการทรัพยากรเพิ่มขึ้น ตัวอย่างที่ดีคือการเพิ่มขึ้นของผู้ชม Netflix ทุกคืนวันศุกร์

หมายถึงการเพิ่มทรัพยากรเพิ่มเติมแบบไดนามิกเช่นการเพิ่มความจุของเครือข่ายโดยอนุญาตให้มีการส่งวิดีโอมากขึ้นและลดลงเมื่อการบริโภคเป็นปกติ

การประยุกต์ใช้งาน

เครื่องเสมือน Erlang

ชุดซอฟต์แวร์ LYME ใช้ Erlang และเสนอทางเลือกให้กับ LAMP Shmuel Csaba Otto Traian / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Erlang เป็นภาษาที่ใช้งานได้ซึ่งมีความหมายที่ดีเยี่ยมสำหรับการเกิดพร้อมกันการแจกแจงและการยอมรับความผิดพลาด เครื่องเสมือน Erlang จัดการการแจกจ่ายแอปพลิเคชัน Erlang

แบบจำลองนี้ทำงานโดยมีกระบวนการแยกหลายขั้นตอนทั้งหมดนี้มีความสามารถในการสื่อสารกันผ่านระบบส่งข้อความในตัว

เครื่องเสมือน Erlang สามารถเชื่อมต่อกับเครื่องเสมือนอื่น ๆ ที่อยู่ในสถานที่ต่างๆ เครื่องเสมือนจำนวนมากนี้เรียกใช้แอปพลิเคชันเดียวจัดการความล้มเหลวของเครื่องหนึ่งโดยกำหนดเวลาให้เครื่องทำงานบนโหนดอื่น

Bittorrent

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

เป็นโปรโตคอลหนึ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการถ่ายโอนไฟล์ขนาดใหญ่บนเว็บ แนวคิดหลักคือเพื่ออำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนไฟล์ระหว่างเพียร์ต่าง ๆ บนเครือข่ายโดยไม่ต้องผ่านเซิร์ฟเวอร์หลัก

ด้วยการใช้ไคลเอนต์ BitTorrent คุณสามารถเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์หลายเครื่องทั่วโลกเพื่อดาวน์โหลดไฟล์ คอมพิวเตอร์ที่ทำหน้าที่เป็นตัวประสานช่วยแสดงโหนดบนเครือข่ายที่มีไฟล์ที่ต้องการ

BitTorrent อนุญาตให้คุณโฮสต์ไฟล์โดยสมัครใจและอัปโหลดสำหรับผู้ใช้รายอื่นที่ต้องการ เป็นที่นิยมอย่างมากเนื่องจากเป็นครั้งแรกที่เสนอสิ่งจูงใจในการมีส่วนร่วมกับเครือข่าย

ความได้เปรียบ

- สามารถเพิ่มโหนดอื่น ๆ ในระบบกระจายได้อย่างง่ายดายนั่นคือสามารถปรับขนาดได้ตามต้องการ

- โหนดทั้งหมดในระบบกระจายเชื่อมต่อถึงกัน ดังนั้นแต่ละโหนดสามารถแชร์ข้อมูลกับโหนดอื่น ๆ ได้อย่างง่ายดาย

- ทรัพยากรเช่นเครื่องพิมพ์สามารถแชร์กับหลาย ๆ โหนดแทนที่จะ จำกัด ไว้ที่โหนดเดียว

- ความล้มเหลวของโหนดเดียวไม่ได้นำไปสู่ความล้มเหลวของระบบกระจายทั้งหมด โหนดอื่น ๆ ยังคงสามารถสื่อสารกันได้

ข้อเสีย

- ข้อความและข้อมูลบางอย่างอาจสูญหายในเครือข่ายเมื่อย้ายจากโหนดหนึ่งไปยังอีกโหนดหนึ่ง

- เป็นการยากที่จะให้ความปลอดภัยที่เพียงพอในระบบแบบกระจายเนื่องจากทั้งโหนดและการเชื่อมต่อต้องได้รับการรักษาความปลอดภัย

- เครือข่ายโอเวอร์โหลดอาจเกิดขึ้นได้หากโหนดทั้งหมดในระบบกระจายพยายามส่งข้อมูลพร้อมกัน

- ฐานข้อมูลที่เชื่อมต่อกับระบบกระจายค่อนข้างซับซ้อนและจัดการยากเมื่อเทียบกับระบบผู้ใช้คนเดียว

ตัวอย่างระบบกระจาย

ระบบกระจายสามารถใช้ได้ในหลายกรณีเช่นระบบธนาคารอิเล็กทรอนิกส์เกมออนไลน์ที่มีผู้เล่นหลายคนจำนวนมากและเครือข่ายเซ็นเซอร์

StackPath

ใช้ระบบกระจายขนาดใหญ่โดยเฉพาะเพื่อเพิ่มพลังให้บริการเครือข่ายการจัดส่งเนื้อหา แต่ละจุดที่มีอยู่ (PoP) มีโหนดซึ่งสร้างระบบกระจายทั่วโลก

StackPath จัดเก็บเนื้อหาที่ร้องขอล่าสุดและบ่อยที่สุดในตำแหน่งที่ใกล้เคียงที่สุดกับไซต์ที่กำลังใช้งานอยู่

ด้วยการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์เสมือนนอกเหนือจากการใช้ประโยชน์จากความเร็วและความคล่องตัวของการประมวลผลที่ล้ำสมัยแล้วระบบยังสามารถจัดการคำขอพร้อมกันหลายพันรายการได้อย่างรวดเร็ว

อินเทอร์เน็ต

เป็นระบบกระจายที่ใหญ่ที่สุดในโลก ผู้ใช้ทุกคนรู้สึกเหมือนเป็นระบบเดียวแม้ว่าจะประกอบด้วยคอมพิวเตอร์หลายล้านเครื่องก็ตาม

ด้วยแนวคิดเรื่องนามธรรมคุณไม่ทราบว่าข้อมูลถูกจัดเก็บไว้ที่ใดมีเซิร์ฟเวอร์จำนวนเท่าใดที่เกี่ยวข้องหรือข้อมูลเข้าสู่เบราว์เซอร์อย่างไร เบราว์เซอร์ช่วยลดความซับซ้อนของอินเทอร์เน็ต

นอกจากนี้ยังใช้กับแอปพลิเคชันเช่นอีเมล Gmail หรือแอปพลิเคชันอื่น ๆ ที่สามารถใช้ได้ ทุกคนโต้ตอบกับแอปพลิเคชันแบบกระจายในแต่ละวัน

อ้างอิง

1. Paul Krzyzanowski (2018). ระบบกระจาย นำมาจาก: cs.rutgers.edu.
2. แคทเธอรีนปากานินี (2019) ไพรเมอร์: ระบบกระจายและคลาวด์เนทีฟคอมพิวติ้ง กองใหม่ นำมาจาก: thenewstack.io.
3. มหาวิทยาลัยนานาชาติวาเลนเซีย (2020) ระบบการกระจายลักษณะและการจำแนกประเภท นำมาจาก: universidadviu.com.
4. David Meador (2018). ระบบกระจาย จุดสอน นำมาจาก: tutorialspoint.com.
5. โรเบิร์ตกิบบ์ (2019). ระบบกระจายคืออะไร? นำมาจาก: blog.stackpath.com.
6. Stanislav Kozlovski (2018). บทนำโดยละเอียดเกี่ยวกับระบบกระจาย ค่ายรหัสฟรี. นำมาจาก: freecodecamp.org.