分布式系统：特征，体系结构，类型，目标，应用 - 技术 - 2025

在分布式系统是个软件用于协调多台计算机的行为。这种协调是通过交换消息，即与传输信息的数据段来实现的。

分布式系统需要并发组件，通信网络和同步机制。它们允许连接到网络的系统共享资源，包括软件。因此，该系统基于连接计算机并处理消息路由的网络。

a和b（分布式系统）。b（并行系统）。Miym / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0）

分布式计算是计算领域，负责分析分布式系统。在分布式系统上运行的计算机程序称为分布式程序。

在可能有成百上千台计算机的情况下（这在大型Internet公司中很常见），很常见的是组件故障，包括硬件，网络，磁盘等，并且系统必须准备随时面对他们。

资料分配

分发是能够处理非常大的数据集团的关键。实现可伸缩性是必要的，这是通过向系统添加新资源来在数据池增长时保持稳定性能的方法。

另一方面，分发提出了一系列技术问题，这些问题使分布式计算和存储的设计和实现成为重要考虑因素。要考虑的一点是可能发生故障的风险。

分布式系统的特征

a和b（分布式系统）。b（并行系统）。Miym / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0）

兼容性

这些设备可以与不同的操作系统一起使用。这不会阻止他们始终向用户提供相同的服务。因此，所有连接的设备相互兼容。

另一个基本问题是软件的设计，因为它还与每台计算机上的所有系统和用户兼容。

容错能力

作为具有许多计算机的单个网络，如果其任何组件发生故障，其他组件可以继续完全执行其功能，从而快速避免错误。

因此，分布式系统在使用它们时往往会提供很大的信心，因为很少会出现系统完全失败的情况，因为任务不是驻留在单个设备中，而是驻留在不同的计算机中。

中间件和API

不同的处理器使用分发中间件，从而有助于共享不同的资源和功能，从而为用户提供一个一致且集成的网络。它还为应用程序提供了许多服务，例如安全性和崩溃恢复。

今天，您将了解有关应用程序编程接口（API）的更多信息，该API充当应用程序可以进行通信的网关。除了它们的API外，应用程序不需要了解其他任何应用程序。

建筑

客户端-服务器架构

称为服务器的特定计算机可以执行某些任务，称为服务。例如，通过网络提供文件，执行某些命令或将数据路由到打印机的能力。客户端是请求服务的计算机。

主要因其提供的服务而闻名的计算机可以称为打印服务器，文件服务器等。

对等架构

它假定每台计算机具有相似的功能，并且没有计算机专门用于服务其他计算机。一个例子是一间小型办公室中的一台微型计算机。

该网络允许人们访问彼此的文件并发送电子邮件，但是没有计算机提供特定的服务集。

多层架构

对于某些服务，具有分层连接可能很有意义。例如：

• 服务器在执行任务时可以联系其他类型的服务器
• 客户端-服务器体系结构是两层体系结构。

处理器组架构

操作系统可以自动在空闲计算机上启动进程，甚至可以将进程迁移到具有更多可用CPU周期的系统。在其他情况下，用户可以在可用系统上手动启动或移动进程。

分布式系统的类型

集群计算

它是通过高速局域网连接的类似计算机的集合。它通常用于并行编程，其中单个计算密集型程序在多台计算机上并行运行。

每个群集由一组计算节点组成，这些计算节点由一个或多个称为主节点的节点监视和管理。

网络运算

它由硬件和网络技术上有明显差异的节点组成。对于某些任务具有特定的节点配置的当前趋势导致了更大的多样性，这是网络计算中最常见的。

云计算

它是位于云提供商的数据中心中的一组虚拟化资源。客户可以建立虚拟化的基础架构，以利用各种云服务。

对于用户而言，似乎他正在租用自己的专用计算机。但是，实际上您很可能与其他客户共享它。虚拟存储也是如此。

可以动态配置这些虚拟化资源，从而实现可伸缩性。如果需要更多的计算资源，则系统可以购买更多的资源。

目标

共享资源

无论是存储设施，数据文件，服务还是网络，出于经济考虑，您可能希望在应用程序之间共享这些资源。

在多个应用程序之间具有共享存储功能比必须分别购买和维护每个应用程序的存储要便宜得多。

抽象化

为了隐瞒进程和资源分布在几台计算机中，这些计算机可能在地理位置上分散了。即，从用户中提取过程和资源。

开场

它基本上表明分布式系统是用可以轻松与其他系统集成的元素构建的。遵循标准化规则，具有该接口的任何进程都可以与具有相同接口的另一个进程进行通信。

互操作性和可移植性

它指的是来自不同制造商的两个系统何时可以一起工作。可移植性决定了为系统A编写的应用程序可以在系统B上正常运行而无需修改的程度。

可扩展性

当需要更多资源的用户增加时，这是必要的。一个很好的例子是每个星期五晚上Netflix的观众增加。

这意味着动态添加更多资源，例如通过允许更多视频传输来增加网络容量，并在消耗量正常化后减少它。

应用领域

Erlang虚拟机

LYME软件包基于Erlang，并提供了LAMP的替代产品。Shmuel Csaba Otto Traian / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0）

Erlang是一种功能性语言，具有出色的并发，分布和容错能力。Erlang虚拟机处理Erlang应用程序的分发。

此模型通过具有许多独立的进程来工作，所有这些进程都可以通过内置的消息传递系统相互通信。

Erlang虚拟机可以连接到其他位置的其他虚拟机。这群虚拟机运行一个应用程序，通过安排一台计算机在另一节点上运行来处理一台计算机的故障。

比特洪流

BitTorrent网络操作。Mrjavi / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0）

它是在网络上传输大文件的最广泛使用的协议之一。主要思想是促进网络上不同对等点之间的文件传输，而无需通过主服务器。

通过使用BitTorrent客户端，您可以连接到世界各地的多台计算机以下载文件。充当协调器的计算机可帮助显示网络上具有所需文件的节点。

BitTorrent允许您自愿托管文件，并将其上传给需要它们的其他用户。它之所以受欢迎，是因为它是同类中第一个为网络做出贡献的激励措施。

优点

-可以轻松地将更多节点添加到分布式系统，也就是说，可以根据需要对其进行扩展。

-分布式系统中的所有节点都相互连接。因此，每个节点都可以轻松地与其他节点共享数据。

-诸如打印机之类的资源可以与多个节点共享，而不仅限于一个。

-一个节点的故障不会导致整个分布式系统的故障。其他节点仍可以相互通信。

缺点

-从一个节点移动到另一个节点时，某些消息和数据可能会在网络上丢失。

-由于必须同时保护节点和连接，因此很难在分布式系统中提供足够的安全性。

-如果分布式系统中的所有节点尝试同时发送数据，则可能会发生网络过载。

-与单个用户系统相比，连接到分布式系统的数据库非常复杂且难以管理。

分布式系统的例子

分布式系统可以在许多情况下使用，例如电子银行系统，大型多人在线游戏和传感器网络。

栈路径

它使用特别大型的分布式系统为其内容交付网络服务提供动力。它的每个接入点（PoP）都有节点，形成了一个全球分布式系统。

StackPath将最近和最常请求的内容存储在最靠近正在使用的站点的位置。

通过互连虚拟计算机，除了利用最新计算的速度和敏捷性之外，该系统还可以非常快速地处理数千个同时发生的请求。

互联网

它是世界上最大的分布式系统。即使它由数百万台计算机组成，任何用户都感觉像一个系统。

通过抽象概念，您不知道数据存储在哪里，涉及多少服务器或信息如何到达浏览器。浏览器解决了Internet的复杂性。

这也适用于Gmail电子邮件之类的应用程序或可以使用的任何其他应用程序。每个人每天都与分布式应用程序进行交互。

参考文献

1. Paul Krzyzanowski（2018）。分布式系统。取自：cs.rutgers.edu。
2. 凯瑟琳·帕格尼尼（Catherine Paganini）（2019）。入门：分布式系统和云原生计算。新堆栈。摘自：thenewstack.io。
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4. David Meador（2018）。分布式系统。教程点。摘自：tutorialspoint.com。
5. 罗伯特·吉布（2019）。什么是分布式系统？摘自：blog.stackpath.com。
6. 斯坦尼斯拉夫·科兹洛夫斯基（2018）。分布式系统的全面介绍。免费代码营。取自：freecodecamp.org。