الأنظمة الموزعة: الخصائص ، العمارة ، الأنواع ، الأهداف ، التطبيقات - تقنية - 2025

و النظم الموزعة هي قطعة من البرمجيات المستخدمة لتنسيق الإجراءات من أجهزة كمبيوتر متعددة. يتم تحقيق هذا التنسيق من خلال تبادل الرسائل ، أي مع أجزاء من البيانات التي تنقل المعلومات.

تتطلب الأنظمة الموزعة مكونات متزامنة وشبكة اتصالات وآلية مزامنة. أنها تسمح بمشاركة الموارد ، بما في ذلك البرامج ، من خلال أنظمة متصلة بشبكة. لذلك ، يعتمد النظام على شبكة تربط أجهزة الكمبيوتر وتتولى توجيه الرسائل.

أ و ب (الأنظمة الموزعة). ب (نظام موازي). Miym / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

الحوسبة الموزعة هي منطقة الحوسبة المسؤولة عن تحليل الأنظمة الموزعة. يسمى برنامج الكمبيوتر الذي يعمل على نظام موزع بالبرنامج الموزع.

في سياق قد يكون فيه مئات أو آلاف أجهزة الكمبيوتر ، وهي نسبة شائعة في شركات الإنترنت الكبيرة ، من الشائع جدًا أن يكون هناك فشل في المكونات ، سواء كان ذلك في الأجهزة أو الشبكة أو الأقراص وما إلى ذلك ، ويجب أن يكون النظام كذلك على استعداد لمواجهتهم في جميع الأوقات.

توزيع البيانات

التوزيع هو مفتاح القدرة على التعامل مع مجموعات البيانات الكبيرة جدًا. من الضروري تحقيق قابلية التوسع ، وهي وسيلة للحفاظ على أداء مستقر عندما تنمو مجموعات البيانات عن طريق إضافة موارد جديدة إلى النظام.

من ناحية أخرى ، يقدم التوزيع سلسلة من المشكلات الفنية التي تجعل تصميم وتنفيذ الحوسبة الموزعة والتخزين أمرًا مهمًا في الاعتبار. نقطة واحدة يجب وضعها في الاعتبار هي مخاطر الفشل المحتمل.

خصائص الأنظمة الموزعة

أ و ب (الأنظمة الموزعة). ب (نظام موازي). Miym / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

التوافق

يمكن أن تعمل الأجهزة مع أنظمة تشغيل مختلفة. هذا لا يمنعهم من تقديم نفس الخدمات دائمًا للمستخدمين. لهذا السبب ، جميع الأجهزة المتصلة متوافقة مع بعضها البعض.

مشكلة أساسية أخرى هي تصميم البرنامج ، لأنه متوافق أيضًا مع جميع الأنظمة والمستخدمين الموجودين على كل جهاز كمبيوتر.

التسامح مع الخطأ

نظرًا لكونها شبكة واحدة بها العديد من أجهزة الكمبيوتر ، في حالة فشل أي من مكوناتها ، يمكن للآخرين الاستمرار في أداء وظيفتهم بشكل كامل ، وتجنب الأخطاء بسرعة.

لهذا السبب ، تميل الأنظمة الموزعة إلى توفير قدر كبير من الثقة عند العمل معها ، لأنه من النادر جدًا أن يفشل النظام تمامًا ، لأن المهام لا توجد في جهاز واحد ، ولكن في أجهزة كمبيوتر مختلفة.

الوسيطة و API

تستخدم المعالجات المختلفة برمجيات وسيطة للتوزيع ، مما يساعد على مشاركة الموارد والقدرات المختلفة لتزويد المستخدمين بشبكة متماسكة ومتكاملة. كما يقدم للتطبيقات عددًا من الخدمات ، مثل الأمان واسترداد الأعطال.

اليوم ، تسمع المزيد عن واجهات برمجة التطبيقات (APIs) ، والتي تعمل كبوابة حيث يمكن للتطبيقات التواصل. لا تحتاج التطبيقات إلى معرفة أي شيء عن التطبيقات الأخرى باستثناء واجهة برمجة التطبيقات الخاصة بها.

هندسة معمارية

بنية خادم العميل

يمكن لجهاز كمبيوتر معين يسمى الخادم أداء مهام معينة تسمى الخدمات. على سبيل المثال ، تقديم الملفات عبر الشبكة ، والقدرة على تنفيذ أوامر معينة ، أو توجيه البيانات إلى الطابعة. العميل هو جهاز الكمبيوتر الذي يطلب الخدمات.

قد يُطلق على الكمبيوتر المعروف أساسًا بالخدمة التي يقدمها خادم طباعة وخادم ملفات وما إلى ذلك.

هندسة الند للند

يفترض أن كل جهاز كمبيوتر لديه قدرات مماثلة وأنه لا يوجد جهاز مخصص لخدمة الآخرين. مثال على ذلك مجموعة من الحواسيب الصغيرة في مكتب صغير.

تسمح الشبكة للأشخاص بالوصول إلى ملفات بعضهم البعض وإرسال رسائل البريد الإلكتروني ، ولكن لا يوجد جهاز كمبيوتر يوفر مجموعة محددة من الخدمات.

معماريات متعددة المستويات

بالنسبة لبعض الخدمات ، قد يكون من المنطقي أن يكون لديك اتصال هرمي. فمثلا:

• يمكن للخادم عند أداء مهامه الاتصال بخادم آخر من نوع مختلف
• بنية خادم العميل هي بنية ذات مستويين.

بنية مجموعة المعالجات

يمكن لنظام التشغيل بدء العمليات تلقائيًا على أجهزة الكمبيوتر الخاملة وحتى ترحيل العمليات إلى أنظمة ذات عدد أكبر من دورات وحدة المعالجة المركزية المتاحة. في حالات أخرى ، يمكن للمستخدم بدء أو نقل العمليات يدويًا على الأنظمة المتاحة.

أنواع الأنظمة الموزعة

الحوسبة العنقودية

إنها مجموعة من أجهزة الكمبيوتر المماثلة المتصلة عبر شبكة محلية عالية السرعة. يتم استخدامه بشكل متكرر للبرمجة المتوازية ، حيث يعمل برنامج واحد كثيف الحوسبة بالتوازي على أجهزة كمبيوتر متعددة.

تتكون كل مجموعة من مجموعة من عقد الحوسبة التي تتم مراقبتها وإدارتها بواسطة عقد أو أكثر تسمى العقد الرئيسية.

حوسبة الشبكة

وهي مكونة من عقد ذات اختلافات ملحوظة في تكنولوجيا الأجهزة والشبكات. أدى الاتجاه الحالي المتمثل في وجود تكوين محدد للعقد لمهام معينة إلى تنوع أكبر ، وهو الأكثر شيوعًا في حوسبة الشبكة.

حوسبة سحابية

إنها مجموعة من الموارد الافتراضية الموجودة في مركز البيانات لموفر السحابة. يمكن للعملاء إنشاء بنية أساسية افتراضية للاستفادة من مجموعة متنوعة من الخدمات السحابية.

بالنسبة للمستخدم ، يبدو أنه يستأجر جهاز الكمبيوتر الخاص به. ومع ذلك ، فمن المحتمل في الواقع أنك تشاركه مع عملاء آخرين. الأمر نفسه ينطبق على التخزين الافتراضي.

يمكن تكوين هذه الموارد الافتراضية ديناميكيًا ، مما يسمح بقابلية التوسع. إذا كانت هناك حاجة إلى المزيد من موارد الحوسبة ، يمكن للنظام شراء المزيد.

الأهداف

مشاركة الموارد

سواء كانت مرافق التخزين أو ملفات البيانات أو الخدمات أو الشبكات ، فقد ترغب في مشاركة هذه الموارد بين التطبيقات ، من أجل الاقتصاد.

من الأرخص بكثير أن يكون لديك مرفق تخزين مشترك بين تطبيقات متعددة من الاضطرار إلى شراء وصيانة التخزين لكل تطبيق على حدة.

التجريد

لإخفاء أن العمليات والموارد موزعة في عدة أجهزة كمبيوتر ، ربما تكون متفرقة جغرافياً أي أن العمليات والموارد مستخرجة من المستخدم.

افتتاح

يشير بشكل أساسي إلى أن النظام الموزع مبني بعناصر يمكن دمجها بسهولة مع الأنظمة الأخرى. بالامتثال للقواعد الموحدة ، يمكن لأي عملية بهذه الواجهة التواصل مع عملية أخرى بنفس الواجهة.

قابلية التشغيل البيني وإمكانية النقل

يشير إلى الوقت الذي يمكن أن يعمل فيه نظامان من جهات تصنيع مختلفة معًا. تحدد قابلية النقل مدى إمكانية عمل تطبيق تم إنشاؤه للنظام A على النظام B دون تعديل.

قابلية التوسع

إنه ضروري عندما يكون هناك زيادة في المستخدمين الذين يحتاجون إلى المزيد من الموارد. وخير مثال على ذلك هو زيادة جمهور Netflix كل ليلة جمعة.

وهذا يعني إضافة المزيد من الموارد بشكل ديناميكي ، مثل زيادة سعة الشبكة عن طريق السماح بنقل المزيد من الفيديو وتقليله بمجرد تطبيع الاستهلاك.

التطبيقات

آلة افتراضية Erlang

تعتمد حزمة برامج LYME على Erlang وتوفر بديلاً لـ LAMP. شموئيل كسابا أوتو ترايان / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Erlang هي لغة وظيفية لها دلالات رائعة للتزامن والتوزيع والتسامح مع الأخطاء. تتولى آلة افتراضية Erlang توزيع تطبيق Erlang.

يعمل هذا النموذج من خلال وجود العديد من العمليات المعزولة ، مع القدرة على التواصل مع بعضها البعض من خلال نظام مراسلة مدمج.

يمكن لجهاز Erlang الظاهري الاتصال بأجهزة افتراضية أخرى موجودة في أماكن مختلفة. يدير هذا السرب من الأجهزة الافتراضية تطبيقًا واحدًا ، ويتعامل مع إخفاقات جهاز واحد عن طريق جدولة تشغيله على عقدة أخرى.

تورنت

تشغيل شبكة بت تورنت. Mrjavi / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

إنه أحد البروتوكولات الأكثر استخدامًا لنقل الملفات الكبيرة على الويب. الفكرة الرئيسية هي تسهيل نقل الملفات بين أقران مختلفين على الشبكة دون الحاجة إلى المرور عبر خادم رئيسي.

باستخدام عميل BitTorrent ، يمكنك الاتصال بأجهزة كمبيوتر متعددة حول العالم لتنزيل ملف. يساعد الكمبيوتر الذي يعمل كمنسق في إظهار العقد الموجودة على الشبكة التي تحتوي على الملف المطلوب.

يسمح لك BitTorrent باستضافة الملفات طواعية وتحميلها للمستخدمين الآخرين الذين يريدونها. إنها تحظى بشعبية كبيرة لأنها كانت الأولى من نوعها التي تقدم حوافز للمساهمة في الشبكة.

مميزات

- يمكن إضافة المزيد من العقد بسهولة إلى النظام الموزع ، أي أنه يمكن تحجيمها حسب الحاجة.

- جميع العقد في النظام الموزع متصلة ببعضها البعض. لذلك ، يمكن لكل عقد مشاركة البيانات بسهولة مع العقد الأخرى.

- يمكن مشاركة الموارد مثل الطابعات مع عقد متعددة بدلاً من قصرها على عقد واحدة فقط.

- لا يؤدي فشل عقدة واحدة إلى فشل النظام الموزع بأكمله. لا يزال بإمكان العقد الأخرى التواصل مع بعضها البعض.

سلبيات

- قد تفقد بعض الرسائل والبيانات على الشبكة عند الانتقال من عقدة إلى أخرى.

- من الصعب توفير الأمن الكافي في الأنظمة الموزعة لأنه يجب تأمين كل من العقد والتوصيلات.

- يمكن أن يحدث التحميل الزائد للشبكة إذا حاولت جميع العقد في النظام الموزع إرسال البيانات في نفس الوقت.

- قاعدة البيانات المتصلة بالأنظمة الموزعة معقدة للغاية ويصعب إدارتها مقارنة بنظام مستخدم واحد.

أمثلة على الأنظمة الموزعة

يمكن استخدام الأنظمة الموزعة في عدد كبير من الحالات ، مثل الأنظمة المصرفية الإلكترونية والألعاب متعددة اللاعبين عبر الإنترنت وشبكات الاستشعار.

StackPath

يستخدم نظامًا موزعًا كبيرًا بشكل خاص لتشغيل خدمة شبكة توصيل المحتوى الخاصة به. كل نقطة من نقاط وجودها (PoP) لها عقد ، تشكل نظامًا موزعًا عالميًا.

يقوم StackPath بتخزين أحدث محتوى مطلوب بشكل متكرر في المواقع الأقرب للموقع الذي يتم استخدامه.

من خلال ربط أجهزة الكمبيوتر الافتراضية ، بالإضافة إلى الاستفادة من سرعة وخفة حركة الحوسبة الحديثة ، يمكن للنظام التعامل مع آلاف الطلبات المتزامنة بسرعة كبيرة.

الإنترنت

إنه أكبر نظام موزع في العالم. يشعر أي مستخدم بأنه نظام واحد ، على الرغم من أنه مكون من ملايين أجهزة الكمبيوتر.

من خلال مفهوم التجريد ، ليس لديك أي فكرة عن مكان تخزين البيانات ، أو عدد الخوادم المشاركة ، أو كيفية وصول المعلومات إلى المتصفح. المتصفح يحل تعقيد الإنترنت.

ينطبق هذا أيضًا على تطبيقات مثل بريد Gmail الإلكتروني أو أي تطبيق آخر يمكن استخدامه. يتفاعل كل شخص مع التطبيقات الموزعة على أساس يومي.

المراجع

1. بول كرزيزانوفسكي (2018). الانظمة الموزعة. مأخوذة من: cs.rutgers.edu.
2. كاثرين باجانيني (2019). التمهيدي: الأنظمة الموزعة والحوسبة السحابية الأصلية. المكدس الجديد. مأخوذة من: thenewstack.io.
3. جامعة فالنسيا الدولية (2020). الأنظمة الموزعة والخصائص والتصنيف. مأخوذة من: universidadviu.com.
4. ديفيد ميدور (2018). الانظمة الموزعة. نقطة الدروس. مأخوذة من: tutorialspoint.com.
5. روبرت جيب (2019). ما هو النظام الموزع؟ مأخوذة من: blog.stackpath.com.
6. ستانيسلاف كوزلوفسكي (2018). مقدمة شاملة للأنظمة الموزعة. فري كود كامب. مأخوذة من: freecodecamp.org.