邊山大學分布式系統的好處、挑戰和風險

分布式系統是指分布在網絡上的多臺計算機或設備處理不同任務和組件的環境。在分布式系統中，各組件分工協作，執行任務的效率比單個設備執行任務的效率更高。

我們看到越來越多的分布式系統是可以理解的：互聯網讓我們所有人都可以遠程工作，而當今的許多計算任務都過于復雜，單臺計算機無法單獨解決。這是一個巨大的優勢，即通過地理位置和團隊高效地工作。沒有分布式系統，我們就無法完成大部分工作。在本文中，我們將探討分布式系統的好處、挑戰和風險。

一、什么是分布式系統?

從歷史上看，分布式計算一直是昂貴、設置復雜和難以管理的。但 SaaS 解決方案使分布式計算變得更加簡單，各種類型和規模的企業都能負擔得起。

如今，從數據庫管理到視頻游戲，各種計算任務都在使用分布式計算。事實上，許多類型的軟件，如加密貨幣系統、科學模擬、區塊鏈技術和人工智能平臺，都離不開這些平臺。

當工作量過大，單臺計算機或設備無法處理時，就會使用分布式系統。分布式系統在工作負載可能變化的情況下非常重要，例如網絡星期一的電子商務流量或對有關貴組織的新聞做出響應的極高網絡流量。

分布式系統評估并行和分布式計算機系統和應用程序的結構。并行計算使多個處理器能夠同時執行任務，而分布式計算將單個任務分配給多臺計算機以實現共同的目標。通信技術的進步和用戶對復雜應用程序的需求不斷增加，推動分布式計算模型領先于集中式方法。分布式編程框架已成為大數據分析和人工智能驅動的其他應用程序的推動者。

通過利用其他設備和計算進程的資源，分布式系統可以提供單個系統難以或無法執行的功能。

這包括異地備份服務器和應用程序：如果主目錄沒有看到還原所需的段位，它可以請求另一個或多個異地節點發送這些段位。現在，無論是發送電子郵件、玩游戲還是在網上閱讀這篇文章，你使用計算設備所做的每一件事幾乎都在利用分布式系統的強大功能。

二、工作原理

分布式系統始于一項任務。想象一下，您需要制作一段視頻并生成最終產品。

執行這項任務的應用程序或分布式應用程序(如客戶端計算機上的視頻編輯器)會將任務分成若干部分。在這個簡單的例子中，算法會為十幾臺不同的計算機(或節點)各分配一幀視頻來完成渲染。圖像渲染完成后，控制應用程序會將新的圖像轉發給節點進行處理。這一過程將一直持續到視頻完成，所有部件重新組裝完畢。

這樣的系統不需要停留在 12 個節點上：工作可以分散到數百或數千個節點上，這樣，一臺計算機需要數天才能完成的任務就可以在幾分鐘內完成。

在考慮分布式計算平臺中的任務時，訣竅在于將其分解為多個相互關聯的模式。將系統簡化為更小、更易于管理和理解的組件，有助于對復雜的架構進行抽象。

三、分布式系統的優勢、挑戰和風險

1.優勢

與單體或獨立系統相比，分布式系統有許多優勢：

a.可擴展性和靈活性。隨著服務需求的增加，更容易提高計算能力。如今，在許多情況下，可以將服務器實時連接到分布式系統，從而提高生產率并進一步縮短周轉時間。

b.容錯性。分布式系統可降低單點故障帶來的風險，從而提高可靠性和容錯性。

c.可靠性：設計精良的分布式系統可以承受一個或多個節點的故障，而不會對性能產生重大影響。而在單體系統中，如果一臺服務器出現故障，整個應用程序的性能都會受到影響。

d.速度。在高流量情況下，個別服務器可能會堵塞，從而影響所有服務器的性能。分布式數據庫和其他分布式系統的可擴展性使其更易于維護并保持高水平的性能。

e.地域分布。分布式內容對每個互聯網用戶都很直觀，對全球性組織也至關重要。

2.挑戰

分布式系統比單體計算環境復雜得多，在設計、運行和維護方面面臨著許多挑戰。這些挑戰包括

a.發生故障的可能性增加;IT 環境中包含的系統越多，發生故障的可能性就越大。如果系統設計不慎，一個節點出現故障，整個系統都可能出現故障。盡管分布式系統的設計具有容錯性，但這種容錯性既不是自動的，也不是萬無一失的。

b.同步進程挑戰:分布式系統的運行沒有全局時鐘，因此需要精心設計程序，以確保進程正確同步，避免傳輸延遲導致錯誤和數據損壞。在復雜的系統中，如多人視頻游戲，同步可能很困難，尤其是在傳輸數據的公共網絡上。

c.不完美的可擴展性:將分布式系統中的節點數量增加一倍并不能使性能提高一倍。設計一個能最大限度提高可擴展性的高效分布式系統是一項復雜的任務，需要考慮負載平衡、帶寬管理和其他問題。

d.安全:在異構或全球分布式環境中管理大量節點會帶來許多安全挑戰。大型文件系統或分布式系統網絡中的一個薄弱環節就可能導致全系統攻擊。

e.復雜性增加:與傳統 IT 環境相比，分布式系統的設計、管理和理解更為復雜。

3.風險

安全性。分布式系統與其他任何系統一樣，都容易受到攻擊，但其分布式特性會造成更大的攻擊面，使組織面臨威脅。

a.網絡故障風險:分布式系統依靠公共網絡傳輸和接收數據。如果部分互聯網不可用或超載，分布式系統的性能可能會受到影響。

b.管理和控制問題:分布式系統不像基于單個服務器的單體系統那樣具有治理功能，這就產生了審計和遵守數據隱私法的問題。全球分布式環境在確保一定程度的保證和了解數據的確切位置方面提出了挑戰。

c.成本控制:與集中式系統不同，分布式系統的可擴展性使管理員可以在需要時輕松增加額外容量，這可能會增加成本。基于云的分布式計算系統的成本是根據使用情況(如一段時間內使用的內存資源數量和處理能力)來計算的。如果需求突然增加，可能會產生大筆費用。

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