“د مصطفي جاد” يكتب عن: النظام الموزع Distributed System

النظام الموزع Distributed System، المعروف أيضًا باسم الحوسبة الموزعة، هو نظام به مكونات متعددة موجودة على أجهزة مختلفة تتواصل وتنسيق الإجراءات من أجل الظهور كنظام واحد متماسك للمستخدم النهائي.  

قد تكون الأجهزة التي تعد جزءًا من نظام موزع عبارة عن أجهزة كمبيوتر أو خوادم فعلية، أو أجهزة افتراضية، أو حاويات، أو أي عقدة أخرى يمكنها الاتصال بالشبكة ولها ذاكرة محلية والاتصال عن طريق تمرير الرسائل.

هناك طريقتان تعمل بهما الأنظمة الموزعة:

تعمل كل آلة نحو هدف مشترك ويرى المستخدم النهائي النتائج كوحدة واحدة متماسكة.

لكل جهاز مستخدم نهائي خاص به ويسهل النظام الموزع مشاركة الموارد أو خدمات الاتصال.

على الرغم من أن الأنظمة الموزعة قد تكون غامضة في بعض الأحيان، إلا أنها عادة ما يكون لها ثلاث خصائص أساسية:

·       تعمل جميع المكونات بشكل متزامن 

·       ولا توجد ساعة عالمية 

·       وتفشل جميع المكونات بشكل مستقل عن بعضها البعض.

فوائد وتحديات الأنظمة الموزعة

هناك ثلاثة أسباب تجعل الفرق بشكل عام تقرر تنفيذ الأنظمة الموزعة: 

·       Horizontal Scalability قابلية التوسع الأفقي – نظرًا لأن الحوسبة تحدث بشكل مستقل على كل عقدة، فمن السهل وغير المكلف عمومًا إضافة عُقد ووظائف إضافية حسب الضرورة. 

·       Reliability الموثوقية – معظم الأنظمة الموزعة تتسامح مع الأخطاء حيث يمكن أن تتكون من مئات العقد التي تعمل معًا.  

·       Performance الأداء – تعتبر الأنظمة الموزعة فعالة للغاية لأنه يمكن تقسيم أحمال العمل وإرسالها إلى أجهزة متعددة والمشاركة في المعالجة. 

ثلاث تحديات أخرى قد تواجهها تشمل:

·       Scheduling الجدولة:

 يجب أن يقرر النظام الموزع الوظائف التي يجب تشغيلها ومتى يجب تشغيلها وأين يجب تشغيلها. في نهاية المطاف، توجد قيود على المبرمجين، مما يؤدي إلى عدم استخدام الأجهزة بشكل كافٍ وأوقات تشغيل غير متوقعة.

·       Latency وقت الاستجابة:

كلما تم توزيع نظامك على نطاق أوسع، زاد زمن الانتقال الذي يمكن أن تواجهه مع الاتصالات. يؤدي هذا غالبًا إلى قيام الفرق بإجراء مفاضلة بين التوافر والاتساق ووقت الاستجابة.

·       Observability القابلية للملاحظة:

 يعد جمع مقاييس استخدام الأجهزة ومعالجتها وتقديمها ومراقبتها للكتل الكبيرة تحديًا كبيرًا.

كيف يعمل النظام الموزع

تُستخدم هياكل الأجهزة والبرامج للحفاظ على نظام موزع. يجب أن يكون كل شيء مترابطًا – وحدات المعالجة المركزية عبر الشبكة والعمليات عبر نظام الاتصال. 

أنواع الأنظمة الموزعة

تندرج الأنظمة الموزعة عمومًا في واحد من أربعة نماذج معمارية أساسية مختلفة: 

·       خادم العميل Client-server: يتصل العملاء بالخادم للحصول على البيانات، ثم يقومون بتنسيقها وعرضها على المستخدم النهائي. يمكن للمستخدم النهائي أيضًا إجراء تغيير من جانب العميل وإعادته إلى الخادم لجعله دائمًا.

·      ثلاث طبقات Three-tier: يتم تخزين المعلومات المتعلقة بالعميل في الطبقة الوسطى بدلاً من العميل لتبسيط نشر التطبيق. هذا النموذج المعماري هو الأكثر شيوعًا لتطبيقات الويب.

·       n-tier – تُستخدم بشكل عام عندما يحتاج تطبيق أو خادم إلى إعادة توجيه الطلبات إلى خدمات مؤسسية إضافية على الشبكة.

·       نظير إلى نظير Peer-to-peer: لا توجد أجهزة إضافية مستخدمة لتقديم الخدمات أو إدارة الموارد. يتم توزيع المسؤوليات بشكل موحد بين الأجهزة في النظام، والمعروفة باسم النظراء، والتي يمكن أن تعمل إما كعميل أو خادم. 

مثال على نظام موزع

تحتوي الأنظمة الموزعة على حالات استخدام لا حصر لها، بعضها عبارة عن أنظمة مصرفية إلكترونية وألعاب ضخمة متعددة اللاعبين عبر الإنترنت وشبكات استشعار. 

تتضمن أمثلة الأنظمة والتطبيقات الموزعة للحوسبة الموزعة ما يلي 

شبكات الاتصالات:

·       شبكات الهاتف والشبكات المحمول.

·       شبكات الكمبيوتر مثل الإنترنت.

·       شبكات الاستشعار اللاسلكية. 

تطبيقات الشبكة:

·       شبكة الويب العالمية وشبكات per to per.

·       ألعاب على الإنترنت متعددة اللاعبين ومجتمعات الواقع الافتراضي.

·       قواعد البيانات الموزعة وأنظمة إدارة قواعد البيانات الموزعة. 

أنظمة ملفات الشبكة:

·       الأنظمة المصرفية.

·       أنظمة حجز شركات الطيران.

·       أنظمة التحكم الصناعية.

·       وأشبه بما في ذلك الحوسبة السحابية.