边山大学分布式系统的好处、挑战和风险

分布式系统是指分布在网络上的多台计算机或设备处理不同任务和组件的环境。在分布式系统中，各组件分工协作，执行任务的效率比单个设备执行任务的效率更高。

我们看到越来越多的分布式系统是可以理解的：互联网让我们所有人都可以远程工作，而当今的许多计算任务都过于复杂，单台计算机无法单独解决。这是一个巨大的优势，即通过地理位置和团队高效地工作。没有分布式系统，我们就无法完成大部分工作。在本文中，我们将探讨分布式系统的好处、挑战和风险。

一、什么是分布式系统?

从历史上看，分布式计算一直是昂贵、设置复杂和难以管理的。但 SaaS 解决方案使分布式计算变得更加简单，各种类型和规模的企业都能负担得起。

如今，从数据库管理到视频游戏，各种计算任务都在使用分布式计算。事实上，许多类型的软件，如加密货币系统、科学模拟、区块链技术和人工智能平台，都离不开这些平台。

当工作量过大，单台计算机或设备无法处理时，就会使用分布式系统。分布式系统在工作负载可能变化的情况下非常重要，例如网络星期一的电子商务流量或对有关贵组织的新闻做出响应的极高网络流量。

分布式系统评估并行和分布式计算机系统和应用程序的结构。并行计算使多个处理器能够同时执行任务，而分布式计算将单个任务分配给多台计算机以实现共同的目标。通信技术的进步和用户对复杂应用程序的需求不断增加，推动分布式计算模型领先于集中式方法。分布式编程框架已成为大数据分析和人工智能驱动的其他应用程序的推动者。

通过利用其他设备和计算进程的资源，分布式系统可以提供单个系统难以或无法执行的功能。

这包括异地备份服务器和应用程序：如果主目录没有看到还原所需的段位，它可以请求另一个或多个异地节点发送这些段位。现在，无论是发送电子邮件、玩游戏还是在网上阅读这篇文章，你使用计算设备所做的每一件事几乎都在利用分布式系统的强大功能。

二、工作原理

分布式系统始于一项任务。想象一下，您需要制作一段视频并生成最终产品。

执行这项任务的应用程序或分布式应用程序(如客户端计算机上的视频编辑器)会将任务分成若干部分。在这个简单的例子中，算法会为十几台不同的计算机(或节点)各分配一帧视频来完成渲染。图像渲染完成后，控制应用程序会将新的图像转发给节点进行处理。这一过程将一直持续到视频完成，所有部件重新组装完毕。

这样的系统不需要停留在 12 个节点上：工作可以分散到数百或数千个节点上，这样，一台计算机需要数天才能完成的任务就可以在几分钟内完成。

在考虑分布式计算平台中的任务时，诀窍在于将其分解为多个相互关联的模式。将系统简化为更小、更易于管理和理解的组件，有助于对复杂的架构进行抽象。

三、分布式系统的优势、挑战和风险

1.优势

与单体或独立系统相比，分布式系统有许多优势：

a.可扩展性和灵活性。随着服务需求的增加，更容易提高计算能力。如今，在许多情况下，可以将服务器实时连接到分布式系统，从而提高生产率并进一步缩短周转时间。

b.容错性。分布式系统可降低单点故障带来的风险，从而提高可靠性和容错性。

c.可靠性：设计精良的分布式系统可以承受一个或多个节点的故障，而不会对性能产生重大影响。而在单体系统中，如果一台服务器出现故障，整个应用程序的性能都会受到影响。

d.速度。在高流量情况下，个别服务器可能会堵塞，从而影响所有服务器的性能。分布式数据库和其他分布式系统的可扩展性使其更易于维护并保持高水平的性能。

e.地域分布。分布式内容对每个互联网用户都很直观，对全球性组织也至关重要。

2.挑战

分布式系统比单体计算环境复杂得多，在设计、运行和维护方面面临着许多挑战。这些挑战包括

a.发生故障的可能性增加;IT 环境中包含的系统越多，发生故障的可能性就越大。如果系统设计不慎，一个节点出现故障，整个系统都可能出现故障。尽管分布式系统的设计具有容错性，但这种容错性既不是自动的，也不是万无一失的。

b.同步进程挑战:分布式系统的运行没有全局时钟，因此需要精心设计程序，以确保进程正确同步，避免传输延迟导致错误和数据损坏。在复杂的系统中，如多人视频游戏，同步可能很困难，尤其是在传输数据的公共网络上。

c.不完美的可扩展性:将分布式系统中的节点数量增加一倍并不能使性能提高一倍。设计一个能最大限度提高可扩展性的高效分布式系统是一项复杂的任务，需要考虑负载平衡、带宽管理和其他问题。

d.安全:在异构或全球分布式环境中管理大量节点会带来许多安全挑战。大型文件系统或分布式系统网络中的一个薄弱环节就可能导致全系统攻击。

e.复杂性增加:与传统 IT 环境相比，分布式系统的设计、管理和理解更为复杂。

3.风险

安全性。分布式系统与其他任何系统一样，都容易受到攻击，但其分布式特性会造成更大的攻击面，使组织面临威胁。

a.网络故障风险:分布式系统依靠公共网络传输和接收数据。如果部分互联网不可用或超载，分布式系统的性能可能会受到影响。

b.管理和控制问题:分布式系统不像基于单个服务器的单体系统那样具有治理功能，这就产生了审计和遵守数据隐私法的问题。全球分布式环境在确保一定程度的保证和了解数据的确切位置方面提出了挑战。

c.成本控制:与集中式系统不同，分布式系统的可扩展性使管理员可以在需要时轻松增加额外容量，这可能会增加成本。基于云的分布式计算系统的成本是根据使用情况(如一段时间内使用的内存资源数量和处理能力)来计算的。如果需求突然增加，可能会产生大笔费用。

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