Điện toán phân tán là gì? Lợi ích của hệ thống phân tán

Điện toán phân tán là một hình thức xử lý dữ liệu và thông tin bằng cách sử dụng nhiều máy tính kết nối với nhau qua mạng mang lại nhiều lợi ích. Tuy nhiên để triển khai hệ thống điện toán phân tán hiệu quả thì vẫn còn nhiều thách thức. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu về điện toán phân tán qua bài viết này nhé.

1. Điện toán phân tán là gì?

Điện toán phân tán là một ngành khoa học máy tính nghiên cứu các hệ thống phân tán. Hệ thống phân tán là hệ thống phần mềm mà các thành phần cấu tạo nên nó nằm ở trên các máy tính khác nhau được kết nối thành mạng lưới.

Các máy tính này phối hợp hoạt động với nhau để hoàn thành một nhiệm vụ chung bằng cách trao đổi qua lại các thông điệp.

Điện toán phân tán có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như chăm sóc sức khỏe, khoa học đời sống, web service và ứng dụng web và di động.

2. Phân loại hệ thống

Có nhiều cách để phân loại các hệ thống phân tán dựa trên các tiêu chí khác nhau. Một cách phân loại là dựa trên mức độ tương tác giữa các máy tính trong hệ thống. Theo cách này, có thể chia thành ba loại chính:

• Hệ thống phân tán ngoại tuyến

Đây là các hệ thống xử lý theo lô, các cụm phân tích dữ liệu lớn, hệ thống kết xuất hình ảnh, cuộn gập protein,… Các máy tính trong hệ thống không cần phải liên lạc với nhau thường xuyên và có thể hoạt động độc lập.

Ví dụ về các hệ thống này là các hệ thống xử lý dữ liệu lớn như Hadoop, Spark, MapReduce,…

Các hệ thống này có thể xử lý một lượng lớn dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau và trả về kết quả sau một khoảng thời gian nhất định. Không yêu cầu phản hồi nhanh chóng và có thể chịu được sự cố của một số máy tính trong hệ thống.

• Hệ thống phân tán thời gian thực mềm

Đây là các hệ thống quan trọng phải liên tục tạo ra hoặc cập nhật kết quả, nhưng cũng dành ra khá nhiều thời gian để thực thi điều đó.

Các hệ thống phân tán thời gian thực mềm phải trả về kết quả cho người dùng trong một khoảng thời gian ngắn (vài giây hoặc ít hơn) và cập nhật liên tục chỉ mục của các trang web mới.

Ví dụ về các hệ thống này là các hệ thống tìm kiếm trên web như Google, Bing, Yahoo, v.v.

Các máy tính trong hệ thống phải giao tiếp với nhau để đồng bộ hóa dữ liệu và trạng thái.

• Hệ thống phân tán thời gian thực cứng

Đây là các hệ thống yêu cầu phản hồi nhanh chóng và chính xác trong một khoảng thời gian xác định và không có sai số.

Ví dụ về các hệ thống này bao gồm các hệ thống điều khiển công nghiệp, các hệ thống điện thoại đường dài, các hệ thống máy bay không người lái,...

Các hệ thống này phải đảm bảo tính nhất quán và đồng bộ của các máy tính trong hệ thống và không chịu được sự cố của bất kỳ máy tính nào trong hệ thống.

3. Lợi ích của điện toán phân tán

Điện toán phân tán mang lại nhiều lợi ích cho người dùng và ứng dụng, bao gồm:

• Khả năng mở rộng: Hệ thống phân tán có thể tăng hoặc giảm số lượng thành phần để đáp ứng nhu cầu của người dùng một cách linh hoạt và kinh tế. Khả năng mở rộng có thể theo chiều ngang (thêm bớt các nút) hoặc chiều dọc (thêm bớt các tài nguyên trên mỗi nút).
• Độ tin cậy: Hệ thống phân tán có thể chịu đựng các sự cố của các thành phần riêng lẻ mà không làm gián đoạn hoặc làm giảm chất lượng của dịch vụ. Độ tin cậy có thể được đảm bảo bằng các cơ chế như sao chép, phục hồi, dự phòng,…
• Hiệu năng: Hệ thống phân tán có thể xử lý các công việc song song và phân chia tải trên nhiều nút để giảm thời gian đáp ứng và tăng khả năng xử lý. Hiệu năng có thể được cải thiện bằng các kỹ thuật như cân bằng tải, bộ nhớ đệm,…
• Bảo mật: Hệ thống phân tán có thể bảo vệ các dữ liệu và tài nguyên khỏi các cuộc tấn công hoặc truy cập trái phép từ bên ngoài. Bảo mật có thể được thực hiện bằng các phương pháp như mã hóa, xác thực, ủy quyền,…
• Chia sẻ tài nguyên: Hệ thống phân tán cho phép người dùng và ứng dụng truy cập và sử dụng các tài nguyên từ xa một cách dễ dàng và tiện lợi. Chia sẻ tài nguyên có thể giúp tiết kiệm chi phí, tăng hiệu quả và khuyến khích hợp tác.

4. Tại sao phải phát triển phần mềm phân tán? 

Phát triển phần mềm phân tán là quá trình thiết kế, xây dựng và vận hành các ứng dụng phần mềm trên nhiều máy tính được kết nối với nhau bởi một mạng máy tính. Phát triển phần mềm phân tán có nhiều lý do và ứng dụng, ví dụ như:

• Đáp ứng nhu cầu của người dùng và dữ liệu phân tán địa lý: Các ứng dụng phân tán cho phép người dùng truy cập và chia sẻ dữ liệu từ nhiều vị trí khác nhau, ví dụ như các ứng dụng web, email, mạng xã hội,…
• Tận dụng khả năng tính toán và truyền thông của các máy tính: Các ứng dụng phân tán có thể xử lý một lượng lớn dữ liệu và nhiệm vụ tính toán bằng cách phân chia công việc cho nhiều máy tính và giao tiếp với nhau qua mạng máy tính, ví dụ như các ứng dụng lưới tính toán, đám mây,…
• Tăng tính mở, khả chuyển và co giãn: Các ứng dụng phân tán có thể thích ứng với các yêu cầu thay đổi của người dùng và môi trường bằng cách thêm hoặc bớt các máy tính trong hệ thống một cách linh hoạt, ví dụ như các ứng dụng kiến trúc hướng dịch vụ (SOA), vi mô dịch vụ (microservices),…
• Tăng tính sẵn sàng và độ tin cậy: Các ứng dụng phân tán có thể chịu được sự cố của một số máy tính trong hệ thống bằng cách sao lưu và khôi phục dữ liệu và chức năng, ví dụ như các ứng dụng kiến trúc bản sao (replication), kiến trúc chịu lỗi (fault-tolerant),…
• Đưa tin học vào các lĩnh vực ứng dụng mới: Các ứng dụng phân tán cho phép kết nối và điều khiển các thiết bị trong cuộc sống thực bằng cách sử dụng các giao thức và tiêu chuẩn truyền thông, ví dụ như các ứng dụng Internet vạn vật (IoT), điện toán biên (edge computing),…

Điện toán phân tán là một ngành khoa học máy tính tiên tiến và hữu ích cho xã hội hiện đại, tận dụng tối đa khả năng của các máy tính để giải quyết các bài toán phức tạp và lớn. Điện toán phân tán mang lại nhiều lợi ích cho người dùng và tài nguyên trong suốt, mở và có thể nới rộng được. Trở thành một xu hướng không thể bỏ qua trong thời đại số hóa ngày nay.

>>> Xem thêm: IIoT là gì? Ứng dụng IIoT trong nhà máy thông minh