Dağıtılmış sistem nedir?
Dağıtılmış bir sistem, kullanıcıya tek bir tutarlı sistem olarak görünen bağımsız bilgisayarlar topluluğudur.
Ortak bir hedefe ulaşmak için, dağıtılmış bir sistemdeki bilgisayarlar birbirleriyle iletişim kurar. Dağıtılmış bir sistemin bilgisayarları tek bir fiziksel yerde bulunabilir veya çeşitli bölgelere dağılmış olabilir. Dağıtık bir sistemin temel faydası, performans, güvenilirlik ve kullanılabilirlik açısından tek bir bilgisayar sisteminden daha iyi performans gösterebilmesidir.
Dağıtık bilgi işlem ve veri tabanları aracılığıyla çeşitli iş istasyonları arasında kaynakların ve işlem gücünün paylaşılmasını içerir. Dağıtık sistemlerin temel bileşenleri çoklu düğümler, iletişim ağları ve düğümler arasındaki iletişimi kontrol eden dağıtık ara yazılımlardır.
Düğümler birbirleriyle iletişim kuran bağımsız hesaplama varlıklarıdır. Bir iletişim ağı, düğümler arasında bilgi alışverişi için bir ortam görevi görür. Dağıtık sistemlerde dağıtık ara katman yazılımı, dağıtık uygulamalar ile altta yatan ağ altyapısı arasındaki yazılım katmanını ifade eder ve verimli ve güvenilir dağıtık bilgi işlem sağlamak için iletişim, koordinasyon ve kaynak yönetimi gibi hizmetler sağlar.
İş yükünü ve verileri çeşitli düğümlere dağıtarak, hata toleransı (düğüm arızaları veya ağ sorunları varlığında çalışmaya devam etme yeteneği), ölçeklenebilirlik ve yüksek kullanılabilirlik elde etmek için dağıtılmış sistemlerin mimarisi oluşturulur.
Dağıtık sistemler nasıl çalışır?
Dağıtık sistemlerin çalışması için, bir görevin daha küçük alt görevlere bölünmesi ve bir ağdaki birkaç düğüme veya bilgisayara yayılması gerekir. Bu düğümler veya bilgisayarlar daha sonra görevi tamamlamak için iletişim kurar ve işbirliği yapar.
Aşağıdaki dört adım, dağıtık sistemlerin nasıl çalıştığına dair kısa bir genel bakış sağlar:
Merkeziyetsiz bileşenler
Dağıtılmış bir sistem, çeşitli gerçek veya sanal mekanlara yayılmış çok sayıda parça veya düğümden oluşur. Bu parçalar tek bir hedefi gerçekleştirmek için bir ağ üzerinden birbirleriyle iletişim kurabilir.
İletişim
Dağıtılmış bir sistemin bileşenleri TCP/IP, HTTP veya mesaj kuyrukları gibi çeşitli protokoller ve araçlar kullanarak birbirleriyle iletişim kurabilir. Bu protokoller düğümlerin mesaj veya veri gönderip alarak iletişim kurmasını sağlar.
Koordinasyon
Dağıtılmış bir sistemin parçalarının birlikte iyi çalışabilmesi için eylemlerini koordine etmeleri gerekir. Bu koordinasyonu sağlamak için dağıtık algoritmalar, mutabakat protokolleri veya dağıtık işlemler gibi çeşitli mekanizmalar kullanılabilir.
Hata toleransı
Dağıtılmış bir sistem hata toleransı göz önünde bulundurularak oluşturulmalıdır. Bu, tüm sistemin performansını veya kullanılabilirliğini bozmadan belirli parçaların veya düğümlerin arızalarını idare edebilmesi gerektiği anlamına gelir. Dağıtılmış sistemler hata toleransı elde etmek için artıklık, çoğaltma veya bölümleme stratejileri kullanır.
Çevrimiçi bir arama motoru, web sitelerini tarama, içeriği indeksleme ve kullanıcı isteklerini işleme gibi çeşitli işlevleri yerine getiren çok sayıda düğümden oluştuğu için dağıtılmış bir sistem örneğidir. Bu düğümler, kullanıcılara hızlı ve etkili arama sonuçları sunmak için işbirliği yapar.
İşlemleri güvenli ve şeffaf bir şekilde kaydeden merkeziyetsiz bir defter olan blokzincir de dağıtılmış bir sistem örneğidir. Dağıtıktır çünkü defter ağdaki birden fazla düğümde saklanır ve her düğüm tüm defterin bir kopyasını tutarak daha fazla şeffaflık, güvenlik ve arızalara veya saldırılara karşı dayanıklılık sağlar.
Dağıtık sistemlerin temel özellikleri nelerdir?
Dağıtık sistemler, sosyal ağ platformları, bulut bilişim ve çevrimiçi perakende dahil olmak üzere birçok uygulamada kullanılmaktadır. Dağıtık sistemlerin ayırt edici özellikleri, onları diğer bilgisayar sistemlerinden farklı kılmaktadır.
Çok sayıda işlemin veya iş parçacığının aynı anda yürütülmesini sağlayan dağıtılmış sistemlerin bu özelliklerinden biri eşzamanlılıktır. Bu özellik sistemi daha etkili hale getirse de kilitlenme gibi sorunlara da yol açabilir.
Kilitlenme, iki veya daha fazla sürecin bloke olduğu ve her biri diğerinin bir kaynağı serbest bırakmasını beklediği için ilerleyemediği dağıtılmış sistemlerde meydana gelebilecek bir durumdur. Birden fazla düğümde eşzamanlı olarak çalışan birden fazla süreci koordine etmenin doğal karmaşıklığı nedeniyle dağıtılmış sistemlerde kilitlenmeler meydana gelebilir.
Dağıtık sistemlerin bir diğer temel özelliği de ölçeklenebilirliktir. Artan iş yüklerinin üstesinden gelmek ve daha fazla kullanıcıyı barındırmak için, daha fazla düğüm ekleyerek yatay olarak ölçeklenebilmeleri gerekir. Hata toleransı da dağıtık sistemler için kritik öneme sahiptir. Sistemin genel performansını etkilemeden tek tek düğüm veya bileşen arızalarına dayanmaları gerekir. Dağıtık sistemlerin bir diğer özelliği de düğümlerin farklı donanım, yazılım ve ağ konfigürasyonlarına sahip olabileceği heterojenliktir. Bu çeşitlilik işbirliği ve iletişimi zorlaştırabilir.
Şeffaflık, dağıtık sistemlerin bir diğer kilit özelliğidir. Tüketicilere ağ genelindeki kaynaklara ve hizmetlere şeffaf erişim sunarken, onları altta yatan sistemin karmaşık işleyişinden habersiz tutmalıdırlar. Dağıtık sistemler güvenliğe de öncelik vermelidir. Yetkisiz erişime, veri ihlallerine ve diğer siber risklere karşı korunmak için güvenlik göz önünde bulundurularak inşa edilmelidirler.
Dağıtık sistemlerin koruması gereken bir diğer nitelik de tutarlılıktır. Eş zamanlı güncellemeler ve arızalar karşısında, birçok düğümde veri tutarlılığını korumaları gerekir. Dağıtık sistemler için performans çok önemlidir. Artan iletim maliyetlerine ve dağıtımın getirdiği diğer komplikasyonlara rağmen kabul edilebilir seviyelerde performans gösterebilmelidirler.
Çeşitli dağıtık sistem türleri nelerdir?
Her biri belirli ihtiyaçları ve zorlukları ele almak için oluşturulmuş birçok dağıtılmış sistem türü ve tasarımı mevcuttur. Uygulamanın gereksinimleri, ölçeklenebilirlik, hata toleransı, güvenlik ve diğer faktörlerin tümü mimari seçiminde rol oynar.
Bir tür dağıtılmış sistem istemci-sunucu mimarisidir. Bu yaklaşımda, bir sunucu bir istemciden gelen istekleri alır, bunları işler ve ardından yanıtlar. Web uygulamaları sıklıkla web tarayıcısının istemci olarak hizmet verdiği ve sunucunun web sayfasını barındırdığı bu tasarımı kullanır.
Peer-to-peer (P2P) mimarisi bir başka dağıtık sistem türüdür. Bu mimarideki tüm düğümler veya eşler eşittir ve hem istemci hem de sunucu olarak hizmet verebilir. Her eş, diğer eşlerden kaynak isteyebilir ve onlara kaynak sunabilir. BitTorrent gibi dosya paylaşım uygulamaları bu mimariyi kullanmaktadır.
İlgili: BitTorrent (BTTC) nedir? Yeni başlayanlar için bir rehber
Dağıtılmış veritabanı sistemi, dağıtılmış bir sistemin üçüncü kategorisidir. Bir veritabanı bu mimari altında birkaç bilgisayar veya düğüm arasında dağıtılır ve hepsi verileri depolamak ve yönetmek için birlikte çalışır. Sosyal medya platformları ve e-ticaret web siteleri de dahil olmak üzere yüksek kullanılabilirlik ve ölçeklenebilirliğe ihtiyaç duyan büyük ölçekli uygulamalar sıklıkla bu tasarımı benimser.
Dağıtık hesaplama sistemi, zorlu hesaplama problemlerinin üstesinden gelmek için birkaç bilgisayarın işbirliği yaptığı başka bir dağıtık sistemdir. Bilimsel araştırmalarda bu mimari, büyük veri setlerini analiz etmek veya karmaşık süreçleri simüle etmek için çok sayıda bilgisayar kullanıldığında sıklıkla kullanılır.
Birçok mimariyi ya da kavramı bir araya getiren hibrit dağıtık sistemler de dağıtık sistemlerdir. Örneğin, dağıtık bir sistem dosya paylaşımı için P2P tasarımını ve web istekleri için istemci-sunucu mimarisini kullanabilir.
Dağıtık sistemlerin avantajları ve dezavantajları nelerdir?
Dağıtılmış sistemler ölçeklenebilirlik, hata toleransı ve gelişmiş performans gibi birçok avantaj sunar. Bununla birlikte, koordinasyon zorlukları, karmaşıklık ve özel beceri gereksinimleri gibi dezavantajları da vardır.
Dağıtılmış sistemler, geleneksel merkezi sistemlere göre çeşitli avantajlar sunar. Önemli avantajlardan biri ölçeklenebilirliktir. Artan iş yüklerini yönetmek ve daha fazla kullanıcıya hizmet vermek için dağıtık sistemlere daha fazla düğüm eklenebilir. Ölçeklenebilirlikleri sayesinde dağıtık sistemler performanstan ödün vermeden yoğun trafiği ve yüksek kullanılabilirliği destekleyebilir.
Hata toleransı, dağıtılmış sistemlerin bir başka avantajıdır. Bir düğüm arızalansa bile diğer düğümler onun görevlerini devralabileceğinden sistem çalışmaya devam edebilir. Sonuç olarak, dağıtık sistemler donanım veya yazılım arızalarına karşı merkezi sistemlere göre daha az savunmasızdır. Hesaplamanın birkaç düğüm arasında bölünmesini sağlayarak, dağıtılmış sistemler ayrıca verimi hızlandırabilir ve işlem sürelerini azaltabilir.
Ancak dağıtık sistemlerin bazı dezavantajları vardır. Örneğin, dağıtık sistemler coğrafi olarak dağılmış olabilecek çok sayıda düğümden oluştuğu için iletişimi koordine etmek ve tüm düğümlerin sistemi tutarlı bir şekilde anlamasını sağlamak zor olabilir. Bu da eşzamanlılık ve tutarlılık sorunlarına yol açabilir.
Karmaşıklık, dağıtık sistemlerin bir diğer dezavantajıdır. Dağıtık sistemlerin doğasında var olan karmaşıklık nedeniyle bakımı bazen daha zordur ve merkezi olarak yönetilen sistemlere göre daha fazla güvenlik açığı barındırırlar. Dağıtık sistemlerin tasarımı ve bakımı da özel bilgi ve beceriler gerektirebilir, bu da maliyeti ve karmaşıklığı artırabilir.
Dağıtık sistemlerin geleceği nedir?
Teknoloji ilerlemeye devam ettikçe dağıtık sistemlerin geleceği umut verici görünüyor. Küme hesaplama ve grid hesaplama, dağıtık sistemlerin geleceğinde önemli bir rol oynaması muhtemel iki yeni teknolojidir.
Küme bilişim, tek bir sistem olarak birlikte çalışmak üzere birbirine bağlı birden fazla bilgisayarın kullanılmasını içerir. Bu teknoloji, gelişmiş işlem gücü ve hata toleransının yanı sıra daha iyi ölçeklenebilirliğe de sahiptir. Küme bilişim daha uygun fiyatlı hale gelmektedir ve donanım maliyeti düşmeye devam ettikçe yüksek performanslı bilişim uygulamalarında daha sık kullanılması beklenmektedir.
Küme bilişim büyük veri işlemede kullanılabilir. Üretilen veri miktarı katlanarak arttıkça, küme bilişim bu verileri daha verimli bir şekilde işlemek ve analiz etmek için kullanılabilir.
Benzer şekilde, yapay zeka ve makine öğrenimi gibi alanlar modelleri eğitmek ve verileri işlemek için büyük miktarda bilgi işlem gücü gerektirdiğinden, küme bilişim bu süreçleri hızlandırmak ve doğruluğu artırmak için kullanılabilir.
Grid bilişim, coğrafi olarak dağıtılmış kaynakları tek bir sistem olarak birlikte çalışmak üzere kullanır. Bu teknoloji sayesinde işletmeler kaynaklarını bir araya getirebilir ve geleneksel bilgisayar tekniklerini kullanarak tamamlanması zor veya imkansız olan karmaşık projeler üzerinde birlikte çalışabilir.
Örneğin, bir doğal afet durumunda grid bilişim, müdahale çabalarına yardımcı olmak için dünyanın dört bir yanından kaynakları hızla harekete geçirebilir. Bitcoin madencileri, ödül kazanma şanslarını artırmak için kendi bilgi işlem kaynaklarını dünya çapındaki diğer madencilerinkine bağlamak üzere grid bilgi işlemini kullanabilirler.
Tek başına çalışan madencilerin aksine bu, matematiksel problemleri daha hızlı ve etkili bir şekilde çözmek için işbirliği yapabilecek dağıtılmış bir işlem gücü ağı sağlar. Grid bilişimin, bulut bilişim geliştikçe bilimsel araştırma, veri işleme ve diğer büyük ölçekli bilgisayar uygulamaları için daha önemli hale geleceği tahmin edilmektedir.