Чем отличаются централизованные и распределенные вс кратко

Обновлено: 05.07.2024

Благодаря централизованные системам, мы смогли создать Интернет, но у них есть важные недостатки. Чем отличаются друг от друга 3 типа известных нам систем распределения информации и владения?

Споры о централизованных, децентрализованных и распределенных системах актуальны как для отдельных лиц, так и для организаций. Это затрагивает почти всех, кто пользуется Интернетом. Они лежат в основе развития и эволюции сетей, финансовых систем, компаний, приложений, веб-сервисов и многого другого.

Хотя все эти системы могут функционировать эффективно, некоторые из них по своей конструкции более стабильны и безопасны, чем другие. Системы могут быть очень маленькими, соединяя между собой всего несколько устройств и горстку пользователей. Или они могут быть огромными и охватывать страны и континенты. В любом случае они сталкиваются с одними и теми же проблемами: отказоустойчивость, затраты на обслуживание и масштабируемость.

Сам Интернет - самая большая сеть в мире. Настолько велика, что объединяет все эти различные системы в огромную цифровую экосистему. Но для большинства организаций и частных лиц использование всех этих систем нецелесообразно. Им нужно выбирать. И вам, возможно, тоже придется выбирать.

Но у этой системы есть важное ограничение. Если сервер выходит из строя, система перестает работать должным образом, и пользователи не могут получить доступ к данным. Поскольку централизованной системе необходим центральный владелец, для подключения всех других пользователей и устройств, доступность сети зависит от этого владельца. Добавьте к этому очевидные проблемы безопасности, которые возникают, когда один владелец хранит пользовательские данные. Не сложно понять, почему централизованные системы больше не являются предпочтительным выбором для многих организаций.

Простое развертывание
Быстрая разработка
Доступность в обслуживании
Практично, когда данные нужно контролировать централизованно

Склонен к неудачам
Повышенные риски безопасности и конфиденциальности для пользователей
Более длительное время доступа к данным для пользователей, находящихся далеко от сервера

Как следует из названия, у децентрализованных систем нет единого центрального владельца. Вместо этого они используют нескольких центральных владельцев, каждый из которых обычно хранит копию ресурсов, к которым пользователи могут получить доступ.

Децентрализованная система может быть так же уязвима к сбоям, как и централизованная. Однако по своей конструкции система более устойчива к неисправностям. Это связано с тем, что при выходе из строя одного, нескольких центральных владельцев или серверов, другие продолжают работать и предоставляют пользователям доступ к данным.

Ресурсы остаются активными, если хотя бы один из центральных серверов продолжает работать. Обычно это означает, что владельцы системы могут ремонтировать неисправные серверы и решать любые другие проблемы, в то время как сама система продолжает работать в обычном режиме.

Сбои сервера в децентрализованной системе могут повлиять на производительность и ограничить доступ к некоторым данным. Но с точки зрения общего времени, безотказной работы эта система значительно лучше централизованной.

Еще одним преимуществом этой конструкции является то, что время доступа к данным часто меньше. Это потому, что владельцы могут создавать узлы в разных регионах или областях, где активность пользователей высока.

Однако децентрализованные системы по-прежнему подвержены тем же рискам безопасности и конфиденциальности для пользователей, что и централизованные системы. И хотя их отказоустойчивость выше, за это приходится платить. Поддержание децентрализованной системы обычно дороже.

Меньше вероятность отказа, чем в централизованной системе
Лучшая производительность
Позволяет создать более разнообразную и гибкую систему

Риски безопасности и конфиденциальности для пользователей
Более высокие затраты на обслуживание
Непостоянная производительность при неправильной оптимизации

Распределенная система похожа на децентрализованную в том, что у нее нет единого центрального владельца. Но если пойти дальше, то централизация исключается. В распределенной системе пользователи имеют равный доступ к данным, хотя при необходимости могут быть включены права пользователя. Лучшим примером обширной распределенной системы является сам Интернет.

Распределенная система позволяет пользователям делить владение данными. Аппаратные и программные ресурсы также распределяются между пользователями, что в некоторых случаях может улучшить производительность системы. Распределенная система защищена от независимого отказа компонентов, что может значительно улучшить ее время безотказной работы.

Распределенные системы развивались в результате ограничений других систем. В связи с растущими проблемами безопасности, хранения данных и конфиденциальности, а также постоянной потребностью в повышении производительности, распределенные системы становятся естественным выбором для многих организаций.

Поэтому неудивительно, что технологии, использующие распределенную систему, в первую очередь блокчейн, меняют многие отрасли.

Централизованные системы .

1) Цен трализованная система может состоять из различных
частей (ком частей (компонентов). Однако эти части, как и классы в объектно-ориентированной
программе, не являются автономными; в любой момент времени система обладает над
ними полным контролем. Части системы вступают в работу в момент ее запуска, и
если система отключается или удаляется, то все ее части также будут отключены
или удалены.

2) Централизованные системы зачастую бывают довольно однородными.
При их конструировании используются, как правило, одна и та же технология.
Очень часто для разработки всех компонентов используется один и тот же язык
программирования и компилятор. Компилятор генерирует машинный од одного типа, и
во всех компонентах используется одинаковое представление данных. Затем
компоненты статически или динамически загружаются одним и тем же загрузчиком
или компоновщиком. Эффективное взаимодействие частей системы может быть
организовано с помощью примитивов языка программирования, таких как вызовы
процедур или методов.

3) Некоторые централизованные системы являются
многопользовательскими. Хорошим примером служат приложения баз данных. База
данных, ее формы и отчеты представляют собой разделяемые ресурсы. Все
пользователи совместно используют одну и ту е систему, и временами она может
испытывать перегрузку.

4) Централизованная система может быть построена так, что
в ней будет выполняться единственный процесс. Ее можно сконструировать
доже как однопоточную, и проектировщики могут строить централизованные
системы, которые не являются одновременно выполняемыми программами.

5) В централизованной системе есть только одна точка
управления ( point of control )

Распределенные системы .

1) Распределенным системам присуща более высокая степень
модульности. Они содержат множество компонентов, которые также могут быть
разбиты на части. Эти компоненты являются автономными, в любой момент
времени они имеют полный контроль над своими частями. При этом не существует
главного компонента, который бы управлял всеми остальными компонентами
распределенной системы, чтобы распределенная система выглядела как
интегрированное вычислительное средство, для компонентов должны быть определены
интерфейсы, при помощи которых они могли бы взаимодействовать друг с другом.

3) Распределенная система может содержать компоненты,
используемые только одним пользователем (они также известны как неразделяемые),
т.е. могут использоваться в монопольном режиме. Фактически, это одно из
основных достоинств распределенных систем. Если компонент перегружен слишком
большим количеством пользователей или заявок от других компонентов, то в
распределенную систему можно добавить другой компонент, способный предоставлять
те же услуги. И разделить между ними нагрузку. Кроме того, компоненты могут
размещаться так, чтобы они были локальными для пользователей и других
компонентов, с которыми взаимодействуют. Эта локальность поддерживает общую
производительность распределенной системы, поскольку локальные связи в общем
случае более эффективны, чем связи между удаленными друг от друга компонентами.

4) Вследствие автономности компонентов в распределенных
системах компоненты работают одновременно. В общем случае число
процессов в системе равно количеству компонентов. Кроме того, компоненты часто
являются многопоточными; при каждом запуске они могут создавать новый
поток, обслуживающий пользователя или дугой компонент. Таким образом, занятый
обслуживанием компонент не блокируется и доступен для следующих заявок. В
дополнение к этому процессы распределенной системы обычно выполняются не на
одном процессоре. Следовательно, взаимодействие процессов включает связь по
сети с другими машинами.

5) В отличие от централизованных систем распределенные
системы имеют более одной точки отказа. Система может выйти из строя из-за
отказа какого-либо компонента. Она может отказать при неисправности сети, а
также когда нагрузка на компонент столь высока, что она не может откликаться в
приемлемом временном интервале. Следовательно, в распределенной системе
возможны такие ситуации, когда одни ее части полностью работоспособны, тога как
другие части, зависящие от недоступных в данный момент компонентов, не могут
нормально функционировать.

Централизованные системы

Простое развертывание
Быстрая разработка
Доступность в обслуживании
Практично, когда данные нужно контролировать централизованно

Склонен к неудачам
Повышенные риски безопасности и конфиденциальности для пользователей
Более длительное время доступа к данным для пользователей, находящихся далеко от сервера

Децентрализованные системы

Меньше вероятность отказа, чем в централизованной системе
Лучшая производительность
Позволяет создать более разнообразную и гибкую систему

Риски безопасности и конфиденциальности для пользователей
Более высокие затраты на обслуживание
Непостоянная производительность при неправильной оптимизации

Распределенная система

Отказоустойчивой
Прозрачный и безопасный
Способствует совместному использованию ресурсов
Чрезвычайно масштабируемый

Сложнее развернуть
Более высокие затраты на обслуживание

Сравнение централизованных, децентрализованных и распределенных систем

Теперь, когда вы лучше понимаете каждую систему, давайте посмотрим, как эти системы сравниваются друг с другом. Следующее прямое сравнение сосредоточено на таких ключевых моментах, как отказоустойчивость, обслуживание, масштабируемость, разработка и развитие. Для каждого из них мы используем простые рейтинги, такие как низкий, средний и высокий.

Низкий: централизованные системы
Умеренный: децентрализованные системы
Высокий: распределенные системы

Низкий: централизованные системы
Умеренный: децентрализованные системы
Высокий: распределенные системы

Низкий: централизованные системы
Умеренный: децентрализованные системы
Высокий: распределенные системы

Умеренный: децентрализованные системы, распределенные системы
Высокая: централизованные системы

Низкий: централизованные системы
Высокий: децентрализованные системы, распределенные системы.

Резюме

Как видите, у каждой системы есть свои преимущества и недостатки. Централизованные системы помогли разрастаться первым сетям и были единственным способом до того, как начали появляться децентрализованные системы.

Менее подверженные сбоям и предлагающие более быстрое время доступа, децентрализованные системы значительно улучшили старые системы. Они по-прежнему широко используются сегодня, особенно с тех пор, как с годами стали более доступными.

Однако только распределенные системы, эффективно перераспределяют ресурсы и права по всей сети. Таким образом, они не только чрезвычайно устойчивы к сбоям, но и более прозрачны, чем другие системы. Поскольку внедрение распределенных систем снижает затраты на их развертывание и обслуживание, эти системы, вероятно, станут вдохновляющим выбором в ближайшие годы.

В связи с кризисом классической структуры ЭВМ дальнейшее поступательное развитие вычислительной техники напрямую связано с переходом к параллельным вычислениям, с идеями построения многопроцессорных систем и сетей, объединяющих большое количество отдельных процессоров и (или) ЭВМ. Здесь появляются огромные возможности совершенствования средств вычислительной техники. Но следует отметить, что при несомненных практических достижениях в области параллельных вычислений, до настоящего времени отсутствует их единая теоретическая база.

Термин вычислительная система появился в начале - середине 60-х гг. при появлении ЭВМ III поколения. Это время знаменовалось переходом на новую элементную базу - интегральные схемы. Следствием этого явилось появление новых технических решений: разделение процессов обработки информации и ее ввода-вывода, множественный доступ и коллективное использование вычислительных ресурсов в пространстве и во времени. Появились сложные режимы работы ЭВМ - многопользовательская и многопрограммная обработка.

Под вычислительной системой (ВС) понимают совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенную для сбора, хранения, обработки и распределения информации.

Отличительной особенностью ВС по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку. Создание ВС преследует следующие основные цели: повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных, повышение надежности и достоверности вычислений, предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг и т.д.

Параллелизм в вычислениях в значительной степени усложняет управление вычислительным процессом, использование технических и программных ресурсов. Эти функции выполняет операционная система ВС.

Классификация вычислительных систем

Существует большое количество признаков, по которым классифицируют вычислительные системы.

универсальные
специализированные.

многомашинные
многопроцессорные

процессоров;
оперативной памяти;
каналов связи.

Взаимодействие на уровне оперативной памяти (ОП) сводится к программной реализации общего поля оперативной памяти, что несколько проще, но также требует существенной модификации ОС. Под общим полем имеется в виду равнодоступность модулей памяти: все модули памяти доступны всем процессорам и каналам связи.

На уровне каналов связи взаимодействие организуется наиболее просто и может быть достигнуто внешними по отношению к ОС программами-драйверами, обеспечивающими доступ от каналов связи одной машины к внешним устройствам других (формируется общее поле внешней памяти и общий доступ к устройствам ввода-вывода).

Все вышесказанное иллюстрируется схемой взаимодействия компьютеров в двухмашинной ВС, представленной на рис. 1.

Рис. 1. Схема взаимодействия компьютеров в двухмашинной ВС

Ввиду сложности организации информационного взаимодействия на 1-м и 2-м уровнях в большинстве многомашинных ВС используется 3-й уровень, хотя и динамические характеристики (в первую очередь быстродействие), и показатели надежности таких систем существенно ниже.

Многопроцессорные системы (МПС) содержат несколько процессоров, информационно взаимодействующих между собой либо на уровне регистров процессорной памяти, либо на уровне ОП. Этот тип взаимодействия используется в большинстве случаев, ибо организуется значительно проще и сводится к созданию общего поля оперативной памяти для всех процессоров. Общий доступ к внешней памяти и устройствам ввода-вывода обеспечивается обычно через каналы ОП. Важным является и то, что многопроцессорная вычислительная система работает под управлением единой ОС, общей для всех процессоров. Это существенно улучшает динамические характеристики ВС, но требует наличия специальной, весьма сложной ОС.

Однако МПС имеют и существенные недостатки. Они, в первую очередь, связаны с использованием ресурсов общей оперативной памяти. При большом количестве объединяемых процессоров возможно возникновение конфликтных ситуаций, в которых несколько процессоров обращаются с операциями типа ”чтение” и ”запись” к одним и тем же ячейкам памяти. Помимо процессоров к ОП подключаются все процессоры ввода-вывода, средства измерения времени и т.д. Поэтому вторым серьезным недостатком МПС является проблема коммутации и доступа абонентов к ОП. Процедуры взаимодействия очень сильно усложняют структуру ОС МПС. Опыт построения подобных систем показал, что они эффективны при небольшом числе объединяемых процессоров (от 2 до 10). Схема взаимодействия процессоров в ВС показана на схеме рис. 2. Типичным примером массовых многомашинных ВС могут служить компьютерные сети, примером многопроцессорных ВС — суперкомпьютеры.

Рис. 2. Схема взаимодействия процессоров в ВС

однородные системы
неоднородные системы.

Неоднородная ВС включает в свой состав различные типы компьютеров или процессоров. При построении системы приходится учитывать их различные технические и функциональные характеристики, что существенно усложняет создание и обслуживание неоднородных систем.

централизованные
децентрализованные
со смешанным управлением.

В децентрализованных системах функции управления распределены между ее элементами. Каждая ЭВМ (процессор) системы сохраняет известную автономию, а необходимое взаимодействие между элементами устанавливается по специальным наборам сигналов. С развитием ВС и, в частности, сетей ЭВМ, интерес к децентрализованным системам постоянно растет.

В системах со смешанным управлением совмещаются процедуры централизованного и децентрализованного управления. Перераспределение функций осуществляется в ходе вычислительного процесса, исходя из сложившейся ситуации.

По принципу закрепления вычислительных функций за отдельными ЭВМ (процессорами) различают системы с жестким и плавающим закреплением функций. В зависимости от типа ВС следует решать задачи статического или динамического размещения программных модулей и массивов данных, обеспечивая необходимую гибкость системы и надежность ее функционирования.

территориально-сосредоточенные –это когда все компоненты располагаются в непосредственной близости друг от друга;
распределенные –это когда компоненты могут располагаться на значительном расстоянии, например, вычислительные сети;
структурно-одноуровневые –это когда имеется лишь один общий уровень обработки данных;
многоуровневые(иерархические) структуры –это когда в иерархических ВС машины или процессоры распределены по разным уровням обработки информации, некоторые машины (процессоры) могут специализироваться на выполнении определенных функций.

На рис. 3 представлена принципиальная схема классификации вычислительных систем.

Рис. 3. Принципиальная схема классификации вычислительных систем.

Суперкомпьютеры и особенности их архитектуры

К суперкомпьютерам относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов — десятки миллиардов операций в секунду. Создать такие высокопроизводительные компьютеры на одном микропроцессоре (МП) не представляется возможным ввиду ограничения, обусловленного конечным значением скорости распространения электромагнитных волн (300 000 км/с), т.к. время распространения сигнала на расстояние несколько миллиметров (линейный размер стороны МП) при быстродействии 100 млрд операций/с становится соизмеримым со временем выполнения одной операции. Поэтому суперкомпьютеры создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС).

Магистральные (конвейерные) МПВС, у которых процессор одновременно выполняет разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных. По принятой классификации такие МПВС относятся к системам с многократным потоком команд и однократным потоком данных (МКОД или MISD — Multiple Instruction Single Data).
Векторные МПВС, у которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными — однократный поток команд с многократным потоком данных (ОКМД или SIMD — Single Instruction Multiple Data).
Матричные МПВС, у которых микропроцессор одновременно выполняет разные операции над последовательными потоками обрабатываемых данных —многократный поток команд с многократным потоком данных (МКМД или MIMD — Multiple Instruction Multiple Data).

структура MIMD в классическом ее варианте;
параллельно-конвейерная модификация, иначе MMISD, то есть многопроцессорная (Multiple) MISD-архитектура;
параллельно-векторная модификация, иначе MSIMD, то есть многопроцессорная SIMD-архитектура.

Рис. 3. Условные структуры однопроцессорной (SISD) и названных многопроцессорных ВС

Кластерные суперкомпьютеры и особенности их архитектуры

Существует технология построения больших компьютеров и суперкомпьютеров на базе кластерных решений. По мнению многих специалистов, на смену отдельным, независимым суперкомпьютерам должны прийти группы высокопроизводительных серверов, объединяемых в кластер.

Кластер - это связанный набор полноценных компьютеров, используемый в качестве единого вычислительного ресурса.

Удобство построения кластерных ВС заключается в том, что можно гибко регулировать необходимую производительность системы, подключая к кластеру с помощью специальных аппаратных и программных интерфейсов обычные серийные серверы до тех пор, пока не будет получен суперкомпьютер требуемой мощности. Кластеризация позволяет манипулировать группой серверов как одной системой, упрощая управление и повышая надежность.

Важной особенностью кластеров является обеспечение доступа любого сервера к любому блоку как оперативной, так и дисковой памяти. Эта проблема успешно решается, например, объединением систем SMP-архитектуры на базе автономных серверов для организации общего поля оперативной памяти и использованием дисковых систем RAID для памяти внешней (SMP — Shared Memory multiprocessing, технология мультипроцессирования с разделением памяти).

Для создания кластеров обычно используются либо простые однопроцессорные персональные компьютеры, либо двух- или четырех- процессорные SMP-серверы. При этом не накладывается никаких ограничений на состав и архитектуру узлов. Каждый из узлов может функционировать под управлением своей собственной операционной системы. Чаще всего используются стандартные ОС: Linux, FreeBSD, Solaris, Unix, Windows NT. В тех случаях, когда узлы кластера неоднородны, то говорят о гетерогенных кластерах.

Первый подход применяется при создании небольших кластерных систем. В кластер объединяются полнофункциональные компьютеры, которые продолжают работать и как самостоятельные единицы, например, компьютеры учебного класса или рабочие станции лаборатории.
Второй подход применяется в тех случаях, когда целенаправленно создается мощный вычислительный ресурс. Тогда системные блоки компьютеров компактно размещаются в специальных стойках, а для управления системой и для запуска задач выделяется один или несколько полнофункциональных компьютеров, называемых хост-компьютерами. В этом случае нет необходимости снабжать компьютеры вычислительных узлов графическими картами, мониторами, дисковыми накопителями и другим периферийным оборудованием, что значительно удешевляет стоимость системы.

высокая суммарная производительность;
высокая надежность работы системы;
наилучшее соотношение производительность/стоимость;
возможность динамического перераспределения нагрузок между серверами;
легкая масштабируемость, то есть наращивание вычислительной мощности путем подключения дополнительных серверов;
удобство управления и контроля работы системы.

задержки разработки и принятия общих стандартов;
большая доля нестандартных и закрытых разработок различных фирм, затрудняющих их совместное использование;
трудности управления одновременным доступом к файлам;
сложности с управлением конфигурацией, настройкой, развертыванием, оповещениями серверов о сбоях и т.п.

память: T2-P: PC1600/PC2100/PC2700/PC3200, до 2Гб, 2 DIMM слота
память: T2-R: PC1600/PC2100/PC2700, до 2Гб, 2 DIMM слота;
материнская плата: P4P8T, Intel 865G / ICH 5, 800/533/400МГц FSB
материнская плата: P4R8T, ATI RS300/IXP200, 800/533/400MГц FSB;
видео: интегрированная 64Mб
ATI Radeon 9100, DVI, 64Mб;
слоты: одинаковы для обеих систем: PCI, AGP 8x;
сеть: 10/100Mбит/с, Wireless 802.11b WiFi
сеть: 10/100Мбит/с;
аудио: 6-канальный AC97 S/PDIF выход кнопки Audio DJ, Audio CD, FM radio studio
аудио: 6-канальный AC97 S/PDIF выход;
карты памяти: Compact Flash Type I/II, Microdrive, Memory Stick, Memory Stick Pro, Secure Digital, MultiMedia Card, Smart Media Card
карты памяти: нет;
отсеки для приводов: 3.5 FDD, 3.5 HDD, 5.25 ODD
отсеки для приводов: 3.5 FDD, 3.5 HDD, 5.25 ODD;
выходы на задней панели: 4xUSB 2.0, PS/2 клавиатура, PS/2 мышь, VGA (D-SUB), Game / MIDI, RJ-45 LAN (10/100 Мбит/с), Line-in/out, выход динамиков, FM антенна, антенна адаптера 802.11b, GIGA LAN, ТВ-тюнер
выходы на задней панели: 2xUSB 2.0, PS/2 клавиатура, PS/2 мышь, VGA (D-SUB), Game / MIDI, RJ-45 LAN(10/100 Мбит/с), Line-in/out, выход наушников, FM антенна

Blue Gene будет установлен в Ливерморскую национальную лабораторию им. Лоуренса. Основные его задачи - моделирование погодных условий и изучение космического пространства.

Blue Gene будет состоять из 130 тысяч процессоров, и его производительность будет составлять 360 терафлопс.

Чипы IBM используются в системе, неформально называемой Big Mac. PowerPC 970 состоит из 1100 двухпроцессорных компьютеров Apple G5, занимая в общем списке третью строчку, с производительностью в 10,3 триллионов операций в секунду.

Процессоры Opteron используются в 2816-процессорном кластере, и его производительность составляет 8 триллионов операций в секунду.

Интересен факт, что общая производительность 500 лучших систем растет экспоненциально, увеличиваясь в десять раз примерно каждые четыре года. Порог в 1000 терафлопов (триллионов операций в секунду) планируется достигнуть к 2005 году.

Самые прочные позиции в списке у HP или IBM: соотношение числа систем - 165 против 159 в пользу HP

Читайте также: