ما المقصود بالحوسبة الموزّعة؟
الحوسبة الموزّعة هي طريقة لجعل أجهزة كمبيوتر متعددة تعمل معًا بهدف حل مشكلة شائعة. فهي تجعل شبكة الكمبيوتر تظهر كجهاز كمبيوتر فردي شديد الفعالية قادر على يوفر موارد واسعة النطاق للتعامل مع التحديات المعقدة.
على سبيل المثال، يمكن للحوسبة الموزّعة تشفير كميات كبيرة من البيانات؛ وحل المعادلات الفيزيائية والكيميائية ذات المتغيرات المتعددة؛ وتقديم رسوم متحركة عالية الجودة بمقاطع فيديو ثلاثية الأبعاد. الأنظمة الموزّعة والبرمجة الموزّعة والخوارزميات الموزّعة هي جميعها مصطلحات مختلفة تشير إلى الحوسبة الموزّعة.
ما مزايا الحوسبة الموزّعة؟
توفر الأنظمة الموزّعة العديد من المزايا مقارنة بحوسبة النظام الواحد. وفيما يلي بعض منها.
قابلية التوسع
يمكن أن تزيد الأنظمة الموزّعة مع عبء العمل والمتطلبات لديك. يمكنك إضافة عقد جديدة، أي المزيد من أجهزة الحوسبة، إلى شبكة الحوسبة الموزّعة عند الحاجة إليها.
التوافر
لن يتعطل نظام الحوسبة الموزّعة لديك إذا تعطل أحد أجهزة الكمبيوتر. يبين التصميم القدرة على التعامل مع الأعطال لأنه يمكن أن يستمر في العمل حتى إذا فشلت أجهزة الكمبيوتر الفردية.
الاتساق
تشارك أجهزة الكمبيوتر في نظام موّزع المعلومات وتكرر البيانات فيما بينها، لكن النظام يدير تلقائيًا اتساق البيانات في جميع أجهزة الكمبيوتر المختلفة. وبالتالي، يمكنك الاستفادة من القدرة على التعامل مع الأعطال بدون المساس باتساق البيانات.
الشفافية
توفر أنظمة الحوسبة الموزّعة فصلاً منطقيًا بين المستخدم والأجهزة المادية. يمكنك التفاعل مع النظام كما لو كان جهاز كمبيوتر واحد بدون القلق بشأن إعداد الأجهزة الفردية وتكوينها. يمكن أن تكون لديك أجهزة وبرنامج وسيط وبرمجيات وأنظمة تشغيل مختلفة تعمل معًا لجعل نظامك يعمل بسلاسة.
الكفاءة
توفر الأنظمة الموزّعة أداءً أسرع مع الاستخدام الأمثل للموارد للأجهزة الأساسية. نتيجةً لذلك، يمكنك إدارة أي عبء عمل بدون القلق بشأن فشل النظام بسبب ارتفاع الحجم أو قلة استخدام الأجهزة باهظة الثمن.
ما بعض حالات استخدام الحوسبة الموزّعة؟
الحوسبة الموزّعة موجودة في كل مكان في الوقت الحالي. تعد تطبيقات الهاتف الجوال وتطبيقات الويب أمثلةً على الحوسبة الموزّعة لأن العديد من الأجهزة تعمل معًا في الواجهة الخلفية للتطبيق لإمدادك بالمعلومات الصحيحة. ولكن عندما تتوسع الأنظمة الموزّعة، يمكنها التغلب على تحديات أكثر تعقيدًا. هيا نستكشف بعض الطرق التي تستخدم مختلف الصناعات بها التطبيقات الموزّعة عالية الأداء.
الرعاية الصحية وعلوم الحياة
الرعاية الصحية وعلوم الحياة تستخدم.الحوسبة الموزّعة لنمذجة بيانات علوم الحياة المعقدة ومحاكاتها. وقد صار تحليل الصور وبحوث الأدوية الطبية وتحليل البنية الجينية أسرع مع الأنظمة الموزّعة. فيما يلي بعض الأمثلة:
- تسريع عملية تصميم الدواء القائم على الهيكل من خلال التمثيل المرئي للنماذج الجزيئية في ثلاثة أبعاد.
- تقليل أوقات معالجة البيانات الجينومية للحصول على رؤى مبكرة عن السرطان والتليف الكيسي والزهايمر.
- تطوير أنظمة ذكية تساعد الأطباء في تشخيص المرضى عن طريق معالجة كم كبير من الصور المعقدة، مثل التصوير بالرنين المغناطيسي، والأشعة السينية، وفحوصات التصوير المقطعي المحوسب.
البحث الهندسي
يمكن للمهندسين محاكاة مفاهيم الفيزياء والميكانيكا المعقّدة على الأنظمة الموّزعة. يستخدمون هذا البحث لتحسين تصميم المنتج وبناء الهياكل المعقّدة وتصميم المركبات بشكل أسرع. إليك بعض الأمثلة:
- يدرس بحث ديناميكيات الموائع الحسابية سلوك الموائع ويطبق هذه المفاهيم في تصميم الطائرات وسباق السيارات.
- تتطلب الهندسة بمساعدة الكمبيوتر أدوات محاكاة حسابية مكثفة لاختبار هندسة المصانع الجديدة والإلكترونيات والسلع الاستهلاكية.
الخدمات المالية
تستخدم شركات الخدمات المالية أنظمة موزّعة لإجراء عمليات محاكاة اقتصادية عالية السرعة لتقييم مخاطر المحفظة الاستثمارية والتنبؤ بحركات السوق ودعم اتخاذ القرارات المالية. يمكنها إنشاء تطبيقات الويب التي تستخدم قوة الأنظمة الموزّعة للقيام بما يلي:
- تقديم أقساط منخفضة التكلفة ومخصصة
- استخدم قواعد البيانات الموزّعة لدعم حجم كبير جدًا من المعاملات المالية بشكل آمن.
- توثيق المستخدمين وحماية العملاء من الاحتيال
الطاقة والبيئة
تحتاج شركات الطاقة إلى تحليل أحجام كبيرة من البيانات لتحسين العمليات والانتقال إلى حلول مستدامة وصديقة للمناخ. تستخدم أنظمة موّزعة لتحليل تدفقات البيانات كبيرة الحجم من شبكة واسعة من أجهزة الاستشعار والأجهزة الذكية الأخرى. هذه بعض المهام التي قد يقومون بها:
- تدفق وتوحيد البيانات الزلزالية للتصميم الهيكلي لمحطات الطاقة
- مراقبة آبار النفط الآنية لإدارة المخاطر الاستباقية
ما أنواع هيكلة الحوسبة الموزّعة؟
في الحوسبة الموزّعة، يمكنك تصميم تطبيقات يمكن تشغيلها على عدة أجهزة كمبيوتر بدلاً من جهاز كمبيوتر واحد فقط. بإمكانك تحقيق هذا الأمر عن طريق تصميم البرمجيات على نحو يجعل أجهزة الكمبيوتر المختلفة تؤدي وظائف مختلفة وتتصل فيما بينها للتوصل إلى الحل النهائي. هناك أربعة أنواع رئيسة للهيكلة الموزّعة.
هيكلة العميل-الخادم
هيكلة العميل-الخادم هي الطريقة الأكثر شيوعًا لتنظيم البرمجيات على نظام موزَّع. وتقسَّم الوظائف إلى فئتين: الكمبيوتر العميل والكمبيوتر الخادم.
أجهزة الكمبيوتر العميلة
تتسم أجهزة الكمبيوتر العميلة بأن لديها معلومات محدودة وقوة عالجة محدودة. وبدلاً من ذلك، فهي تقدم الطلبات إلى الخوادم، التي تتولى إدارة معظم البيانات والموارد الأخرى. ويمكنك تقديم طلبات إلى الكمبيوتر العميل، والذي سيتولى بدورها الاتصال بالخادم بالنيابة عنك.
الخوادم
أجهزة الكمبيوتر الخادم تتولى المزامنة وإدارة الوصول إلى الموارد. وهي تستجيب لطلبات أجهزة الكمبيوتر العميلة من خلال تقديم البيانات أو معلومات الحالة. وعادةً ما يستطيع خادم واحد معالجة الطلبات الآتية من أجهزة عديدة.
الفوائد والتقييدات
توفر هيكلة العميل-الخادم فوائد الأمان وسهولة الإدارة المستمرة. ما عليك سوى التركيز على تأمين أجهزة الكمبيوتر الخادم. وبالمثل، فإن أي تغييرات تحدث في أنظمة قواعد البيانات تتطلب إدخال تغييرات على الخادم فقط.
والتقييدات التي تتسم بها هيكلة الخادم-العميل تتمثل في أن الخوادم يمكن أن تسبب اختناقات في الاتصال، خاصةً عندما تقدم العديد من الأجهزة طلبات في وقت واحد.
الهيكلة ثلاثية الطبقات
في الأنظمة الموزّعة ثلاثية الطبقات، تكون الأجهزة العميلة أيضًا هي أول طبقة تصل إليها. وعلى الجانب الآخر، فإن أجهزة الخادم تنقسم إلى فئتين:
خوادم التطبيقات
تؤدي خوادم التطبيقات دور طبقة الاتصال الوسطى. فهي تحتوي على منطق التطبيق أو الوظائف الأساسية التي تصمم النظام الموزع لأجلها.
خوادم قواعد البيانات
تؤدي خوادم قواعد البيانات دور الطبقة الثالثة لتخزين البيانات وإدارتها. وهي المسؤولة عن استرجاع البيانات واتساق البيانات.
ومن خلال تقسيم مسؤولية الخوادم، تعمل الأنظمة الموزّعة ثلاثية الطبقات على تقليل اختناقات الاتصال وتحسين أداء الحوسبة الموزّعة.
الهيكلة متعددة الطبقات
تتضمن النماذج متعددة الطبقات أنظمة عميل-خادم مختلفة تتصل ببعضها البعض لحل المشكلة نفسها. وتستخدم معظم الأنظمة الموزّعة الحديثة هيكلة متعددة الطبقات ذات تطبيقات مؤسسات مختلفة تعمل معًا كنظام واحد خلف الكواليس.
هيكلة نظير إلى نظير
تعمل الأنظمة الموزّعة التي ذات هيكلة نظير إلى نظير على تعيين مسؤوليات متساوية لجميع أجهزة الكمبيوتر المتصلة بالشبكة. وليس هناك فصل بين أجهزة الكمبيوتر العميلة وأجهزة الكمبيوتر الخادم، ويمكن لأي كمبيوتر أداء جميع المسؤوليات. أصبحت هيكلة نظير إلى نظير تحظى بشعبية في مجال مشاركة المحتوى، وبث الملفات، وشبكات Blockchain.
ما آلية عمل الحوسبة الموزّعة؟
تتمثل آلية عمل الحوسبة الموزّعة في قيام أجهزة الكمبيوتر بتمرير الرسائل لبعضها البعض داخل هيكلة الأنظمة الموزّعة. وتؤدي بروتوكولات أو قواعد الاتصال إلى صنع حالة من التبعية بين مكونات النظام الموزع. هذه التبعية المتبادلة تُسمى بالاقتران، وهناك نوعان رئيسان من الاقتران.
الاقتران الحُر
في الاقتران الحُر، تكون المكونات متصلة ببعضها بشكل ضعيف، بحيث إن التغييرات الحادثة في أحد المكونات لا تؤثر في المكونات الأخرى. على سبيل المثال، يمكن أن تقترن أجهزة الكمبيوتر الخادم وأجهزة الكمبيوتر العميلة اقترانًا حرًا بمرور الوقت. والرسائل القادمة من الكمبيوتر العميل تضاف إلى قائمة انتظار الكمبيوتر الخادم، ويمكن للكمبيوتر العميل الاستمرار في أداء وظائف أخرى إلى أن يستجيب الكمبيوتر الخادم لرسالته.
الربط المحكم
إن الأنظمة الموزّعة عالية الأداء غالبًا ما تستخدم الربط المحكم. وشبكات الاتصال المحلية السريعة عادةً ما توصّل العديد من أجهزة الكمبيوتر، ما يؤدي إلى إنشاء كتلة. وفي الحوسبة العنقودية، يُعيَّن كل كمبيوتر لأداء المهمة نفسها. وتتولى أنظمة التحكم المركزية، التي تُسمى بالبرامج الوسيطة التجميعية، التحكم في المهام وجدولتها، وتنسيق الاتصال بين أجهزة الكمبيوتر المختلفة.
ما المقصود بالحوسبة المتوازية؟
الحوسبة المتوازية هي نوع من أنواع الحوسبة يجري فيها كمبيوتر واحد أو عدة أجهزة كمبيوتر في شبكة ما العديد من العمليات الحسابية أو العمليات في وقت واحد. وبالرغم من أن مصطلحي الحوسبة المتوازية والحوسبة الموزّعة غالبًا ما يُستخدَمان بشكل متبادل، فهناك بعض الاختلافات.
الحوسبة المتوازية مقارنةً بالحوسبة الموزّعة
الحوسبة المتوازية هي شكل محكم الاقتران من أشكال الحوسبة الموزّعة. في المعالجة المتوازية، تتمتع جميع المعالجات بإمكانية الوصول إلى الذاكرة المشتركة لتبادل المعلومات فيما بينها. أما في المعالجة الموزّعة، يكون لكل معالج ذاكرة خاصة (ذاكرة موزعة). تستخدم المعالجات تمرير الرسائل من أجل تبادل المعلومات.
ما المقصود بالحوسبة الشبكية؟
في الحوسبة الشبكية، تعمل شبكات أجهزة الكمبيوتر الموزّعة جغرافيًا مع بعضها البعض لتنفيذ مهام مشتركة. من بين ميزات الشبكات الموزّعة أنه يمكنك تكوينها من موارد الحوسبة التي تنتمي إلى أفراد متعددين أو مؤسسات متعددة.
الحوسبة الشبكية مقارنةً بالحوسبة الموزّعة
الحوسبة الشبكية عبارة عن حوسبة موزعة عالية النطاق تشدد على الأداء والتنسيق بين عدة شبكات. داخليًا، تعمل كل شبكة كنظام حوسبة محكم الاقتران. لكن الشبكات الخارجية تكون مقترنة اقترانًا حرًا بشكل أكبر. تؤدي كل شبكة وظائف فردية وتوصّل النتائج إلى الشبكات الأخرى.
ما المقصود بالحوسبة عالية الأداء من AWS؟
مع الحوسبة عالية الأداء (HPC) من AWS، يمكنك تسريع الابتكار من خلال الشبكات السريعة والبنية التحتية للحوسبة الموزّعة شبه اللامحدودة. على سبيل المثال، يمكنك استخدام الخدمات التالية:
- الحوسبة السحابية المرنة (EC2) من Amazon لدعم أي عبء عمل تقريبًا من خلال سعة حوسبة آمنة قابلة لتغيير الحجم.
- AWS Batch لتوسيع نطاق مئات الآلاف من وظائف الحوسبة عبر خدمات الحوسبة لدى AWS.
- AWS ParallelCluster لإنشاء بيئات حوسبة عالية الأداء (HPC) ومجموعات حوسبة عالية الأداء بشكل سريع.
ابدأ استخدام الحوسبة الموزّعة على AWS من خلال إنشاء حساب مجاني اليوم.
الخطوات التالية في الحوسبة الموزعة من AWS
