Điện toán phân tán là gì?
Điện toán phân tán là phương pháp giúp nhiều máy tính làm việc cùng nhau để giải quyết một vấn đề chung. Phương pháp này biến mạng máy tính thành một máy tính đơn lẻ mạnh mẽ, có khả năng cung cấp tài nguyên quy mô lớn để giải quyết những thách thức phức tạp.
Ví dụ: điện toán phân tán có thể mã hóa khối lượng lớn dữ liệu, giải các phương trình vật lý, hóa học có nhiều biến và kết xuất hoạt ảnh video ba chiều, chất lượng cao. Điện toán phân tán còn được đề cập đến bằng một số thuật ngữ khác như hệ thống phân tán, lập trình phân tán và thuật toán phân tán.
Điện toán phân tán có ưu điểm gì?
Hệ thống phân tán mang lại nhiều ưu điểm hơn so với điện toán hệ thống đơn lẻ. Sau đây là một số ưu điểm.
Khả năng điều chỉnh quy mô
Hệ thống phân tán có thể phát triển theo khối lượng công việc và yêu cầu của bạn. Bạn có thể thêm các nút mới, tức là nhiều thiết bị điện toán hơn, vào mạng điện toán phân tán khi cần.
Mức độ sẵn sàng
Hệ thống điện toán phân tán sẽ không bị sập nếu một trong các máy tính gặp sự cố. Thiết kế có khả năng chịu lỗi cao vì hệ thống có thể tiếp tục hoạt động ngay cả khi các máy tính riêng lẻ bị lỗi.
Tính nhất quán
Các máy tính trong hệ thống phân tán chia sẻ thông tin và sao chép dữ liệu với nhau, nhưng hệ thống sẽ tự động quản lý tính nhất quán của dữ liệu trên tất cả các máy tính khác nhau. Do đó, bạn nhận được lợi ích của khả năng chịu lỗi cao mà không ảnh hưởng đến tính nhất quán của dữ liệu.
Tính minh bạch
Hệ thống điện toán phân tán mang đến khả năng phân tách logic giữa người dùng và các thiết bị vật lý. Bạn có thể tương tác với hệ thống như thể đó là một máy tính đơn lẻ mà không cần lo lắng về thiết lập và cấu hình từng máy riêng lẻ. Bạn có thể có phần cứng, phần mềm trung gian, phần mềm và hệ điều hành khác nhau phối hợp cùng nhau để hệ thống của bạn hoạt động mượt mà.
Độ hiệu quả
Hệ thống phân tán cung cấp hiệu suất nhanh hơn với mức sử dụng tài nguyên tối ưu của phần cứng cơ sở. Do đó, bạn có thể quản lý mọi khối lượng công việc mà không phải lo lắng về sự cố hệ thống do tăng đột biến dung lượng hoặc không tận dụng hết phần cứng đắt tiền.
Điện toán phân tán có một số trường hợp sử dụng nào?
Ngày nay, điện toán phân tán có ở khắp mọi nơi. Ứng dụng web và di động là những ví dụ về điện toán phân tán vì một số máy phối hợp cùng nhau trong backend để ứng dụng cung cấp cho bạn thông tin chính xác. Tuy nhiên, khi hệ thống phân tán tăng quy mô theo tài nguyên, chúng có thể giải quyết những thách thức phức tạp hơn. Hãy cùng chúng tôi khám phá xem các ngành khác nhau sử dụng các ứng dụng phân tán có hiệu suất cao như thế nào.
Chăm sóc sức khỏe và khoa học đời sống
Chăm sóc sức khỏe và khoa học đời sống sử dụng điện toán phân tán để lập mô hình và mô phỏng dữ liệu khoa học đời sống phức tạp. Phân tích hình ảnh, nghiên cứu thuốc y tế và phân tích cấu trúc gen đều trở nên nhanh hơn với hệ thống phân tán. Sau đây là một số ví dụ:
- Tăng tốc độ thiết kế thuốc dựa trên cấu trúc bằng cách hiển thị các mô hình phân tử theo không gian ba chiều.
- Giảm thời gian xử lý dữ liệu bộ gen để có thông tin chuyên sâu sớm về ung thư, xơ nang và bệnh Alzheimer.
- Phát triển các hệ thống thông minh giúp bác sĩ chẩn đoán bệnh nhân bằng cách xử lý một lượng lớn hình ảnh phức tạp như MRI, X-quang và chụp CT.
Nghiên cứu kỹ thuật
Các kỹ sư có thể mô phỏng các khái niệm vật lý và cơ học phức tạp trên hệ thống phân tán. Họ sử dụng nghiên cứu này để cải tiến thiết kế sản phẩm, xây dựng các cấu trúc phức tạp và thiết kế phương tiện nhanh hơn. Dưới đây là một số ví dụ:
- Nghiên cứu Điện toán động lực học chất lưu nghiên cứu hành vi của chất lỏng và thực hiện các khái niệm đó trong thiết kế máy bay và đua xe.
- Kỹ thuật có máy tính hỗ trợ yêu cầu các công cụ mô phỏng thiên về điện toán để kiểm tra kỹ thuật nhà máy, điện tử và hàng tiêu dùng mới.
Dịch vụ tài chính
Các công ty Dịch vụ tài chính sử dụng hệ thống phân tán để thực hiện các mô phỏng kinh tế tốc độ cao nhằm đánh giá rủi ro danh mục đầu tư, dự đoán động thái của thị trường và hỗ trợ ra quyết định tài chính. Họ có thể tạo các ứng dụng web sử dụng thế mạnh của hệ thống phân tán để thực hiện những việc sau:
- Cung cấp phí bảo hiểm tùy chỉnh theo cá nhân, chi phí thấp
- Sử dụng cơ sở dữ liệu phân tán để hỗ trợ một cách bảo mật khối lượng rất lớn các giao dịch tài chính.
- Xác thực người dùng và bảo vệ khách hàng khỏi gian lận
Năng lượng và môi trường
Các công ty năng lượng cần phân tích khối lượng lớn dữ liệu để cải thiện hoạt động đồng thời chuyển đổi sang các giải pháp bền vững và thân thiện với khí hậu. Họ sử dụng hệ thống phân tán để phân tích luồng dữ liệu khối lượng lớn từ một mạng cảm biến lớn và các thiết bị thông minh khác. Đây là một số tác vụ họ có thể làm:
- Truyền và hợp nhất dữ liệu địa chấn cho thiết kế cấu trúc của các nhà máy điện
- Giám sát giếng dầu theo thời gian thực để chủ động quản lý rủi ro
Có các loại kiến trúc điện toán phân tán nào?
Trong máy tính phân tán, bạn thiết kế các ứng dụng có thể chạy trên nhiều máy tính thay vì chỉ chạy trên một máy tính. Bạn đạt được điều này bằng cách thiết kế phần mềm để các máy tính khác nhau thực hiện các chức năng khác nhau và giao tiếp để phát triển giải pháp cuối cùng. Có bốn kiểu kiến trúc phân tán chính.
Kiến trúc khách - chủ
Khách - chủ là phương pháp tổ chức phần mềm phổ biến nhất trên hệ thống phân tán. Các chức năng được chia thành hai hạng mục: máy khách và máy chủ.
Client (Khách hàng/Máy khách)
Máy khách có thông tin và khả năng xử lý hạn chế. Thay vào đó, máy khách đưa ra các yêu cầu tới máy chủ, nơi quản lý hầu hết dữ liệu và các tài nguyên khác. Bạn có thể đưa ra các yêu cầu đối với máy khách và nó sẽ giao tiếp với máy chủ thay cho bạn.
Máy chủ
Máy chủ đồng bộ hóa và quản lý quyền truy cập vào tài nguyên. Máy chủ phản hồi các yêu cầu của máy khách với dữ liệu hoặc thông tin trạng thái. Thông thường, một máy chủ có thể xử lý các yêu cầu từ nhiều máy.
Lợi ích và hạn chế
Kiến trúc khách - chủ mang lại lợi ích về bảo mật và dễ dàng quản lý liên tục. Bạn chỉ phải tập trung vào bảo mật các máy chủ. Tương tự, bất kỳ thay đổi nào đối với hệ thống cơ sở dữ liệu chỉ yêu cầu thay đổi đối với máy chủ.
Hạn chế của kiến trúc khách-chủ là máy chủ có thể gây ra tắc nghẽn giao tiếp, đặc biệt là khi nhiều máy đồng thời đưa ra yêu cầu.
Kiến trúc ba bậc
Trong hệ thống phân tán ba bậc, máy khách vẫn là bậc đầu tiên mà bạn truy cập. Mặt khác, máy chủ được chia thành hai hạng mục:
Máy chủ ứng dụng
Máy chủ ứng dụng là bậc trung gian để giao tiếp. Chúng chứa logic ứng dụng hoặc các chức năng cốt lõi mà bạn thiết kế cho hệ thống phân tán.
Máy chủ cơ sở dữ liệu
Máy chủ cơ sở dữ liệu là bậc ba để lưu trữ và quản lý dữ liệu. Chúng chịu trách nhiệm về truy xuất dữ liệu và tính nhất quán của dữ liệu.
Bằng cách phân chia trách nhiệm máy chủ, hệ thống phân tán ba bậc giảm tắc nghẽn giao tiếp và cải thiện hiệu suất điện toán phân tán.
Kiến trúc N bậc
Mô hình N bậc bao gồm một số hệ thống khách-chủ khác nhau giao tiếp với nhau để giải quyết cùng một vấn đề. Hầu hết các hệ thống phân tán hiện đại sử dụng kiến trúc n bậc với các ứng dụng doanh nghiệp khác nhau hoạt động cùng nhau như một hệ thống đằng sau đó.
Kiến trúc ngang hàng
Hệ thống phân tán ngang hàng phân công trách nhiệm ngang nhau cho tất cả các máy tính nối mạng. Không có sự phân tách giữa máy khách và máy chủ, và bất kỳ máy tính nào cũng có thể thực hiện mọi trách nhiệm. Kiến trúc ngang hàng đã trở nên phổ biến để chia sẻ nội dung, truyền tệp và mạng blockchain.
Điện toán phân tán hoạt động như thế nào?
Điện toán phân tán hoạt động bằng cách các máy tính truyền thông báo cho nhau trong kiến trúc hệ thống phân tán. Các giao thức hoặc quy tắc giao tiếp tạo ra sự phụ thuộc giữa các thành phần của hệ thống phân tán. Sự phụ thuộc lẫn nhau này được gọi là liên kết, và có hai loại liên kết chính.
Liên kết ít phụ thuộc
Trong liên kết ít phụ thuộc, các thành phần được kết nối yếu để các thay đổi đối với thành phần này không ảnh hưởng đến thành phần kia. Ví dụ: máy khách và máy chủ có thể liên kết ít phụ thuộc theo thời gian. Thông báo từ máy khách được thêm vào hàng đợi máy chủ và máy khách có thể tiếp tục thực hiện các chức năng khác cho đến khi máy chủ phản hồi thông báo.
Liên kết phụ thuộc
Các hệ thống phân tán hiệu năng cao thường sử dụng liên kết phụ thuộc. Mạng cục bộ nhanh thường kết nối nhiều máy tính, tạo ra một cụm. Trong điện toán cụm, mỗi máy tính được thiết lập để thực hiện cùng một tác vụ. Hệ thống kiểm soát trung tâm, được gọi là phần mềm trung gian phân cụm, kiểm soát và lên lịch các tác vụ cũng như điều phối giao tiếp giữa các máy tính khác nhau.
Điện toán song song là gì?
Điện toán song song là loại điện toán trong đó một máy tính hoặc nhiều máy tính trong một mạng thực hiện đồng thời nhiều phép tính hoặc quy trình. Mặc dù thuật ngữ điện toán song song và điện toán phân tán thường được sử dụng thay thế cho nhau, chúng có một số khác biệt.
Điện toán song song so với điện toán phân tán
Điện toán song song là một dạng điện toán phân tán đặc biệt liên kết phụ thuộc. Trong xử lý song song, tất cả các bộ xử lý đều có quyền truy cập vào bộ nhớ chung để trao đổi thông tin với nhau. Tuy nhiên, trong xử lý phân tán, mỗi bộ xử lý có bộ nhớ riêng (bộ nhớ phân tán). Bộ xử lý sử dụng phương thức truyền thông báo để trao đổi thông tin.
Điện toán lưới là gì?
Trong điện toán lưới, các mạng máy tính phân tán theo vị trí địa lý phối hợp cùng nhau để thực hiện các tác vụ chung. Một đặc điểm của lưới phân tán là bạn có thể hình thành chúng từ các tài nguyên điện toán thuộc về nhiều cá nhân hoặc tổ chức.
Điện toán lưới so với điện toán phân tán
Điện toán lưới là điện toán phân tán mở rộng quy mô cao nhấn mạnh hiệu suất và sự phối hợp giữa một số mạng. Bên trong, mỗi lưới hoạt động giống như một hệ thống điện toán liên kết phụ thuộc. Tuy nhiên, bên ngoài, các lưới được liên kết ít phụ thuộc. Mỗi mạng lưới thực hiện các chức năng riêng lẻ và truyền kết quả đến các lưới khác.
Điện toán hiệu năng cao AWS là gì?
Với Điện toán hiệu năng cao của AWS (HPC), bạn có thể tăng tốc độ đổi mới với kết nối mạng nhanh và cơ sở hạ tầng điện toán phân tán gần như không giới hạn. Chẳng hạn, bạn có thể sử dụng các dịch vụ sau:
- Điện toán đám mây linh hoạt của Amazon (EC2) để hỗ trợ gần như mọi khối lượng công việc với năng lực điện toán bảo mật, có quy mô linh hoạt.
- Lô AWS để điều chỉnh quy mô hàng trăm nghìn công việc điện toán trên các dịch vụ điện toán của AWS.
- AWS ParallelCluster để nhanh chóng xây dựng môi trường điện toán HPC và cụm HPC.
Bắt đầu với điện toán phân tán trên AWS bằng cách tạo tài khoản miễn phí ngay hôm nay.
