Zarządzanie procesami poprzez systemy informatyczne (w tym ERP czy MES) jest dziś powszechnie stosowane w wielu branżach, zwłaszcza jeśli króluje tam automatyzacja i w świadomy sposób dąży się do inteligentnych rozwiązań. W dobie pandemii warto poświęcić szczególną uwagę tym z nich, które wykraczają poza podejście platformowe oraz umożliwiają komunikację (a czasem nawet i przechwytywanie określonych danych) na globalną skalę. Witamy w świecie systemów rozproszonych!
Praktycznie wszystko, co teraz robisz z użyciem komputera i Internetu, niezależnie od tego, czy wysyłasz wiadomości mailowe, grasz w grę, czy może czytasz ten artykuł w sieci, korzysta z mocy Distributed Systems. Aby jednak móc w pełni cieszyć się korzyściami, które mają one do zaoferowania we własnej organizacji, należy jak zawsze wdrożyć zasadę „thinking before coding”.
Czym są Systemy Rozproszone (Distributed Systems)? Systemy rozproszone a systemy równoległe
Systemy rozproszone (Distributed Systems lub Distributed Computing) tworzą środowisko obliczeniowe, w którym różne komponenty są rozmieszczone na kilku maszynach (w tym wirtualnych) w ramach jednej sieci. Urządzenia te (mogą to być PC, serwery czy kontenery) rozdzielają między sobą zadania i koordynują swoje „wysiłki”, aby wykonać pracę wydajniej, niż gdyby miało to miejsce na przykład w przypadku tylko jednego komputera.
Wspomniane systemy, jak sama nazwa wskazuje, działają między innymi w oparciu o tzw. rozproszone obliczenia. Wykorzystują one wspomniane współdzielenie zasobów (na przykład pamięci komputerowej czy mocy procesora), które często znajdują się w różnych lokalizacjach. Przykładem są tak zwane obliczenia rozproszone w klastrach i gridach, z których korzysta między innymi bankowość elektroniczna.
Analogicznie, wyróżnić można również systemy równoległe (Parallel Systems). Zawierają one wiele współpracujących ze sobą procesorów, które jednak są fizycznie skupione w ramach jednej obudowy (lub kilku, jeśli znajdują się w bliskim sąsiedztwie, na przykład w tej samej sali). Obliczenia rozproszone i równoległe będą zatem znacznie się od siebie różnić – w przypadku tych drugich kilka komend będzie wykonywanych jednocześnie.
Jakie cechy powinien mieć Distributed System?
Systemy rozproszone ewoluowały z biegiem czasu. Obecnie większość z nich jest zaprojektowana do pracy za pośrednictwem Internetu, a konkretniej Chmury. Choć dostępnych jest wiele różnych modeli i architektur (jednorodne, niejednorodne, wielobazowe czy typu klient-serwer), każdy Distributed System powinien cechować się:
- skalowalnością, czyli zdolnością do rozrostu wraz ze zwiększaniem obciążenia, która jest możliwa poprzez dodanie do sieci dodatkowych jednostek przetwarzania,
- współbieżnością, która oznacza, że komponenty będą działać jednocześnie, przy czym zadania realizowane będą bez określonej kolejności i w różnym tempie,
- odpornością na uszkodzenia (jeśli jeden węzeł ulegnie awarii, pozostałe mogą nadal działać bez zakłócania ogólnych obliczeń),
- przejrzystością, dzięki której użytkownik końcowy lub zewnętrzny programista będzie postrzegał system rozproszony jako pojedynczą jednostkę obliczeniową, co pozwoli mu na interakcję z danym urządzeniem logicznym bez konieczności zajmowania się całą architekturą,
- zdolnością replikacji, która umożliwia współdzielenie informacji i komunikatów oraz zapewnia spójność pomiędzy wolnymi zasobami (takimi jak oprogramowanie lub komponenty sprzętowe), zwiększając tym samym dostępność, niezawodność i odporność na awarie.
Dodatkowym atutem, który wyróżnia systemy niejednorodne jest asynchroniczność ich węzłów i komponentów. Oznacza ona możliwość zastosowania kilku rodzajów sprzętu i oprogramowania oraz pozwala na dalszą rozbudowę.
Dlaczego odpowiednie utrzymanie systemów rozproszonych jest bardzo istotne? Jakie są największe problemy systemów rozproszonych?
Systemy rozproszone są jednak znacznie bardziej złożone niż monolityczne środowiska obliczeniowe i wiążą się z szeregiem wyzwań na poziomie ich projektowania, obsługi i konserwacji. Należą do nich:
Im więcej systemów doda się do środowiska obliczeniowego, tym większa szansa na ewentualne przestoje, zwłaszcza jeśli struktury te nie zostały starannie zaprojektowane. W takim przypadku jeden niesprawny węzeł jest w stanie „położyć” całą architekturę.
- Wyzwania związane z procesem synchronizacji
Systemy rozproszone działają bez zegara globalnego. Wymagają więc starannego zaprogramowania w celu zapewnienia prawidłowej synchronizacji procesów. Pozwoli to uniknąć opóźnień w transmisji, które powodują błędy i uszkodzenie danych. W złożonym systemie — takim jak gra wideo dla wielu graczy — synchronizacja może być trudna. Szczególnie problematyczna sytuacja będzie miała miejsce w przypadku sieci publicznej, agregującej ruch transmisji danych.
- Skalowalność daleka od perfekcji
Dwa razy większa liczba węzłów w systemie rozproszonym niekoniecznie przekłada się na jego podwojoną wydajność. Zaprojektowanie efektywnego distributed system, który pozwoli na maksymalną skalowalność to złożone przedsięwzięcie. Należy uwzględnić w nim między innymi kwestie zrównoważenia obciążenia oraz zarządzania przepustowością.
- Złożone zarządzanie bezpieczeństwem
Zarządzanie dużą liczbą węzłów w heterogenicznym i globalnie rozproszonym środowisku stwarza wiele wyzwań związanych z bezpieczeństwem. Jedno słabe ogniwo w systemie plików może narazić na atak całą sieć.
Systemy rozproszone są o wiele bardziej skomplikowane niż tradycyjne środowiska komputerowe nie tylko pod względem ich zrozumienia oraz zaprojektowania, ale i codziennego funkcjonowania oraz nadzoru.
Wdrożenie systemów rozproszonych w przedsiębiorstwie – na co uważać?
Przedstawione powyżej wyzwania związane z systemami rozproszonymi stwarzają szereg powiązanych ze sobą zagrożeń, których należy być świadomym przed wdrożeniem, aby umiejętnie im zapobiec. Obejmują one:
Systemy rozproszone są tak samo podatne na ataki, jak każde inne, ale ich globalny charakter sprawia, że zwykle znacznie większa „powierzchnia” narażona jest na potencjalne zagrożenie.
Systemy rozproszone są zależne od sieci publicznych, za pośrednictwem których przesyłają i odbierają dane. Jeśli więc choć jeden segment Internetu stanie się niedostępny lub przeciążony, może spaść wydajność całej struktury.
- Problemy związane z zarządzaniem i kontrolą
Systemy rozproszone nie mogą być zarządzane w taki sam sposób, jak te, które są monolityczne i oparte na jednym serwerze. Powoduje to problemy związane z audytem i przestrzeganiem globalnych przepisów dotyczących prywatności, takich jak RODO. Środowiska rozproszone globalnie mogą bowiem stwarzać bariery w zapewnianiu określonych poziomów pewności i utrudniać wgląd w to, gdzie znajdują się dane.
- Nieoczekiwany wzrost kosztów
Skalowalność systemów rozproszonych umożliwia administratorom łatwe dodawanie pojemności, co może zwiększyć koszty. W przypadku Chmury ceny zależą od zużycia (na przykład ilości zasobów pamięci czy mocy procesora) w ciągu danego okresu. Jeśli więc popyt nagle wzrośnie, organizacje mogą zacząć mierzyć się z ogromnymi rachunkami.