Điện toán phân tán (Distributed Computing) là gì? Ưu nhược điểm của điện toán phân tán

Cloud Server

Vinh Phạm

1536

08-05-2024

Điện toán phân tán (Distributed Computing) không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất và tăng cường khả năng xử lý dữ liệu mà còn mang lại nhiều lợi ích khác cho các doanh nghiệp và tổ chức. Vậy điện toán phân tán là gì và những ưu nhược điểm của nó là gì? Hãy cùng Bizfly Cloud tìm hiểu về điện toán phân tán trong bài viết dưới đây.

Điện toán phân tán là gì?

Điện toán phân tán (Distributed Computing) là một hình thức tính toán mà các tác vụ được phân chia và thực hiện trên nhiều máy tính khác nhau trong một mạng. Thay vì tập trung tất cả tài nguyên tính toán vào một máy chủ duy nhất, điện toán phân tán cho phép sử dụng các tài nguyên từ nhiều máy tính khác nhau để thực hiện các tác vụ phức tạp.

Ưu nhược điểm của điện toán phân tán

Ưu điểm

• Nâng cao hiệu suất: Bằng cách phân chia các tác vụ thành các phần nhỏ và xử lý song song trên nhiều máy tính, điện toán phân tán giúp cải thiện hiệu suất và tăng tốc độ xử lý.
• Khả năng mở rộng: Khi nhu cầu tăng lên, các cụm điện toán phân tán có thể dễ dàng mở rộng bằng cách thêm phần cứng mới. Điều này giúp đảm bảo rằng hệ thống luôn đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng về tài nguyên và dịch vụ.
• Khả năng phục hồi và dự phòng: Với nhiều máy tính cung cấp các dịch vụ giống nhau, nếu một máy gặp sự cố, các máy khác có thể tiếp tục cung cấp dịch vụ mà không ảnh hưởng đến hoạt động của tổ chức. Đồng thời, việc phân tán các máy tính ở các trung tâm dữ liệu khác nhau giúp đảm bảo rằng nếu một trung tâm dữ liệu ngừng hoạt động, tổ chức vẫn có thể tiếp tục hoạt động mà không bị gián đoạn.
• Tối ưu chi phí: Sử dụng phần cứng có sẵn và chia sẻ tài nguyên giữa các máy tính, chi phí cho việc mở rộng và duy trì hệ thống được giảm thiểu. Điều này giúp tổ chức tiết kiệm chi phí và tối ưu hóa hiệu quả hoạt động.
• Tăng hiệu quả: Điện toán phân tán chia các yêu cầu phức tạp thành các phần nhỏ hơn và phân bổ giữa các hệ thống khác nhau, điện toán phân tán giúp đơn giản hóa quá trình tính toán và giảm thời gian cần thiết để hoàn thành các tác vụ.

Nhược điểm 

• Độ phức tạp: Điện toán phân tán có thể phức tạp hơn hệ thống tập trung vì chúng liên quan đến nhiều thiết bị hoặc hệ thống cần được phối hợp và quản lý.
• Bảo mật: Việc bảo mật điện toán phân tán có thể khó khăn hơn vì các biện pháp bảo mật phải được triển khai trên từng thiết bị hoặc hệ thống để đảm bảo an ninh cho toàn bộ hệ thống.
• Hiệu suất: Điện toán phân tán có thể không cung cấp cùng mức hiệu suất như các hệ thống tập trung, vì việc xử lý và lưu trữ dữ liệu được phân phối trên nhiều thiết bị hoặc hệ thống.

Các loại kiến trúc điện toán phân tán

Kiến trúc máy khách - Máy chủ

Mô hình máy khách-máy chủ là một cách phân chia nhiệm vụ hiệu quả giữa các thiết bị trong mạng. Trong mô hình này, máy khách gửi yêu cầu và máy chủ thực hiện các nhiệm vụ tương ứng. Việc này giúp tối ưu hóa việc quản lý tài nguyên và cung cấp dịch vụ một cách hiệu quả. Với ứng dụng rộng rãi trong việc duyệt web, gửi email và quản lý cơ sở dữ liệu, mô hình máy khách-máy chủ đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng và vận hành các hệ thống mạng hiện đại.

Kiến trúc ba bậc

Trong hệ thống phân tán ba bậc, việc phân chia máy chủ thành máy chủ ứng dụng và máy chủ cơ sở dữ liệu giúp giảm tắc nghẽn giao tiếp và cải thiện hiệu suất điện toán phân tán. Máy chủ ứng dụng chứa logic ứng dụng hoặc các chức năng cốt lõi, trong khi máy chủ cơ sở dữ liệu chịu trách nhiệm về lưu trữ và quản lý dữ liệu. Máy khách vẫn là bậc đầu tiên mà bạn truy cập trong hệ thống này.

Kiến trúc N bậc

Mô hình N bậc là một phương pháp hiệu quả để tích hợp các hệ thống khách-chủ khác nhau trong một môi trường phân tán. Bằng cách này, các ứng dụng doanh nghiệp có thể hoạt động cùng nhau như một hệ thống đồng nhất, giúp giải quyết các vấn đề một cách hiệu quả và linh hoạt.

Kiến trúc ngang hàng

Mô hình ngang hàng là một kiến trúc điện toán phi tập trung chia sẻ tất cả trách nhiệm mạng như nhau giữa mỗi nút tham gia vào mạng. Nó không có hệ thống phân cấp; mỗi nút có thể hoạt động độc lập với tư cách là cả máy khách và máy chủ và thực hiện các tác vụ bằng cách sử dụng cơ sở bộ nhớ cục bộ của chính nó. Mô hình ngang hàng cho phép các thiết bị trong mạng kết nối và chia sẻ tài nguyên máy tính mà không yêu cầu máy chủ trung tâm riêng biệt.

Nguyên lý hoạt động của điện toán phân tán

Để hệ thống điện toán phân tán hoạt động, một mạng lưới các node kết nối với nhau phải chia sẻ tài nguyên để thực hiện các nhiệm vụ. Các node hoạt động độc lập và có thể là các laptop, máy chủ, điện thoại thông minh, thiết bị IoT và máy tính bảng.

Khi có yêu cầu được đưa ra, các node chia nhỏ một nhiệm vụ (hoặc một phần dữ liệu) thành các đoạn nhỏ hơn. Những "phần nhiệm vụ" này sau đó được phân phối trong mạng, tùy thuộc vào trách nhiệm được lập trình của mỗi nút. Mỗi node đóng vai trò là điểm cuối trong mạng và xử lý phần được giao một cách độc lập.

Trong quá trình này, các giao thức truyền thông cho phép các node gửi tin nhắn, chia sẻ thông tin và đồng bộ hóa hoạt động của mình khi cần. Khi tất cả các node giải quyết phần của nhiệm vụ tổng thể, kết quả được thu thập và kết hợp thành một đầu ra cuối cùng.

Các trường hợp sử dụng điện toán phân tán

Điện toán phân tán tiếp cận đa ngành để liên lạc, chia sẻ thời gian thực, lưu trữ dữ liệu và cân bằng khối lượng công việc. Dưới đây là một số ứng dụng trong thực tế của điện toán phân tán.

• Chăm sóc sức khỏe: Điện toán phân tán cho phép xử lý, lưu trữ và phân tích khối lượng lớn dữ liệu y tế một cách hiệu quả . Các nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe được trang bị tốt hơn để trao đổi hồ sơ sức khỏe điện tử, hình ảnh y tế và thông tin khác với đồng nghiệp, bệnh viện, phòng khám và phòng thí nghiệm thay mặt cho bệnh nhân của họ.
• Kỹ thuật: Trên các ngành kỹ thuật khác nhau , hệ thống phân tán được sử dụng để giải quyết các vấn đề phức tạp, thực hiện mô phỏng, tối ưu hóa và khám phá thiết kế cũng như phân tích các bộ dữ liệu lớn.
• Dịch vụ tài chính: Các hoạt động tài chính phổ biến như giao dịch tần suất cao, quản lý rủi ro, phát hiện gian lận, giao dịch thuật toán, tối ưu hóa danh mục đầu tư và phân tích định lượng. Tất cả đều sử dụng điện toán phân tán, tận dụng mạng tốc độ cao, giao thức nhắn tin có độ trễ thấp và cơ sở vật chất cùng vị trí.
• Năng lượng: Trong lĩnh vực năng lượng, các hệ thống máy tính phân tán được sử dụng để tối đa hóa việc tạo, phân phối và tiêu thụ năng lượng. Phân tích dữ liệu thời gian thực, thuật toán dự báo và thuật toán điều khiển phân tán của họ cũng tăng cường độ tin cậy của lưới điện và giúp tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo . 
• Giáo dục: Các mô hình điện toán phân tán hỗ trợ các nền tảng học tập trực tuyến và phòng thí nghiệm ảo với khả năng chia sẻ dễ dàng, truy cập từ xa và truy cập thời gian thực, đáng tin cậy vào các tài nguyên cũng như hệ thống hành chính giúp duy trì hoạt động của các tổ chức giáo dục.

Hy vọng qua bài viết, Bizfly Cloud đã giúp bạn hiểu được điện toán phân tán là gì và những ưu nhược điểm của việc ứng dụng điện toán phân tán. Dù điện toán có một số nhược điểm nhưng không thể phủ nhận được những lợi ích mà chúng mang lại.