SISTEMES DISTRIBUÏTS: CARACTERÍSTIQUES, ARQUITECTURA, TIPUS, OBJECTIUS, APLICACIONS - TECNOLOGIA - 2026

Els sistemes distribuïts són peces de programari que serveixen per coordinar les accions de diverses computadores. Aquesta coordinació s'aconsegueix mitjançant l'intercanvi de missatges, és a dir, amb trossos de dades que transmeten informació.

Els sistemes distribuïts requereixen components concurrents, una xarxa de comunicació i un mecanisme de sincronització. Permeten compartir recursos, incloent el programari, pels sistemes connectats a una xarxa. Per tant, el sistema es basa en una xarxa que connecta els ordinadors i maneja l'enrutament dels missatges.

i b (sistemes distribuïts). b (sistema paral·lel). Miym / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

La computació distribuïda és una àrea de la informàtica que s'encarrega d'analitzar els sistemes distribuïts. El programa informàtic que s'executa en un sistema distribuït es denomina programa distribuït.

En un context on poden existir centenars o milers d'ordinadors, que és una proporció comuna en les grans empreses d'Internet, és molt comú que hi hagi falles dels components, siguin de maquinari, xarxa, unitats, etc., i el sistema ha d'estar preparat per afrontar-les en tot moment.

Distribució de dades

La distribució és clau per poder manejar conglomerats de dades molt grans. És necessària per aconseguir escalabilitat, que són els mitjans per mantenir un acompliment estable quan els cúmuls de dades creixen a l'afegir nous recursos a el sistema.

D'altra banda, la distribució presenta una sèrie de problemes tècnics que fan que el disseny i implementació d'un emmagatzematge i còmput distribuït siguin importants de considerar. Un punt a tenir en compte és el risc de possibles errors.

Característiques dels sistemes distribuïts

i b (sistemes distribuïts). b (sistema paral·lel). Miym / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

compatibilitat

Els dispositius poden funcionar amb diferents sistemes operatius. Això no impedeix que puguin oferir sempre els mateixos serveis als usuaris. Per tal raó, tots els dispositius connectats són compatibles entre si.

Un altre tema fonamental és el disseny de programari, perquè aquest també és compatible amb tots els sistemes i usuaris que es tenen en cada ordinador.

Tolerància a fallades

A l'ésser una sola xarxa amb moltes computadores, si falla algun dels seus components, els altres podran seguir efectuant la seva funció totalment, evitant els errors ràpidament.

Per tal raó, els sistemes distribuïts solen oferir molta confiança quan es treballa amb ells, perquè és bastant rar que falli el sistema completament, perquè les tasques no resideixen en un sol aparell, sinó en diferents equips.

Middleware i API

Els diferents processadors usen un middleware de distribució, ajudant a compartir diferents recursos i capacitats per a brindar als usuaris una xarxa coherent i integrada. També ofereix a les aplicacions un seguit de serveis, com seguretat i recuperació de fallades.

Actualment, s'escolta més sobre interfícies de programació d'aplicacions (API), que funcionen com a porta d'enllaç per on les aplicacions poden comunicar-se. Les aplicacions no necessiten saber res sobre altres aplicacions, excepte la seva API.

arquitectura

Arquitectura client-servidor

Un ordinador en particular anomenada servidor pot realitzar certes tasques, que es denominen serveis. Per exemple, oferir arxius a través de la xarxa, capacitat d'executar certs comandaments o d'utilitzar dades a una impressora. El client és l'ordinador que sol·licita els serveis.

L'ordinador coneguda principalment pel servei que ofereix pot denominar servidor d'impressió, servidor d'arxius, etc.

Arquitectura d'igual a igual (peer-to-peer)

Assumeix que cada ordinador té capacitats similars i que cap màquina està dedicada a servir a les altres. Un exemple d'això és un conjunt de microordinadors en una petita oficina.

La xarxa permet a les persones accedir als arxius dels altres i enviar correus electrònics, però cap ordinador brinda un conjunt específic de serveis.

Arquitectures de diversos nivells

Per certs serveis pot tenir sentit tenir una connectivitat jeràrquica. Per exemple:

• Un servidor a l'realitzar les seves tasques pot contactar a un altre servidor de diferent tipus
• L'arquitectura client-servidor és una arquitectura de dos nivells.

Arquitectura de grup de processadors

Un sistema operatiu podria iniciar automàticament processos en ordinadors inactives i fins i tot migrar processos a sistemes amb una major quantitat de cicles disponibles de CPU. En altres casos, un usuari pot iniciar o moure processos manualment en els sistemes disponibles.

Tipus de sistemes distribuïts

Computació en clúster

És un conjunt d'ordinadors similars connectades a través d'una xarxa d'àrea local d'alta velocitat. S'usa freqüentment per a la programació en paral·lel, on un sol programa intensiu en còmput s'executa en paral·lel en diversos ordinadors.

Cada clúster consisteix d'un conjunt de nodes de còmput que són monitoritzats i administrats per un o més nodes anomenats mestres.

Computació en xarxa

Es compon de nodes amb marcades diferències en maquinari i tecnologia de xarxa. La tendència actual a tenir una configuració de nodes per a certes tasques ha portat al fet que hi hagi una major diversitat, que és el més freqüent en la computació en xarxa.

Computació en el núvol

És un conjunt de recursos virtualitzats allotjats al centre de dades d'un proveïdor del núvol. Els clients poden establir una infraestructura virtualitzada per aprofitar una varietat de serveis en el núvol.

Per a l'usuari, semblés que està llogant la seva pròpia ordinador exclusiva. No obstant això, en realitat és probable que l'estigui compartint amb altres clients. El mateix s'aplica a l'emmagatzematge virtual.

Aquests recursos virtualitzats poden configurar dinàmicament, permetent així l'escalabilitat. Si es necessiten més recursos informàtics, el sistema pot adquirir més.

objectius

compartir recursos

Siguin instal·lacions d'emmagatzematge, arxius de dades, serveis o xarxes, és possible que es vulgui compartir aquests recursos entre les aplicacions, per simple economia.

Resulta molt més barat tenir una instal·lació d'emmagatzematge compartida entre múltiples aplicacions, que haver de comprar i mantenir emmagatzematge per a cadascuna per separat.

abstracció

Per amagar que els processos i recursos es troben distribuïts en diversos ordinadors, possiblement disseminades geogràficament. És a dir, els processos i recursos queden abstrets de l'usuari.

obertura

Indica bàsicament que un sistema distribuït estigui erigit amb elements que es puguin integrar amb facilitat a altres sistemes. Complint amb les regles normalitzades, qualsevol procés amb aquesta interfície pot comunicar-se amb un altre procés amb la mateixa interfície.

Interoperabilitat i portabilitat

Es refereix quan dos sistemes de diferents fabricants poden funcionar en conjunt. La portabilitat determina fins a quin punt una aplicació realitzada per al sistema A pugui funcionar en el sistema B sense modificacions.

escalabilitat

És necessària quan hi ha un augment d'usuaris que necessiten més recursos. Un bon exemple és l'augment de l'audiència de Netflix cada divendres a la nit.

Significa afegir dinàmicament més recursos, tal com augmentar la capacitat de la xarxa permetent una major transmissió de vídeo i reduir-la una vegada que el consum s'hagi normalitzat.

aplicacions

Màquina virtual Erlang

El paquet de programari LYME es basa en Erlang i ofereix una alternativa a LAMP. Shmuel Csaba Otto Traian / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Erlang és un llenguatge funcional que té una gran semàntica per a la concurrència, distribució i tolerància a falles. Una màquina virtual Erlang fa servir la distribució d'una aplicació Erlang.

Aquest model funciona tenint molts processos aïllats, tots amb la capacitat de comunicar-se entre si a través d'un sistema incorporat de transmissió de missatges.

La màquina virtual d'Erlang es pot connectar a altres màquines virtuals que es troben en diferents llocs. Aquest eixam de màquines virtuals executa una sola aplicació, manejant les falles d'una màquina programant la seva execució en un altre node.

BitTorrent

Funcionament de xarxa BitTorrent. Mrjavi / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

És un dels protocols més utilitzats per a transferir arxius grans a la web. La idea principal és facilitar la transferència d'arxius entre diferents parells a la xarxa sense haver de passar per un servidor principal.

A l'usar un client BitTorrent, es pot connectar a múltiples ordinadors a tot el món per descarregar un arxiu. Un ordinador que actua com a coordinadora ajuda a mostrar els nodes a la xarxa que tenen l'arxiu que es desitja.

BitTorrent permet allotjar arxius de forma voluntària i pujar-los per a altres usuaris que els vulguin. És tan popular perquè va ser el primer del seu tipus a oferir incentius per contribuir a la xarxa.

avantatges

- Es poden afegir fàcilment més nodes a sistema distribuït, és a dir, es pot escalar segons sigui necessari.

- Tots els nodes en el sistema distribuït estan connectats entre si. Per tant, cada un dels nodes pot compartir dades fàcilment amb els altres nodes.

- Recursos com les impressores es poden compartir amb múltiples nodes en lloc de restringir-se a un de sol.

- La falla d'un node no condueix a la falla de tot el sistema distribuït. Els altres nodes encara es poden comunicar entre si.

desavantatges

- Poden perdre alguns missatges i dades a la xarxa a el passar d'un node a un altre.

- És difícil proporcionar una seguretat adequada en els sistemes distribuïts perquè tant els nodes com les connexions han d'assegurar.

- Pot ocórrer una sobrecàrrega a la xarxa si tots els nodes de sistema distribuït intenten enviar dades alhora.

- La base de dades connectada als sistemes distribuïts és força complicada i difícil de manejar en comparació amb un sistema d'usuari únic.

Exemples de sistemes distribuïts

Els sistemes distribuïts es poden utilitzar en una gran quantitat de casos, com els sistemes de banca electrònica, els jocs en línia multijugador massius i les xarxes de sensors.

StackPath

Utilitza un sistema distribuït particularment gran per impulsar el seu servei de xarxa de lliurament de contingut. Cadascun dels seus punts de presència (PoP) té nodes, formant un sistema distribuït a nivell mundial.

StackPath emmagatzema el contingut sol·licitat més recentment i amb més freqüència en les ubicacions més properes a el lloc que s'està utilitzant.

A l'interconnectar ordinadors virtuals, a més d'aprofitar la velocitat i agilitat d'una informàtica de punta, el sistema pot gestionar molt ràpidament milers de sol·licituds simultànies.

Internet

És el major sistema distribuït de el món. Qualsevol usuari sent com si fos un sol sistema, tot i que està compost per milions d'ordinadors.

Mitjançant el concepte d'abstracció no té idea sobre on són emmagatzemades les dades, quants servidors estan involucrats o com arriba la informació a el navegador. El navegador dissol la complexitat d'Internet.

Això s'aplica també a aplicacions com ara el correu electrònic Gmail o qualsevol altra aplicació que es pugui utilitzar. Totes les persones interactuen diàriament amb aplicacions distribuïdes.

referències

1. Paul Krzyzanowski (2018). Distributed Systems. Pres de: cs.rutgers.edu.
2. Catherine Paganini (2019). Primer: Distributed Systems and Cloud Native Computing. The New Stack. Pres de: thenewstack.io.
3. Universitat Internacional de València (2020). Sistemes distribuïts, característiques i classificació. Pres de: universidadviu.com.
4. David Meador (2018). Distributed Systems. Tutorials Point. Pres de: tutorialspoint.com.
5. Robert Gibb (2019). What is a Distributed System? Pres de: blog.stackpath.com.
6. Stanislav Kozlovski (2018). A Thorough Introduction to Distributed Systems. Free Code Camp. Pres de: freecodecamp.org.