# 分散式系統: 現代軟體架構與設計考量 ## What's Distribution System? \[1] ***The Definition of Distribution:*** `A distributed system is a collection of autonomous computing elements that appears to its users as a single coherent system.` * Collection of autonomous computing elements\ `達到搜集算力`是分散式系統的必要條件，一般來說是透過P2P (Peer to Peer) 連線方式做到。而在這種網路連線下，主要有3個 Issues 。1. How do verify member node? 2. Node connection state check Issue. 3. Can nonmember elements access member elements ? * Single coherent system\ 使用者在存取系統的時候，並不會感受到是存取不同的裝置，會認為他是同一個系統。而要達到這樣子統合各裝置的能力，則需要 Ｍiddleware 的幫忙。 * Middleware and distribution systems\ Middleware 用於統合各個 Node 的資源，讓使用者無法感知到存取的服務，可能是處於不同的機器。根據上述定義，分散式系統應如下圖的架構，各個算力資源(element) 透過網路來介接，並串聯成一個整體的生態系，即使是外部資源存取，也不會察覺該服務的節點差異。 ![](https://853423727-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-x-prod.appspot.com/o/spaces%2F-MZBn9owI5fBe0HrECdk%2Fuploads%2Fill6F1KmVO8YsFxLRfMz%2Fimage.png?alt=media\&token=b8fb78e7-aa5e-43a1-8271-f0483cc2bcb7) ## Distribution System Design Goals * **Resource Sharing** Resource 不僅是指硬體資源也包含周邊資源，ex: 印表機等等 * Making distribution transparent
TransparentDescription
Access不同的機器之前互相可以存取，即使是不同的作業系統或硬體規格。
Location使用者在不同位置存取時，不會感受到區別。ex: 透過 URL 進行存取。
Relocation當使用者轉移位置時，不會感知到也不影響使用。
Migration使用者隨著移動，不影響資料的一致性。
Replication當系統進行備份的時候，不影響使用者。
Concurrency系統可以讓多個使用者同時存取。
Failure Tolerance當系統失敗重啟的時後，不影響使用者。
為了做到 Transparent 應考量 `Separating policy from mechanism` 因為採用 `Monolithic` 難以有足夠的彈性做到`Transparent`的目地。拆分成多個Service 更能夠做到 migration、replication、Failure Tolerance等目地。 * Being scalable\ 在分散式系統中，`Masking Failures Issue` 是非常困難且重要的。因此，系統的 `Scalability` 就是相當重要的，使得 Service 故障排除的過程，不影響使用者。 然而在 Scalability 本身就會牽涉到另一個議題，要如何不讓使用者察覺，因此 `Degree of distribution transparency` 就是值得被考慮的議題。 ***Degree of distribution transparency*** 在分散式系統中會因為地區的不同，存取時間會受到影響。若要完全 ***distribution transparency*** ，使用者體驗則會影響到，因此需要對使用者分級，通常是以地區作為區分。 > `If such reliability cannot be guaranteed, it's then best to always perform only local execution, leading to the copy-before-use principle.` * Being Open 提供一個公開的介面，給其他裝置存取。如URL、DNS、IDL (Interface Definition Language) * Caching 在 Replica 的架構下衍伸出來的問題是，`Cache 的狀態的一致性`。 ### Type of Distributed systems 在分散式系統中，主要有三種大的服務型態的High Performance Distributed Computing, Distribution Information, Pervasive Computing，等三種服務的型態。 **High Performance Distributed Computing**\ 屬於高性能的計算能力，主要有兩種。一種是屬於叢集式的實體服務，組合一個大型的聯合系統。 * Cluster Computing\ 透過建置實體機器，串連起算力以提供服務。 ![](https://853423727-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-x-prod.appspot.com/o/spaces%2F-MZBn9owI5fBe0HrECdk%2Fuploads%2F4rQ5dwy7GKwEoUistkU1%2Fimage.png?alt=media\&token=12dae3e1-3c7c-444a-b941-611f4616a648) * Cloud Computing\ 由服務商建制叢集式的服務，由服務商將算力切分出來，主要分為三種型態IaaS (Infrastructure-as-a-Service)、PaaS(Platform-as-a-Service)、SaaS (Software-as-a-Service)等三種型態。 ![](https://853423727-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-x-prod.appspot.com/o/spaces%2F-MZBn9owI5fBe0HrECdk%2Fuploads%2FUU8BjsYpM8p1NtCepAHx%2Fimage.png?alt=media\&token=5669be43-01fc-4d89-b701-00ed0ce63f62) **Distributed Information Systems**\ 這種服務型態主要就是現在主流服務的型態 (Query/Response) 的服務型態，有 Transaction Process (TP) 進行搜集全部的 Requests，進行 serving。 ![](https://853423727-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-x-prod.appspot.com/o/spaces%2F-MZBn9owI5fBe0HrECdk%2Fuploads%2F5LH6r69cbz1rkpFv1pVr%2Fimage.png?alt=media\&token=995910d8-0cc1-464e-a97e-167e4260ccdf) **Pervasive Systems**\ Sensors 本身自形成一個網路，與雲端上的的服務進行溝通。 ![](https://853423727-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-x-prod.appspot.com/o/spaces%2F-MZBn9owI5fBe0HrECdk%2Fuploads%2F57WWHe0TwNhtgH3zTmME%2Fimage.png?alt=media\&token=37e16794-b366-4ce2-a1fd-f4ee9788d24b) ### 參考文件 \[1] van Steen, Maarten, and Andrew S. Tanenbaum. "A brief introduction to distributed systems." *Computing* 98.10 (2016): 967-1009.