صفوف من رفوف الخوادم في مركز بيانات، مع أضواء مؤشرات LED ملونة متوهجة في بيئة مظلمة وعالية التقنية

ما المقصود بالأنظمة الموزعة؟

شرح الأنظمة الموزعة

النظام الموزع هو مجموعة من أجهزة الكمبيوتر والأجهزة المستقلة التي تعمل معًا عبر الشبكة بحيث تظهر للمستخدم، من الخارج، وكأنها نظام واحد موحد.

تعمل الأنظمة الموزعة على تقسيم المهام والبيانات عبر العديد من الأجهزة التي تعمل بشكل متزامن، ومن ثَم يمكن إنجاز مهمة قد تستغرق أسابيع على جهاز كبير في ساعات أو حتى دقائق. يحتوي كل جهاز—أو "عقدة" —في النظام على وحدة معالجة مركزية وذاكرة خاصة به، وغالبًا نظام تخزين خاص به. ويمكن للعُقد إرسال رسائل إلى بعضها لتنسيق مشاركة البيانات وتقسيم المهام وتوجيه عملها نحو هدف مشترك.

في الأنظمة الموزعة، قد تتواجد الأجهزة في رف خوادم واحد (داخل مركز بيانات واحد)، أو عبر مراكز بيانات مختلفة، أو في بيئات سحابة هجينة موزعة حول العالم. وبغض النظر عن التكوين، فالأنظمة الموزعة مصممة بحيث يتفاعل المستخدمون وتطبيقات العملاء معها كما لو كانت خدمة واحدة ( "قاعدة بيانات"، أو "موقع إلكتروني"، أو "خدمة تخزين")، وليس كمجموعة من الخوادم المنفصلة.

توفر الأنظمة الموزعة للمؤسسات حلاً لتحديات الحوسبة الحديثة الملحة. فالعديد من التطبيقات اليوم كبيرة جدًا أو مضغوطة جدًا أو حساسة جدًا بحيث لا تعمل بشكل جيد على جهاز واحد. تعالج هذه التطبيقات في كثير من الأحيان كميات هائلة من البيانات والطلبات التي قد تشكل ضغطًا على خادم واحد. وتتعامل مع تدفقات حركة مرور مرتفعة جدًا تتطلب إمكانات موازنة تحميل مرنة. وتدير عمليات حيوية جدًا قد تؤدي فترات التعطل الطويلة خلالها إلى نتائج كارثية (مثل الأنظمة المصرفية).

توزع الأنظمة الموزعة أحمال التشغيل عبر العديد من العُقد ويمكنها إضافة المزيد من العُقد تلقائيًا إلى الشبكة حسب الحاجة. تُمكّن قابلية التوسع هذه الأنظمة من استيعاب المزيد من المستخدمين والمزيد من البيانات حتى عندما تكون تدفقات حركة المرور غير متوقعة. فقابلية التوسع في الأنظمة الموزعة هي صاحبة الفضل في أن منصات البث، على سبيل المثال، يمكنها خدمة ملايين المستخدمين حول العالم، وغالبًا في وقت واحد.

كما يمكن للأنظمة الموزعة أن تساعد على تحسين موثوقية بنية تكنولوجيا المعلومات وقدرتها على تحمل الأعطال. فعندما تفشل إحدى العُقد، يمكن أن تتولى العُقد الأخرى مهامها بحيث تستمر الخدمة ككل. تقلل هذه الميزة من نقاط الفشل الفردية وتساعد المؤسسات على الحفاظ على أنظمة عالية التوافر، وهو أمر بالغ الأهمية للأنظمة التي تتطلب وقت تشغيل يقارب 100%.

علاوة على ذلك، في الأنظمة الموزعة، تتعاون العُقد المنفصلة بشكل وثيق ولكن لكل منها قواعد بيانات وأنظمة تخزين خاصة بها. يسهل هذا الترتيب على فرق تكنولوجيا المعلومات بناء بُنى معيارية حيث يمكن لأجزاء مختلفة من النظام التوسع والتطور بشكل مستقل.

ما الخصائص الرئيسية للنظام الموزع؟

تتكون الأنظمة الموزعة من مجموعة من البُنى المختلفة، لكن جميعها تتشارك في مجموعة من الخصائص الأساسية.

مشاركة الموارد

يمكن للأجهزة في النظام الموزع تجميع البيانات ووحدات التخزين وقوة المعالجة والخدمات. وتعمل مشاركة الموارد على زيادة كفاءة النظام بأكمله لأنه يمكن تجميع هذه الموارد واستخدامها عند الحاجة إليها.

التزامن

يتيح التزامن تشغيل عدة أجزاء من النظام الموزع في وقت واحد، بحيث يمكن للعُقد المختلفة معالجة طلبات البيانات في وقت واحد. كما تساعد مزامنة العُقد على زيادة إنتاجية النظام بأكمله.

قابلية التوسع

تُمكّن قابلية التوسع الأنظمة الموزعة من التعامل مع المزيد من المستخدمين والبيانات من خلال إضافة المزيد من الأجهزة، بدلاً من استبدال النظام بأكمله. فعلى سبيل المثال، يمكن لخدمات البث إضافة المزيد من الخوادم مع بدء المزيد من الأشخاص في مشاهدة حدث مباشر في وقت واحد.

التوافر وتحمل الأعطال

التوافر وتحمل الأعطال هما مفهومان مرتبطان يركزان على تقليل فترات تعطل النظام باستخدام عملية تُسمى التكرار (حيث تخزن الأنظمة نسخًا من البيانات والخدمات على عُقد متعددة).

يساعد التوافر على ضمان إمكانية وصول المستخدمين إلى النظام عند عدم توافر بعض أجزائه. ويُمكِّن تحمل الأعطال الأنظمة الموزعة من الاستمرار في العمل باستخدام النسخ المكررة في حال فشل عقدة واحدة أو أكثر.

التباين

يعني التنوع أن النظام الموزع يمكن—بل ومن المرجح—أن يضم أنواعًا مختلفة من الأجهزة وأنظمة التشغيل ولغات البرمجة و البرمجيات الوسيطة. ولا يُشترط أن تكون العُقد متطابقة، حتى تتمكن الفرق من إضافة أجهزة جديدة من دون المساس بإمكانية التشغيل البيني وتطوير بُنى تختار تلقائيًا أفضل أداة لكل مهمة.

التوحيد

يُمكِّن التوحيد الأنظمة الموزعة من إخفاء تعقيداتها الداخلية عن المستخدمين. فلا يحتاج المستخدم إلى معرفة الخادم الذي أجاب على طلبه أو مكان وجود البيانات فعليًا. بل يجب أن يكون قادرًا على التفاعل مع نظام واحد موحد.

ما آلية عمل الأنظمة الموزعة؟

لفهم كيفية عمل الأنظمة الموزعة، خذ الألعاب الجماعية الضخمة عبر الإنترنت (MMOGs) كمثال.

تستخدم الألعاب الجماعية الضخمة عبر الإنترنت بُنى موزعة تعمل عليها العديد من الخوادم والعُقد معًا للحفاظ على عالم لعبة واحد ومستمر، بحيث يمكن لآلاف اللاعبين الطيران والتجارة والقتال والاستكشاف في وقت واحد.

ونظرًا إلى أن عالم اللعبة ضخم وعدد اللاعبين كبير جدًا، فإن الواجهة الخلفية للعبة مقسمة عبر مجموعة من الأجهزة بدلاً من أن تُدار بواسطة نظام واحد. وتتبع مجموعة من الخوادم خصائص عالم اللعبة (مواقع اللاعبين، والأضرار، والمخزون)، بينما تتولى أجزاء أخرى من البنية التحتية تسجيل دخول المستخدمين، ومزايا الدردشة، واستمرارية العالم. ويساعد التقسيم اللعبة على الحفاظ على استجابتها حتى عندما يكون العديد من اللاعبين نشطين في المنطقة نفسها في وقت واحد.

وطوال كل جلسة لعب، يجب أن يحافظ النظام على مزامنة حالة اللعبة عبر جميع اللاعبين. وعندما يفعل أحد اللاعبين أي شيء (مثل تحريك سفينة في أثناء معركة بحرية)، يرسل العميل ذلك الإجراء إلى الخادم المناسب لذلك الجزء من عالم اللعبة. ثم يُحدّث الخادم حالة اللعبة المشتركة في الوقت الفعلي ويشارك النتائج مع اللاعبين الآخرين الذين يحتاجون إلى رؤيتها.

علاوة على ذلك، يستخدم نظام الألعاب الموزع بروتوكولات متخصصة للمساعدة على ضمان رؤية كل لاعب لأحداث اللعبة نفسها في الوقت نفسه تقريبًا.

وإذا تعطل أحد الخوادم في أثناء اللعب، فإن الخوادم الأخرى مصممة لتعويض النقص ومواصلة العمل بشكل طبيعي حتى لا يواجه اللاعبون أي انقطاع.

مقارنة بين الأنظمة المركزية والأنظمة الموزعة

الأنظمة الموزعة هي النقيض الوظيفي للأنظمة المركزية. فبينما تستخدم الأنظمة الموزعة مجموعة من الأجهزة لتشغيل العمليات، تعتمد الأنظمة المركزية على خادم رئيسي واحد.

في النظام المركزي، تعمل عقدة مركزية واحدة على تنسيق معظم العمليات أو جميعها. وعادةً ما يرسل العملاء الطلبات إلى تلك العقدة، وتقرر العقدة كيفية معالجتها. هذه الديناميكية تجعل النظام أسهل في الفهم لأن عناصر التحكم موجودة في مكان واحد.

ومع ذلك، فإن العقدة الواحدة تعني نقطة فشل واحدة. ففي النظام المركزي، إذا تعطل الخادم المركزي، يصبح النظام بأكمله غير متاح، لذا يمكن أن تمثل المركزية مشكلات كبيرة في الحالات التي يكون فيها التوافر العالي مهمًا.

غالبًا ما تتوسع الأنظمة المركزية عموديًا. فإذا أراد فريق تكنولوجيا المعلومات تحسين الخادم الرئيسي، فسيفعلون ذلك بإضافة المزيد من المعالجات أو الذاكرة أو مساحة التخزين. ولسوء الحظ، لا يُعد التوسع العمودي ممارسة مستدامة على المدى الطويل. فبمرور الوقت، يتطلب الأمر الكثير من الأجهزة ويصبح مكلفًا للغاية.

وعلى هذا النحو، تُعد الأنظمة المركزية هي الأنسب للحالات التي تكون فيها البنية البسيطة والرقابة المركزية أكثر أهمية من المرونة الفائقة. تُستخدم المركزية بشكل شائع في شبكات الكمبيوتر الصغيرة وأنظمة الأعمال الداخلية وخوادم الملفات وتطبيقات العميل والخادم حيث تحتاج جهة واحدة إلى رقابة صارمة.

في النظام الموزع، لا يوجد جهاز واحد يتمتع بتحكم مطلق. بل تتعاون عدة عُقد مع بعضها، ويمكن لكل عقدة معالجة جزء من أحمال التشغيل أو تخزين جزء من البيانات. تتميز هذه البنية بمرونة أكبر بطبيعتها، ولكنها تتطلب التنسيق بين العُقد.

تُعد الأنظمة الموزعة أكثر قدرة على تحمل الأعطال لأن العُقد الأخرى يمكن أن تستمر في العمل في حال تعطل إحدى العُقد. ورغم أن النظام الموزع يمكن أن يتعطل أيضًا، إلا أنه يميل إلى التدهور التدريجي بشكل أبسط من النظام المركزي.

تعتمد الأنظمة الموزعة على التوسع الأفقي، حيث يضيف النظام المزيد من الأجهزة لتلبية الطلب المتزايد على الموارد.

ومن ثَم، غالبًا ما تُفضل البيئات الموزعة في الحالات التي يؤدي فيها وجود عدد كبير من المستخدمين أو مجموعات بيانات كبيرة أو انتشار جغرافي إلى جعل وجود جهاز مركزي واحد أمرًا غير عملي. الأنظمة الموزعة شائعة في خدمات الويب ومنصات السحابة وشبكات سلسلة الكتل والخدمات واسعة النطاق التي تتطلب توافرًا عاليًا وقابلية للتوسع.

IBM DevOps

ما المقصود بعمليات التطوير؟

تشرح Andrea Crawford مفهوم عمليات التطوير، وقيمتها، وكيفية مساهمة الممارسات والأدوات الخاصة بها في المساعدة على نقل التطبيقات عبر مسار تسليم البرمجيات بأكمله؛ بدءًا من الفكرة ووصولًا إلى الإنتاج. يتولى أبرز قادة الفكر في IBM هذا المنهج، ويهدف إلى مساعدة قادة الأعمال على اكتساب المعرفة اللازمة لتحديد أولويات الاستثمارات في الذكاء الاصطناعي التي يمكنها تعزيز النمو.

أنواع الأنظمة الموزعة

يمكن تصنيف الأنظمة الموزعة إلى عدة أنواع شائعة، بناءً على كيفية تنظيم الأجهزة وكيفية تواصلها مع بعضها.

أنظمة العميل والخادم

في نظام العميل والخادم، يوفر خادم مركزي واحد (أو مجموعة صغيرة من الخوادم) الخدمات، بينما تعتمد الأجهزة الأخرى—"العملاء"—على عمل الخادم المركزي.

ويكون الخادم المركزي، الذي غالبًا ما يكون الجهاز الأقوى من بين الأجهزة، مسؤولاً عن إدارة الموارد المشتركة (الملفات وقواعد البيانات والطابعات وحسابات المستخدمين). أما العملاء، فهم عادةً أجهزة المستخدمين النهائيين (أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة والمتصفحات) التي تركز على التفاعل مع المستخدم ومعالجة الطلبات والاستجابات.

ونظرًا إلى أن العملاء والخادم المركزي يعملون على أجهزة منفصلة ويتواصلون عبر الشبكة، فإن أنظمة العميل والخادم تُعد من الأنظمة الموزعة. ومع ذلك، يكون التواصل بين العُقد في بنية العميل والخادم مركزيًا.

يعتمد كل عميل على الخادم المركزي للوصول إلى الموارد المشتركة، ولا يتواصل العملاء مباشرةً مع بعضهم حول تلك الموارد. بل عادةً ما يتبع التواصل بين العملاء والخادم نمط الطلب والاستجابة.

عندما ينفِّذ المستخدم إجراءً معينًا (مثل النقر على زر)، يحوِّل العميل الإجراء إلى رسالة طلب ويرسلها عبر الشبكة إلى الخادم. يتلقى الخادم الطلب ويعالجه، ثم يرسل استجابة. وبعد ذلك، يفسر العميل الاستجابة ويعرض النتيجة للمستخدم بطريقة يمكن للبشر قراءتها.

على سبيل المثال، قد يستخدم تطبيق ويب متصفحًا (عميلاً) يرسل طلبات HTTP إلى خادم ويب، والذي بدوره يقرأ أو يكتب في قاعدة البيانات، ثم يرسل استجابة بصيغة HTML أو JSON.

يسهِّل التواصل المركزي تحديث أنظمة العميل والخادم وفرض سياسات الأمان وإدارة البيانات. ومع ذلك، فإن المفاضلة تكمن في أن المركزية يمكن أن تؤدي إلى ظهور عوائق ونقاط فشل فردية.

أنظمة النظير إلى النظير (P2P)

في أنظمة النظير إلى النظير، تتمتع جميع العُقد—التي تُسمى "النظراء"—بأدوار متساوية تقريبًا. يسهم كل نظير ببعض الموارد الخاصة به ويستهلك الموارد التي يقدمها النظراء الآخرون. ويمكن لكل نظير طلب الموارد وتوفيرها للعُقد الأخرى.

ولذلك، فإن "العميل" و"الخادم" في أنظمة النظير إلى النظير هما مجرد أدوار تؤديها العُقد مؤقتًا، وليست هويات ثابتة.

في نظام النظير إلى النظير الخالص، يكتشف الأقران بعضهم ويتواصلون عبر شبكة تراكب، وهي شبكة منطقية مبنية على اتصالات الإنترنت المادية. تحدد شبكة التراكب أطراف التواصل وكيفية توجيه البيانات بين النظراء.

عندما يحتاج النظير إلى شيء ما (جزء من ملف، على سبيل المثال)، فإنه يرسل الطلبات مباشرة إلى نظراء آخرين قد يكون لديهم ذلك الشيء. وعندما يتلقى النظير الآخر الطلب، يمكنه الاستجابة وإرسال البيانات المطلوبة، حيث يعمل بشكل فعال كخادم في تلك اللحظة. لاحقًا، قد تتغير الأدوار، وقد ينعكس دور العقدتين ذاتهما؛ من حيث مَن يقدم البيانات ومَن يطلبها.

ونظرًا إلى أن جميع النظراء يمكنهم العطاء والأخذ، فإن أحمال تشغيل معالجة البيانات تميل إلى أن تكون موزعة بشكل أكثر تساويًا عبر الشبكة. ومع انضمام المزيد من النظراء، فإنهم يوفرون المزيد من الإمكانات، ما قد يساعد النظام على التوسع بسهولة أكبر.

تُعد شبكات مشاركة الملفات الكلاسيكية مثالاً جيدًا على أنظمة النظير إلى النظير. يخزن جهاز كمبيوتر كل مستخدم أجزاءً من الملفات ويرفعها إلى العُقد الأخرى، مع تحميل أي أجزاء مفقودة.

تتميز أنظمة النظير إلى النظير بقدرة أكبر على مقاومة نقاط الفشل الفردية مقارنةً بأنظمة العميل والخادم. فإذا توقف أحد النظراء عن العمل، فعادةً ما يستمر النظام بأكمله في العمل لأن النظراء الآخرين يحتفظون بنسخ من البيانات أو يمكنهم توجيه البيانات حول العقدة المتعطلة.

الأنظمة متعددة المستويات

تعمل الأنظمة متعددة المستويات على توسيع نطاق نموذج العميل والخادم الأساسي وتنظيمه في طبقات متعددة ومنفصلة بوضوح، ولكل منها وظيفتها الخاصة. وأكثر الأشكال شيوعًا هي الأنظمة ثنائية المستوى، والثلاثية المستوى، وذات المستويات المتعددة.

النظام ثنائي المستوى هو اسم آخر لبنية العميل والخادم. يحتوي العميل على معظم منطق التطبيق ويتواصل مباشرة مع قاعدة بيانات الخادم لتشغيل الاستعلامات والتحديثات. العملية بسيطة، لكنها تربط واجهة المستخدم بالبيانات بشكل وثيق. ومن ثَم، يمكن لأي تغيير في بنية البيانات أن يفرض تغييرات على العديد من العملاء الآخرين.

تستخدم البُنى ثلاثية المستوى ثلاث طبقات. طبقة العرض وهي تتعامل مع واجهة المستخدم (صفحات الويب، وواجهات المستخدم للهاتف المحمول، وواجهات المستخدم لسطح المكتب). وطبقة التطبيق—أو "منطق الأعمال"—وهي تنفذ القواعد و سير العمل (عمليات التحقق، والعمليات الحسابية، واتخاذ القرارات). وطبقة البيانات وهي تخزن البيانات وتسترجعها من قواعد بيانات موزعة أو أنظمة تخزين أخرى.

تعمل الأنظمة ذات المستويات المتعددة على توسيع فكرة الطبقات الثلاث من خلال إضافة طبقات أكثر تخصصًا. فعلى سبيل المثال، قد تقرر فرق تكنولوجيا المعلومات إنشاء واجهة برمجة تطبيقات (API) منفصلة أو طبقة خدمات تعرض نقاط نهاية REST أو GraphQL. كما قد تفصل طبقة المصادقة و التشفير للتعامل مع عمليات تسجيل دخول المستخدمين والرموز.

تتبع المستويات الإضافية مبدأ المستويات الثلاثة الأولى نفسه. فكل مستوى له مسؤولية أساسية واحدة، وتتواصل المستويات من خلال واجهات محددة جيدًا. تسمح هذه المرونة للفرق بالعمل على مستويات مختلفة أو ترقيتها أو استبدالها بشكل مستقل، وربما حتى استخدام تقنيات مختلفة لكل منها.

تُستخدم الأنظمة متعددة المستويات بشكل شائع لتشغيل مواقع التجارة الإلكترونية والتطبيقات المصرفية.

أنظمة المجموعات الحاسوبية

المجموعة الحاسوبية هي مجموعة من أجهزة الكمبيوتر الموجودة بالقرب من بعضها والتي تعمل كما لو كانت جهازًا واحدًا أكثر قوة. تكون العُقد في المجموعة مترابطة بإحكام، لذا فهي عادةً:

  • متواجدة في مكان مادي واحد (الغرفة نفسها أو مركز البيانات نفسه).

  • متصلة عبر روابط فائقة السرعة، مثل شبكات المنطقة المحلية عالية النطاق الترددي (LANs) أو وصلات الربط المتخصصة.

  • تستخدم أجهزة وأنظمة تشغيل مماثلة أو متطابقة.

نظرًا إلى أن العُقد متشابهة ومترابطة جيدًا، يمكن للمجموعة الحاسوبية تقسيم المهام الكبيرة إلى أجزاء أصغر للمعالجة المتوازية على عُقد مختلفة، ثم دمج النتائج.

تُدار المجموعات الحاسوبية بواسطة برامج خاصة مثل البرامج الوسيطة للمجموعات الحاسوبية أو المجدول أو مدير الموارد. تحدد هذه البرامج العُقد التي ستُنفذ المهام، وتتابع سلامة العُقد، وتدير عملية توجيه البيانات، وتوازن أحمال التشغيل عبر العُقد. وهذه الطبقة الإدارية هي التي تحول "مجموعة من أجهزة الكمبيوتر على الشبكة" إلى مجموعة حاسوبية. فهي تتيح للمستخدمين إرسال المهام إلى المجموعة الحاسوبية ككل، بدلاً من تسجيل الدخول إلى كل جهاز يدويًا.

تُعد أنظمة المجموعات الحاسوبية مفيدة في الحالات التي تتطلب حوسبة فائقة الأداء، مثل تحليل البيانات الضخمة ، وتدريب نماذج الذكاء الاصطناعي، وإجراء المحاكاة العلمية.

أنظمة الحوسبة الشبكية

تتمحور الحوسبة الشبكية حول تجميع العديد من أجهزة الكمبيوتر المستقلة—والمنتشرة غالبًا عبر مدن وبلدان مختلفة—وجعلها تتعاون في مهمة حسابية واحدة كبيرة.

قد ينتمي كل جهاز مشارك في الشبكة إلى مؤسسة أو شخص مختلف. وقد تحتوي جميعها على وحدات معالجة مركزية وأحجام ذاكرة وأنظمة تشغيل وسياسات محلية مختلفة. ومع ذلك، تتفق جميعها على مشاركة جزء من مواردها الفائضة لحل المشكلات المشتركة.

ونظرًا إلى أن الشبكة تمتد عبر عدة نطاقات إدارية، فلا توجد أي مؤسسة تمتلك أو تتحكم بشكل كامل في جميع الأجهزة. وهذا هو الفرق الأساسي بين الشبكات والمجموعات الحاسوبية، حيث تمتلك مؤسسة واحدة خوادم متواجدة في مركز بيانات واحد وتديرها.

في نظام الشبكة، تظل كل عقدة مستقلة. ويمكنها الانضمام أو الخروج من الشبكة، ولديها مدير موارد محلي خاص بها، وقد يكون لها قواعد أمان أو أولويات مختلفة. توفر البرامج الوسيطة للشبكة طبقة مشتركة لإرسال المهام، واكتشاف الموارد المتاحة، وجدولة المهام، ونقل البيانات، وجمع النتائج. تُتيح هذه البرامج الوسيطة للشبكة بأكملها العمل كجهاز كمبيوتر عملاق افتراضي بالنسبة إلى المستخدمين النهائيين.

عندما يرسل المستخدم مهمة كبيرة (مثل محاكاة طي البروتين أو حساب المخاطر المالية)، تعمل البرامج الوسيطة تلقائيًا على تقسيم المهمة إلى العديد من المهام الصغيرة. ثم تبحث عن الأجهزة الخاملة أو غير المستغلة في أي مكان في الشبكة لتعيين أجزاء من المهمة لها. ويعمل كل جهاز على الجزء الخاص به، ثم تُرسل النتائج المجمعة في الإجابة النهائية.

والأهم من ذلك، أن عُقد الشبكة ليست مخصصة فقط للشبكة. فقد تكون أجهزة سطح مكتب أو خوادم عادية تتبرع بدورات معالجة فائضة عندما لا تكون مشغولة بعملها المحلي الأساسي.

أنظمة الحوسبة السحابية

الأنظمة الموزعة القائمة على السحابة مبنية على مراكز بيانات ضخمة يديرها مزودو السحابة.

وبدلاً من امتلاك خوادم مادية، تستأجر المؤسسات موارد الحوسبة الموزعة عبر الإنترنت. وتُعرض هذه الموارد على شكل أجهزة افتراضية (VMs)، و حاويات، وقواعد بيانات، وقوائم انتظار، وخدمات مدارة أخرى.

تتميز أنظمة السحابة، قبل كل شيء، بالمرونة. يمكن للمؤسسات طلب المزيد من إمكانات الحوسبة أو التخزين أو الشبكة عند زيادة أحمال التشغيل وتحرير الموارد عند انخفاض الحمل. كما أنها تُمكِّن الشركات من الدفع مقابل الموارد التي تستخدمها فقط، بدلاً من شراء الأجهزة مقدمًا.

بفضل الأنظمة السحابية، يمكن لفرق تكنولوجيا المعلومات تنفيذ عمليات توسع أفقي ديناميكية. تراقب مجموعات التحجيم التلقائي—وهي مجموعات منطقية من مثيلات الخوادم المتماثلة—مقاييس أحمال التشغيل رصدًا للتقلبات. وعندما يتجاوز الحمل الحدود المحددة، تشغّل أدوات الأتمتة المزيد من مثيلات الخدمة. وعندما ينخفض الحمل، تغلق المثيلات الإضافية تلقائيًا لتوفير المال.

بُنى الخدمات المصغرة

بُنى الخدمات المصغرة هي أنظمة موزعة على مستوى التطبيق تستخدم عدة عناصر مستقلة تعمل على أجهزة مختلفة لتطوير تطبيقات برمجية.

وعلى عكس التطبيقات المتجانسة، لا تحتوي أي خدمة مصغرة في بنية الخدمات المصغرة على التطبيق بالكامل. بل تُعد كل خدمة مصغرة خدمة صغيرة مستقلة (لها تعليماتها البرمجية الخاصة وعادةً مخزن البيانات الخاص بها) مسؤولة عن مهمة معينة وتعمل بشكل مستقل عن الحاويات الأخرى.

وبما أنها مستقلة، يمكن تطوير الخدمات المصغرة ونشرها وتوسيع نطاقها بشكل مستقل، لكن مزايا النظام تكمن في التعاون بين الخدمات المصغرة.

عندما يرسل المستخدم طلبًا، يُنشئ العميل رسالة ويرسلها إلى جهاز طرفي (مثل موازن التحميل أو بوابة واجهة برمجة التطبيقات). يرسل الجهاز الطرفي الطلب إلى الخدمة المصغرة المناسبة. تقرأ الخدمة المصغرة الرسالة، وتشغّل منطق عملها الخاص، ثم ترسل استجابة إلى الجهاز الطرفي الذي ينقل الاستجابة إلى المستخدم.

حالات استخدام الأنظمة الموزعة

الأنظمة الموزعة منتشرة على أرض الواقع. فالعديد من الأدوات والخدمات التي يستخدمها الأشخاص للترفيه والأعمال والإدارة المالية مبنية على أنظمة موزعة.

الشبكات الخلوية

تتكون الشبكة الخلوية من العديد من المحطات القاعدية (أبراج الاتصالات أو الهوائيات الصغيرة) المنتشرة عبر المناطق، وكلها متصلة بالشبكات الأساسية للمزود وبالإنترنت. وعندما يتحرك المستخدمون بهواتفهم المحمولة، تنتقل إشارة الهاتف من برج إلى آخر من دون أن يلاحظ المستخدم.  

شبكات توصيل المحتوى (CDNs)

شبكة توصيل المحتوى (CDN) هي شبكة موزعة جغرافيًا من خوادم الوكلاء ومراكز البيانات تخزن المحتوى (الصور، والفيديوهات، والصفحات) بشكل مؤقت بالقرب من المستخدمين. يُنسخ المحتوى عبر العديد من العُقد. وعندما يزور المستخدم موقعًا إلكترونيًا، يُوجّه طلبه إلى خادم طرفي قريب (بدلاً من توجيهه إلى الخادم الأصلي) للمعالجة. يساعد هذا الترتيب الشبكة على تقديم المحتوى المطلوب بشكل أسرع.

خدمات البث

تعتمد منصات البث الكبيرة بشكل كبير على الأنظمة الموزعة. فهي تستخدم خوادم مجمعة في مراكز بيانات متعددة لتخزين محتوى الفيديو. كما أنها تستخدم شبكات تقديم المحتوى (CDNs) لتقسيم المحتوى ونسخه وتخزينه مؤقتًا بحيث يمكن تقديم تدفقات المحتوى—عند الطلب—لملايين المستخدمين في جميع أنحاء العالم.

أنظمة سلسلة الكتل

شبكة سلسلة الكتل (مثل العملات الرقمية) هي شبكة موزعة من نظير إلى نظير تحتفظ العديد من العُقد عليها بنسخ من سجل الحسابات العامة وتتفق على المعاملات الجديدة من خلال خوارزمية إجماع. تخزن كل عقدة السلسلة كاملةً (أو جزءًا منها) وتتحقق من صحة الكتل الجديدة وتشاركها مع عُقد أخرى، بحيث يُجرى توزيع البيانات ومهام الحوسبة فعليًا.

مزايا الأنظمة الموزعة

  • قابلية التوسع: تتفوق أنظمة الحوسبة الموزعة في التوسع الأفقي، ما يُمكِّن المؤسسات ببساطة من إضافة المزيد من العُقد إلى الشبكة عندما تزداد أحمال التشغيل، بدلاً من الاستثمار في ترقيات مكلفة لخادم واحد.
  • الموثوقية وتحمل الأعطال: من خلال القضاء على نقاط الفشل الفردية، توفر الأنظمة الموزعة تكرارًا مدمجًا يحافظ على عمل التطبيقات لدى المستخدمين، حتى عندما تفشل العُقد الفردية.
  • كفاءة استهلاك الموارد وتوفير التكاليف: تُمكّن البُنى الموزعة المؤسسات من تطوير بيئات حوسبة فائقة الإمكانات باستخدام مجموعات حاسوبية من الأجهزة القياسية منخفضة التكلفة بدلاً من الحواسيب العملاقة المتخصصة المكلفة.
  • التوزيع العالمي وسهولة الوصول: يمكن للأنظمة الموزعة نشر التطبيقات بالقرب من المستخدمين حول العالم، ما يقلل من زمن الانتقال من خلال تلبية الطلبات من العُقد الأقرب جغرافيًا.

مؤلف

Chrystal R. China

Staff Writer, Automation & ITOps

IBM Think

حلول ذات صلة
IBM Instana Observability

استفِد من إمكانات الذكاء الاصطناعي والأتمتة لحل المشكلات بشكل استباقي عبر مجموعة التطبيقات.

استكشف IBM Instana Observability
حلول قابلية الملاحظة من IBM

عزّز مرونتك التشغيلية إلى أقصى حد، واضمن سلامة تطبيقات السحابة الأصلية عبر قابلية الملاحظة المدعومة بالذكاء الاصطناعي.

استكشف حلول IBM Observability
الذكاء الاصطناعي لعمليات تقنية المعلومات من IBM Consulting®

تمكَّن من رفع مستوى أتمتة وتشغيل تكنولوجيا المعلومات باستخدام الذكاء الاصطناعي التوليدي، مع ضمان توافق كل جانب من جوانب البنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات مع أولويات الأعمال.

اكتشِف الذكاء الاصطناعي لعمليات تقنية المعلومات من IBM Consulting
اتخذ الخطوة التالية

اكتشِف كيف توفِّر IBM Instana مراقبة أداء التطبيقات في الوقت الفعلي ورؤًى مدعومة بالذكاء الاصطناعي، متاحة كخدمة SaaS أو للتشغيل الداخلي.

  1. استكشف IBM Instana Observability
  2. شاهد الميزة بصورة عملية