“Distribuovaný systém je soubor nezávislých počítačů (uzlů), které se uživatelům jeví jako jeden jediný systém.”

• Tanenbaum

Princip

1. Spolupráce: Uzly samy o sobě úkol nezvládnou (nebo by to trvalo dlouho). Musí si práci rozdělit.

2. Middleware: Aby to fungovalo, existuje softwarová vrstva (nad operačním systémem, ale pod aplikací), která řeší, že data jsou jinde, pády uzlů a formátování zpráv. Bez middlewaru je to jen síť počítačů, ne distribuovaný systém.

3. Message Passing: Protože nemáme sdílenou paměť, veškerá synchronizace a výměna dat se děje posíláním jedniček a nul po drátě.

Motivace

Proč implementovat distribuovaný systém.

1. Scaling:
   • Je levnější koupit 100 běžných serverů než 1 superpočítač (mainframe).
   • Horizontální škálování: Když systém nestíhá, prostě se přidá další levný počítač.
2. Spolehlivost a dostupnost
   • single point of failure (SPOF): Pokud máš jeden stroj a ten shoří, končíš (centralizovaný systém).
   • V distribuovaném systému, když jeden uzel vypadne, ostatní převezmou práci (při dobré implementaci). Systém běží dál.
3. Výkon
   • Paralelní zpracování. 10 procesorů spočítá úlohu rychleji než 1. (většinou)
     • samozřejmě musíme počítat s tím, že samotná mezikomunikace a její algoritmy je velký overhead
4. Vlastní povaha problému:
   • Někdy musí být systém distribuovaný. Např. bankomaty jsou fyzicky na různých místech, ale musí komunikovat s centrálou. Nebo chatovací aplikace – uživatelé jsou po celém světě.

Hlavní problémy

“Distribuovaný systém je takový systém, kde selhání počítače, o kterém jste ani nevěděli, že existuje, může způsobit nefunkčnost vašeho vlastního počítače.”

• Leslie Lamport

• Síť je nespolehlivá: zprávy se mohou ztratit, zpozdit nebo přijít ve špatném pořadí.
• Neexistují “globální hodiny”: Každý počítač má svůj čas. Je hrozně těžké říct, co se stalo dřív (událost A na serveru v Praze nebo událost B na serveru v New Yorku?). (více v Synchronizace a koordinace)
• Bezpečnost: Data létají po síti, je snazší je odposlouchávat.
• Složitost softwaru: Naprogramovat uzly tak, aby se to “jevily jako jeden systém”, je složité.
• Nekonzistentnost stavu

[!note] Chceme se obecně vyhnout centralizovaným věcem Tedy globálním hodinám, centralizovaným uzlům, myšlence že všechny uzly mají přístup ke všem informacím

[!important] U návrhu distribuovaného systému by se mělo předejít předpokladům že:

• Síť je spolehlivá,zabezpečená, homogenní, má nulovou latenci a neomezenou kapacitu
• Topologie se nemění
• Je jeden administrátor

Architektury

Zde definujeme logické uspořádání komponent a jejich role.

client-server

peer-to-peer (P2P)

Komunikace v distribuovaných systémech

Stavovost

V distribuovaných systémech má stavovost zásadní význam, protože stav není soustředěn na jednom místě, ale je rozprostřen mezi více uzly, které spolu komunikují přes síť. To přináší nové problémy, které v lokálním systému vůbec neexistují.

Spolehlivost distribuovaného systému

Spolehlivost distribuovaného systému popisuje, nakolik lze systému důvěřovat, že bude dlouhodobě poskytovat správnou službu navzdory chybám, poruchám a nepředvídatelným podmínkám prostředí.

Synchronizace a koordinace

V distribuovaných systémech chybí sdílená paměť a globální hodiny. To vede k nutnosti explicitní koordinace procesů. Řešíme dva hlavní okruhy problémů:

1. Synchronizace času: Jak sjednotit pohled na čas (fyzický nebo logický).
2. Koordinace akcí: Jak zajistit, aby procesy spolupracovaly a nepřekážely si (vyloučení, volba leadera, konsenzus).

Distribuovaná sdílená paměť (DSM)

Distribuovaná sdílená paměť je softwarová vrstva (middleware), která umožňuje procesům na různých uzlech přistupovat k datům tak, jako by byly v jedné společné RAM, přestože ve skutečnosti probíhá pod kapotou posílání zpráv (message passing).

správa prostředků a procesů v distribuovaném systému

Tato sekce řeší, jak efektivně využívat hardware (CPU, paměť) napříč celým systémem.

Masivně distribuované systémy

• Extrémní škálování