Entwerfen verteilter Systeme: Der endgültige Leitfaden • BUOM

17. Juni 2021

Kenntnisse im Bereich Distributed Systems Engineering können Ihnen bei der Entscheidung helfen, ob eine Karriere in diesem Bereich der richtige Schritt ist. Unabhängig von Ihren bisherigen Qualifikationen kann sich die Ausbildung zum Distributed Systems Engineer direkt auf Ihre Karriereaussichten auswirken. Die Arbeit in der Entwicklung verteilter Systeme ist ein wertvoller Karriereschritt, erfordert jedoch Forschung und Engagement. In diesem Artikel besprechen wir, was verteilte Systemtechnik ist, was ein verteilter Systemingenieur macht, was die Grundelemente des Fachgebiets sind und geben Antworten auf die am häufigsten gestellten Fragen zu diesem Thema.

Was ist verteilte Systemtechnik?

Die Entwicklung verteilter Systeme ist ein Bereich der Softwareentwicklung, der sich mit Systemen befasst, deren Komponenten sich auf verschiedenen Computern im selben Netzwerk befinden. Ein verteiltes System nutzt also mehrere Computer, die sich koordinieren und miteinander kommunizieren, um ein gemeinsames Ziel zu erreichen.

Die wichtigsten Merkmale verteilter Systeme sind:

Heterogenität

Diese Systeme müssen in mehreren Netzwerken, verschiedenen Arten von Computerhardware, Programmiersprachen, Betriebssystemen und unterschiedlichen Implementierungen durch mehrere Entwickler ausgeführt werden können.

Offenheit

Ein verteiltes System ist per Definition offen, was die verwendete Hard- und Software betrifft. Die Elemente, die seine Offenheit ausmachen:

• Eine veröffentlichte Schnittstelle, in der alle ihre Komponenten klar benannt und definiert sind.

• Standardisierte Komponentenschnittstellen

• Jede hinzugefügte Komponente, die problemlos in bestehende integriert werden muss

Ressourcen teilen

Jede vorhandene Ressource in einem verteilten System muss für den direkten oder Fernzugriff von mehreren Computern im System verfügbar sein. Hardwarekomponenten wie Festplatten und Drucker werden gemeinsam genutzt, um Kosten und Komfort zu senken, während Daten und Softwarekomponenten gemeinsam genutzt werden, um einen konsistenten Informationsaustausch sicherzustellen.

Skalierbarkeit

Ein verteiltes System muss wachstumsfähig sein, was bedeutet, dass es mit einem erheblichen Anstieg der Anzahl der Benutzer zurechtkommen muss. Obwohl die Anzahl der Computer in einem Netzwerk normalerweise mit der Anzahl der Benutzer wächst, sollten die Komponenten so konzipiert sein, dass sie nicht geändert werden müssen, wenn das System wächst. Sie müssen skalierbar sein und sich natürlich an mehr Benutzer anpassen.

Parallelität

Unter Parallelität versteht man die Fähigkeit eines verteilten Systems, mehrere Aufgaben gleichzeitig auszuführen. Dies erfordert, dass alle Komponenten, die auf verschiedenen Maschinen im Netzwerk laufen, ihre Aktionen in einer bestimmten Reihenfolge ausführen und miteinander kommunizieren. Parallelität innerhalb eines verteilten Systems macht es normalerweise effizienter und reduziert seine Latenz.

Transparenz

Ein verteiltes System muss sowohl von Benutzern als auch von Programmierern als eine einzelne Einheit und nicht als mehrere zusammenarbeitende Objekte betrachtet werden. Es sollte auch Transparenz hinsichtlich verschiedener Elemente wie Standort, Zugangspunkte und Replikationspotenzial aufweisen.

Fehlertoleranz

Benutzer verlassen sich in der Regel darauf, dass verteilte Systeme jedes Mal reibungslos funktionieren, wenn sie sie verwenden müssen. Die Ingenieure, die es einrichten, müssen sicherstellen, dass die Hardware-, Software- und Netzwerkkomponenten so konfiguriert sind, dass das System den Benutzern auch dann zur Verfügung steht, wenn etwas nicht wie erwartet funktioniert.

Was macht ein verteilter Systemingenieur?

Die Rolle eines Ingenieurs für verteilte Systeme und die damit verbundenen Aufgaben hängen weitgehend von der genauen Art der Stelle ab, wobei jede Organisation leicht unterschiedliche Anforderungen und Ansichten über die Position hat. Sobald sie ein tiefes Verständnis des verteilten Systems haben, an dem sie arbeiten müssen, sind sie in der Regel für die Erstellung datenzentrierter Anwendungen verantwortlich, die mehrere Komponenten im System nutzen, für alle Benutzer gut funktionieren und skalierbar sind.

Zu den Schlüsselqualifikationen für die Rolle des Distributed Systems Engineer gehören:

• Bachelor- oder Master-Abschluss in Informatik oder einem ähnlichen Bereich

• Gründliche Kenntnisse aller Grundkonzepte im Zusammenhang mit Computern und Elektronik im Allgemeinen

• Erfahrung im Entwerfen, Implementieren und Warten datenzentrierter und skalierbarer Anwendungen

• Direkte Erfahrung mit verteilten Systemen

• Tiefes Verständnis aller grundlegenden Konzepte der Informatik

• Fähigkeit und Bereitschaft, direkt mit Endbenutzern zu interagieren und relevantes Feedback zu sammeln, das dann zur Verbesserung des verteilten Systems verwendet werden kann.

Vorteile verteilter Systeme

Zu den wichtigsten Vorteilen des Entwurfs, der Implementierung und der Wartung eines verteilten Systems gehören:

• Zuverlässigkeit: Die Synchronisierung einer großen Anzahl von Computern, die gleichzeitig kleine Aufgaben ausführen und ständig miteinander kommunizieren, kann zu einem sehr zuverlässigen System führen. Der Grund dafür ist, dass aufgrund der fehlenden Zentralisierung ein einzelner Fehler nicht das gesamte System stoppen kann.

• Horizontale Skalierbarkeit. Neben der Möglichkeit, mit der Anzahl der Benutzer zu skalieren und zu wachsen, erleichtern verteilte Systeme auch die horizontale Skalierung durch das Hinzufügen neuer Features und Funktionen. Dadurch können Endbenutzer die Funktionalität ihrer Systeme nach Bedarf erweitern.

• Hohe Leistung: Die von einem verteilten System auszuführende Aufgabe wird normalerweise in kleine Teile aufgeteilt und von mehreren Computern gleichzeitig verarbeitet. Dies bedeutet, dass mehrere Aufgaben gleichzeitig ausgeführt werden können, was den Gesamtbedarf an Zeit und Ressourcen reduziert.

Häufig gestellte Fragen zum Entwurf verteilter Systeme

Betrachten Sie diese häufig gestellten Fragen zur Entwicklung verteilter Systeme:

Was sind die beiden wichtigsten Funktionsweisen verteilter Systeme?

Verteilte Systeme funktionieren im Wesentlichen auf zwei Arten:

• Jeder Computer im Netzwerk arbeitet mit anderen zusammen, um ein gemeinsames Ziel zu erreichen, und der Endbenutzer sieht das Ergebnis als eine Hauptaufgabe.

• Jeder Computer im Netzwerk wird von einem unabhängigen Endbenutzer gesteuert, und ein verteiltes System ermöglicht es verschiedenen Benutzern, verschiedene Ressourcen und Dienste gemeinsam zu nutzen.

Was sind die Haupttypen verteilter Systeme?

Es gibt vier Haupttypen verteilter Systeme:

• Client-Server: Der Client stellt eine Verbindung zum Server her, um Daten zu empfangen, diese zu formatieren und dem Endbenutzer anzuzeigen.

• Dreischichtig: Clientinformationen werden in der mittleren Schicht gespeichert, was die Bereitstellung von Anwendungen erleichtert.

• N-Tier: N-Tier wird hauptsächlich in Situationen verwendet, in denen eine Anwendung oder ein Server bestimmte Anforderungen an andere Unternehmensdienste im selben Netzwerk weiterleiten muss.

• Peer-to-Peer-Netzwerk: Es werden keine Maschinen verwendet, um Endbenutzern verschiedene Dienste bereitzustellen oder Ressourcen zu verwalten. Jede Maschine im System trägt die gemeinsame Verantwortung und kann je nach Situation entweder ein Client oder ein Server sein.

Ist das Internet ein verteiltes System?

Obwohl das Internet oft als eine Plattform betrachtet wird, auf der verteilte Systeme funktionieren, entspricht es auch der Definition eines verteilten Systems, da es aus einer großen Anzahl unabhängiger Geräte besteht, ohne dass ein einzelner Computer für seine Leistung verantwortlich ist.