Punti chiave
- Un sistema distribuito è un insieme di computer o nodi collegati tra loro che operano come un unico sistema, distribuendo i carichi di lavoro tra piattaforme cloud e applicazioni su larga scala per migliorare la scalabilità e la tolleranza ai guasti.
- I sistemi distribuiti funzionano suddividendo le attività tra più nodi che comunicano attraverso una rete: in questo modo i servizi e l’elaborazione dei dati possono procedere in parallelo senza compromettere le prestazioni.
- Rispetto ai sistemi centralizzati, i sistemi distribuiti riducono i singoli punti di guasto e scalano in modo più efficiente, ma introducono anche difficoltà come la latenza e i rischi per la sicurezza.
I sistemi distribuiti vengono utilizzati, tra l’altro, nelle piattaforme cloud e nelle applicazioni su larga scala. Invece di affidarsi a un solo computer o servizio, i sistemi distribuiti ripartiscono il lavoro tra più componenti collegati tra loro.
Questa struttura è utile perché migliora la scalabilità e la tolleranza ai guasti. Introduce però anche una maggiore complessità operativa. Per questo i team IT devono capire come comunicano i sistemi distribuiti e quale impatto hanno sul monitoraggio e sulla sicurezza.
Che cos’è un sistema distribuito?
Un sistema di elaborazione distribuita è un insieme di componenti software che risiedono su computer diversi (chiamati nodi) e che operano insieme come un unico sistema.
Questi nodi comunicano tra loro per condividere dati e attività e raggiungere un obiettivo comune, garantendo il coordinamento tra più sistemi che all’utente appaiono però come uno solo. Il processo è trasparente per l’utente finale, che interagisce con un’app o un sito web.
I sistemi distribuiti si incontrano comunemente nelle applicazioni cloud, nei database distribuiti, nei cluster di container e così via. La caratteristica distintiva è il coordinamento tra componenti diversi invece dell’esecuzione su una singola macchina.
Come funzionano i sistemi distribuiti?
Non esiste un unico schema progettuale o di implementazione in grado di descrivere al meglio il funzionamento dei sistemi distribuiti. Di solito si fa riferimento a modelli diversi, allineati alle varie tipologie di business coinvolte.
Il modo migliore per capire come funzionano i sistemi distribuiti è un esempio. Immagina di dover eseguire il rendering di un video. Il video editor suddivide il processo in parti. L’algoritmo assegna poi un fotogramma a ciascuno di una dozzina di nodi, che ne completano il rendering.
Una volta terminato il fotogramma, l’applicazione assegna ai nodi un nuovo fotogramma su cui lavorare, fino al completamento dell’intero rendering.
Sistemi distribuiti e sistemi centralizzati
Un sistema centralizzato si affida a un server principale per gestire l’elaborazione o i servizi. Questo approccio è più semplice da gestire e da diagnosticare perché i componenti coinvolti sono meno numerosi.
I sistemi centralizzati possono però creare colli di bottiglia e singoli punti di guasto se il sistema principale non è disponibile. I sistemi distribuiti ripartiscono i carichi di lavoro tra nodi collegati tra loro, migliorando la scalabilità e la tolleranza ai guasti, dato che i carichi di lavoro proseguono anche se un componente si guasta.
Il compromesso è la complessità, perché i sistemi distribuiti richiedono un coordinamento più solido e una gestione accurata delle dipendenze. Problemi come la latenza e i guasti parziali possono rendere la diagnosi più difficile rispetto agli ambienti centralizzati.
Sistemi distribuiti e sistemi decentralizzati
I sistemi distribuiti e quelli decentralizzati sono concetti collegati, ma distinti. Un sistema distribuito ripartisce i carichi di lavoro tra nodi o servizi e riguarda quindi il luogo in cui avvengono l’elaborazione e la gestione dei dati.
Un sistema decentralizzato, invece, distribuisce il controllo o il processo decisionale tra i partecipanti, senza affidarsi a un’unica autorità centrale. Un sistema può essere distribuito e allo stesso tempo gestito in modo centralizzato.
Una piattaforma cloud, per esempio, può operare in regioni diverse pur restando sotto il controllo di un unico provider. Le blockchain e le reti P2P sono spesso sia distribuite sia decentralizzate, perché i carichi di lavoro e il controllo sono condivisi tra i partecipanti.
Tipologie più comuni di sistemi distribuiti
I sistemi distribuiti si possono classificare in tipologie diverse in base a come sono organizzati i nodi, a come comunicano e a come le attività vengono ripartite nel sistema.
Le tipologie sono quindi numerose: tra le più comuni ci sono i sistemi client-server, i sistemi P2P, i sistemi in cluster e i sistemi distribuiti basati sul cloud.
Sistemi client-server
Un sistema client-server è un sistema in cui un server centrale eroga servizi, mentre i vari client li richiedono attraverso una rete. In sostanza, il server gestisce i dati e l’elaborazione, mentre i client ricevono le risposte.
Alcuni esempi sono le applicazioni email, come Gmail, e i sistemi di home banking.
Sistemi peer-to-peer (P2P)
Un sistema peer-to-peer (P2P) è un sistema distribuito in cui tutti i nodi sono equivalenti e fungono sia da client sia da server, senza alcuna autorità centrale.
Un esempio molto noto sono le reti blockchain. Le blockchain funzionano come un database distribuito e decentralizzato, con i dati memorizzati su computer diversi.
Sistemi in cluster
Un sistema in cluster è un gruppo di computer collegati tra loro che operano come un unico sistema per migliorare prestazioni e affidabilità.
Le basi di questo sistema sono i nodi che lavorano in una rete strettamente connessa e la condivisione delle attività. Alcuni esempi di sistemi in cluster sono le previsioni meteorologiche e i film d’animazione.
Sistemi distribuiti basati sul cloud
Un sistema distribuito basato sul cloud utilizza un’infrastruttura cloud in cui le risorse di calcolo sono distribuite tra più data center e accessibili tramite internet. Questo sistema garantisce che le risorse siano scalabili su richiesta.
Esempi noti di sistemi distribuiti basati sul cloud sono AWS e Microsoft Azure.
Vantaggi dei sistemi distribuiti
I sistemi distribuiti offrono diversi vantaggi rispetto ai sistemi singoli. Ecco alcuni degli altri punti a favore dell’uso dei sistemi distribuiti:
- Scalabilità: puoi aggiungere server a un sistema distribuito al volo, aumentando le prestazioni e riducendo i tempi di completamento.
- Tolleranza ai guasti: i sistemi distribuiti rafforzano l’affidabilità e la tolleranza ai guasti, riducendo i rischi legati alla presenza di un singolo punto di guasto.
- Affidabilità: un sistema ben progettato può tollerare il guasto di alcuni nodi senza ripercussioni sulle prestazioni.
- Velocità: i database distribuiti sono scalabili, il che li rende più semplici da mantenere e permette di sostenere prestazioni elevate.
Difficoltà dei sistemi distribuiti
La progettazione e la manutenzione presentano numerose difficoltà, dato che i sistemi distribuiti sono più complessi degli ambienti di elaborazione monolitici. I problemi potenziali sono molti, ma tra i più comuni ci sono i seguenti:
- Maggiori possibilità di guasto: un sistema non progettato correttamente può portare all’indisponibilità dell’intero sistema.
- Difficoltà di sincronizzazione: i sistemi distribuiti richiedono una pianificazione attenta per garantire che i processi siano sincronizzati ed evitare errori.
- Scalabilità imperfetta: realizzare un sistema distribuito efficace, che massimizzi la scalabilità, è difficile, perché occorre tenere conto di diversi aspetti problematici.
- Sicurezza complessa: gestire un gran numero di nodi comporta numerose sfide per la sicurezza. Un singolo anello debole in un file system può esporre l’intero sistema agli attacchi.
- Maggiore complessità: i sistemi distribuiti sono più complessi da progettare e da comprendere rispetto agli ambienti di elaborazione tradizionali.
Come i team IT dovrebbero gestire i sistemi distribuiti
La gestione dei sistemi distribuiti richiede visibilità su servizi e dipendenze. I team dovrebbero mantenere inventari accurati di nodi, database e servizi di supporto, così da capire come interagiscono i vari componenti.
Il monitoraggio dovrebbe concentrarsi sullo stato dei servizi e sulle prestazioni delle dipendenze, non soltanto sui singoli server. Strumenti centralizzati di logging e tracing aiutano i team a individuare più rapidamente le cause principali durante gli incidenti.
Infine, i team IT dovrebbero applicare una gestione della configurazione coerente e controlli di accesso con privilegi minimi su tutti i servizi. Una chiara attribuzione delle responsabilità e una buona documentazione sono essenziali per ridurre la confusione operativa.
Migliorare la scalabilità progettando un sistema distribuito adeguato
I sistemi distribuiti aiutano le organizzazioni a scalare i carichi di lavoro e a ridurre la dipendenza da un singolo componente. Introducono però nuove difficoltà operative legate a latenza, guasti parziali, coerenza, monitoraggio e ripristino.
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