分散式系統 Distributed Systems_Chapter 02: Architectures_Week2筆記
軟體架構 (Software architectures) :
說明各種軟體元件是如何組織的，以及它們應該如何互動。
分散式系統中軟體架構目標：
透過提供中介層 (middleware layer)，將應用程式與底層平台分離。
系統架構（System Architecture）：
系統架構（System Architecture）：
決定軟體元件、它們之間互動方式，以及它們的部署位置，最終形成一具體的軟體架構實例。
Architectural styles
- (replaceable) components with well-defined interfaces
可替換的元件之間透過明確定義的介面彼此互動 - the way that components are connected to each other
元件之間的連接方式 - the data exchanged between components
元件間交換的資料 - how these components and connectors are jointly configured into a system.
系統的整體配置，元件與連接器如何組合成一個完整的系統。
連接器 (Connector):是一種機制，用來調節元件之間的通訊 (communication)、協調 (coordination)、合作 (cooperation)。例如:用於遠端程序呼叫(RPC)、訊息傳遞(messaging)或資料串流(streaming)的機制。
Layered architecture
- Pure layered org : Only downcalls to the next lower layer are made.
- mixed layered org : take layer n-1. There’s an app called A. this will invoke an OS library that’s available in layer n-3. AS WELL as n-3, A will call layer n-2,wihich holds a maths library . maths library itself relies on OS library in layer n-3! So n-2 has to call n-3 as well.
- layered org with upcall : Have a lower layer do an upcall to its next higher layer
典型的 三層架構（Three-tier architecture）：介面層、邏輯層、資料層。
- 應用介面層（Application-interface layer）：包含與使用者或外部應用程式互動的單元。
- 處理層（Processing layer）：包含應用程式的功能，即不依賴特定資料的部分。
- 資料層（Data layer）：包含用戶端希望透過應用程式元件操作的資料。
Centralized system architectures
Client–Server Model
- 伺服器(Server-Side):負責提供服務的processes
- 用戶端(Client-Side):負責存取使用、消費服務的processes
- Clients and servers can be on different machines
- Clients follow request/reply model with respect to using services
- 冪等性（Idempotent）：某個操作可以被重複執行多次而不會造成額外影響或傷害。
Multi-tiered centralized system architectures
- Single-tiered: dumb terminal/mainframe configuration
- Two-tiered: client/single server configuration
- Three-tiered: each layer on separate machine
=>例如:Being client and server at the same time
替代性組織方式（Alternative organizations）
- 垂直分佈(Vertical distribution):不同機器扮演不同角色，將不同層級分散到多台機器上。。
- 水平分佈(Horizontal distribution):多台機器扮演相似角色。
Ex:將一個資料庫分散到多台伺服器，以提升效能與可靠性。 - 點對點架構(Peer-to-peer architectures):所有程序都是平等的。每個程序同時扮演 用戶端（client） 與 伺服器（server） 的角色。並且都具備需要執行的功能。這種雙重角色有時被稱為 「servant」（既是 server 又是 client）。
Structured P2P
- 有控制的 (controlled) overlay topology，peers 之間的連結是固定的，使用 DHT。
- Key → 由雜湊函數產生，唯一對應Value (資料項目)。負責將 (key, value) 配對分散儲存在不同節點，並能根據 key 高效檢索。
- 節點在邏輯上被組織成一個環狀結構
- 每個節點都有一個m-bit identifier。
- 每個資料項目會經過雜湊運算，得到一個 m 位元的鍵值（key）。
- 此環狀結構會透過一些「捷徑連結（shortcut links）」延伸到其他節點，以加速查詢。
參考
COS 418/518: Distributed Systems Lecture 8-Distributed Hash Tables & Chord(Wyatt Lloyd)
Chord: A Scalable Peer-to-peer Lookup Protocol for Internet Applications
Unstructured P2P- 沒有明顯的 overlay topology 架構，每個節點維護一個臨時的鄰居清單。
- 由此形成的覆蓋網路類似於一個隨機圖，邊 𝑢 , 𝑣 的存在僅以某個機率 𝑃[𝑢,𝑣] 決定。
搜尋方式
洪泛（Flooding）
- 發出請求的節點 𝑢 將對資料 𝑑 的請求傳送給所有鄰居。
- 若接收節點已經看過該請求，則忽略。否則，節點 𝑣 會在本地搜尋資料 𝑑，並遞迴地將請求轉發。
- 搜尋可由存活時間（Time-To-Live, TTL） 限制，即最大跳數。
隨機漫步（Random walk）
- 發出請求的節點 𝑢 將對資料 𝑑 的請求傳送給隨機選擇的一個鄰居 𝑣。
- 如果 𝑣 沒有資料 𝑑，它會再將請求轉發給另一個隨機選擇的鄰居，如此持續下去。
階層式 P2P（Hierarchically organized P2P）
- 內容傳遞網路（Content Delivery Network, CDN）: 讓 Web 用戶端能夠就近存取頁面，從而加快存取速度。
- 超級節點（Super peers）:負責維護索引，或扮演仲介（broker）的角色。
- 弱節點（Weak peers）:以客戶端的形式連接到超級節點。
雖然純 P2P 架構強調「節點平等」，但在實務上，引入部分集中化的角色（如索引伺服器或仲介），能顯著改善效能與資源管理效率。
- 在非結構化 P2P 系統中進行搜尋時，引入索引伺服器（index servers） 可以提升效能。
- 在決定資料應該存放在哪裡時，透過 仲介（brokers） 通常能更有效率地完成。
邊緣伺服器架構（Edge-server architecture）
這是一種部署在網際網路上的系統架構，伺服器被放置在網路的邊緣位置，即企業網路與真正的網際網路之間的邊界。Ex:家用使用者透過 ISP 連接到網際網路（這被視為位於網際網路的邊緣）。在網路邊緣增加伺服器，可以協助進行運算與儲存，並優化內容與應用程式的分發。
Ref:
https://chaerim-kim.github.io/distributed%20systems/DS-3/
https://www.cnblogs.com/yan2015/p/4927875.html
https://www.cse.lehigh.edu/~chuah/courses/cse497/p2p_lecture2.1.pdf
https://www.cse.lehigh.edu/~chuah/courses/cse497/p2p_lecture3.1.pdf
https://hackmd.io/@leviliangtw/HkFDs3hCP#Week-09---Peer-to-Peer-Systems
留言
張貼留言