Coordenar vários nós independentes para que funcionem como um todo unificado não é uma tarefa simples. Para isso, os sistemas distribuídos dependem de vários componentes e princípios básicos para garantir que o sistema funcione de forma eficiente e otimizada. Confira abaixo os principais elementos que definem essa abordagem

• Escalabilidade
  A escalabilidade refere-se à capacidade do sistema de acomodar o crescimento sem comprometer o desempenho. Para isso, nós ou recursos são adicionados à medida que a demanda aumenta, o que permite que o sistema lide com cargas de trabalho maiores e um número crescente de usuários, sem falhar.
  

• Compartilhamento de recursos
  Sistemas distribuídos compartilham hardware, software e dados em vários nós. Dessa forma, vários recursos podem ser usados com mais eficácia, garantindo que nenhum componente seja sobrecarregado.
  


• Abertura
  A abertura descreve como um sistema distribuído pode ser facilmente integrado a novas tecnologias e acomodar mudanças. Os sistemas abertos promovem flexibilidade ao facilitar a interoperabilidade e a extensibilidade, permitindo que as organizações desenvolvam sua infraestrutura de TI com o tempo.

• Simultaneidade
  A simultaneidade é a capacidade do sistema de lidar com várias tarefas simultaneamente. Espalhando operações por vários nós, um sistema distribuído possibilita um processamento eficiente, mesmo quando diferentes usuários ou aplicações executam tarefas sobrepostas.

• Tolerância à falha
  A tolerância à falha garante a confiabilidade do sistema, mesmo diante de falhas de hardware ou software. Os sistemas distribuídos conseguem isso detectando e eliminando rapidamente pontos únicos de falha, redistribuindo tarefas e mantendo a funcionalidade sem reduzir significativamente o desempenho.


• Transparência
  Embora possa parecer contraditório, nos sistemas distribuídos, a “transparência” oculta as complexidades da infraestrutura subjacente dos usuários e das aplicações. Isso significa que os usuários podem interagir com o sistema sem precisar saber como os recursos são distribuídos ou gerenciados, simplificando a experiência e garantindo a privacidade dos dados.

 

Em termos de estrutura, os sistemas distribuídos são o oposto polar das infraestruturas centralizadas mais tradicionais. Enquanto os sistemas centralizados (ou “monolíticos”) dependam de um único ponto de controle, os sistemas distribuídos aproveitam uma abordagem descentralizada em que vários nós colaboram para atingir metas comuns.

Sistema centralizado 
Um sistema centralizado é aquele em que todas as tarefas de computação, o armazenamento de dados e a tomada de decisões são controlados por um único servidor ou nó central. Dispositivos periféricos ou usuários interagem diretamente com esse nó central, que serve como o hub primário para todas as atividades. 

• Ponto único de controle
  Todas as tomadas de decisões e gestão de recursos ocorrem no nó central, criando uma hierarquia clara. 
• Gestão centralizada de dados
  Os dados são armazenados e processados em um único local, simplificando a administração, mas potencialmente criando gargalos. 
• Simplicidade no gerenciamento
  Com um ponto de controle único, sistemas centralizados são mais fáceis de gerenciar e coordenar, tornando-os adequados para ambientes de pequena escala ou menos complexos. 
• Possíveis vulnerabilidades
  Um ponto único de falha pode resultar em tempo de inatividade ou em interrupção se o nó central encontrar problemas. Além disso, a alta demanda no nó central pode causar atrasos ou congestionamento. 
• Desenvolvimento linear
  Em sistemas centralizados, o desenvolvimento normalmente segue uma abordagem linear, com equipes trabalhando sequencialmente em componentes. Isso pode retardar o processo, pois as alterações geralmente dependem da conclusão de tarefas anteriores. 

Sistema distribuído 
Por outro lado, um sistema distribuído distribui tarefas de computação, gestão de dados e tomada de decisões entre vários nós independentes que se comunicam e colaboram através de uma rede. 

• Controle descentralizado
  Nenhum nó único mantém autoridade sobre todo o sistema. Em vez disso, cada nó opera de forma autônoma e contribui para a funcionalidade geral do sistema. 
• Tolerância à falha
  Sistemas distribuídos minimizam o impacto de falhas redistribuindo tarefas entre outros nós, garantindo desempenho ininterrupto. 
• Escalabilidade aprimorada
  Esses sistemas podem crescer adicionando mais nós, tornando-os adequados para lidar com cargas de trabalho maiores e expandir as bases de usuários. 
• Colaboração entre nós
  Em um sistema distribuído, os nós compartilham recursos e informações e operam em conjunto para processar dados e fornecer serviços com eficiência. 
• Desenvolvimento modular
  Sistemas distribuídos ajudam no desenvolvimento modular, em que as equipes podem trabalhar simultaneamente em diferentes componentes ou serviços, aumentando a velocidade e a flexibilidade do desenvolvimento. 
• Atualizações mais frequentes
  Devido à sua arquitetura modular, os sistemas distribuídos podem implementar atualizações frequentes e incrementais ao longo do ano, permitindo uma implantação mais rápida de novos recursos e melhorias.  
• Recursos de desenvolvimento paralelo
  A estrutura descentralizada de sistemas distribuídos permite que várias equipes de desenvolvimento trabalhem lado a lado em diferentes componentes sem causar interrupções em todo o sistema, promovendo agilidade e inovação mais rápida.

Os sistemas distribuídos podem ser classificados em vários tipos de acordo com a arquitetura e a funcionalidade. Cada tipo atende a necessidades específicas e casos de uso: 

• Sistemas cliente-servidor
  Nessa arquitetura tradicional, os servidores fornecem recursos ou serviços que os clientes podem solicitar e usar para tarefas como processamento de dados, armazenamento ou acesso a recursos compartilhados. Exemplos incluem aplicações da Web em que navegadores (clientes) recuperam conteúdo de servidores da Web. 
• Redes P2P (peer-to-peer, ponto a ponto)
  Sistemas ponto a ponto distribuem cargas de trabalho entre nós que atuam como clientes e servidores. Essa estrutura descentralizada elimina a necessidade de um servidor central, permitindo que os nós compartilhem recursos diretamente. As plataformas de compartilhamento de arquivos são um exemplo bem conhecido dessa arquitetura. 
• Arquitetura de três camadas
  Este modelo divide o sistema em três camadas: a camada de apresentação (interface do usuário), a camada de aplicação (lógica de negócios) e a camada de dados (banco de dados). Cada camada opera de forma independente, tornando o escalonamento e a manutenção mais gerenciáveis. Muitas aplicações da Web modernas, como plataformas de comércio eletrônico, usam essa arquitetura. 
• Arquitetura de microsserviços
  Microsserviços dividem aplicações em pequenos serviços independentes, cada um responsável por uma função específica. Esses serviços se comunicam entre si por meio de APIs ou sistemas de envio de mensagens, oferecendo flexibilidade e escalabilidade. Exemplos incluem plataformas de streaming on-line, onde serviços distintos gerenciam perfis, recomendações etc. 
• SOA (Service-oriented architecture, Arquitetura orientada a serviços)
  Semelhante aos microsserviços, a SOA organiza funcionalidades em serviços. No entanto, a SOA geralmente usa um ESB (Enterprise Service Bus) para facilitar a comunicação entre componentes. Essa arquitetura geralmente é encontrada em sistemas de grandes empresas. 
• Sistemas orientados por eventos 
  Os sistemas orientados por eventos operam com base em eventos que acionam ações ou fluxos de trabalho específicos na rede. Os componentes interagem de forma assíncrona, respondendo a alterações ou atualizações em tempo real. Essa arquitetura é comum em aplicações de IoT (internet of things, Internet das coisas), nas quais os sensores detectam e agem em eventos. 

Com a arquitetura descentralizada, os sistemas distribuídos podem ajudar em uma ampla variedade de casos de uso em praticamente todos os setores. Abaixo estão alguns dos exemplos mais proeminentes de sistemas distribuídos e suas aplicações: 

• Redes
  As redes, como a Internet, estão entre os primeiros e mais amplos exemplos de sistemas distribuídos. Elas permitem que os computadores comuniquem e compartilhem recursos através de redes locais (LANs) ou redes de longa distância (WANs). As redes ponto a ponto e os sistemas de e-mail também usam a computação distribuída para permitir uma troca de dados perfeita. 
• Processadores paralelos
  Sistemas de processamento paralelos dividem tarefas computacionais em vários processadores para executar operações simultaneamente. Esses sistemas são usados para aplicações de alto desempenho, como simulações científicas, previsão do tempo, análise de dados e até mesmo mineração de criptografia. 
• Sistemas distribuídos em tempo real
  Os sistemas em tempo real são essenciais em setores que dependem muito de processamento imediato, como em sistemas de reservas de companhias aéreas, plataformas de despacho de compartilhamento de viagens, sistemas de controle de fabricação automatizados e rastreamento logístico. 
• Sistemas de banco de dados distribuídos
  Os bancos de dados distribuídos armazenam dados em vários servidores ou locais físicos. Eles melhoram a escalabilidade e a confiabilidade replicando ou particionando dados. Bancos de dados homogêneos usam uma estrutura consistente, enquanto bancos de dados heterogêneos integram vários modelos de dados para aumentar a flexibilidade. 
• IA distribuída
  A inteligência artificial (IA) distribuída aproveita o poder computacional de vários nós para processar conjuntos de dados em larga escala e executar tarefas de aprendizado de máquina (ML). Essa abordagem é compatível com aplicações como veículos autônomos e NLP(natural language processing, processamento de linguagem natural). 
• Redes de telecomunicações
  Os sistemas modernos de telecomunicações, incluindo redes celulares e VoIP (IP de voice over), também usam arquitetura distribuída.

Os sistemas distribuídos oferecem várias vantagens em relação às arquiteturas monolíticas tradicionais, tornando-as indispensáveis para ambientes de computação modernos. Principais benefícios: 

• Confiabilidade
  Os sistemas distribuídos minimizam o risco de tempo de inatividade eliminando pontos únicos de falha. Se um nó falhar, outros poderão continuar as operações sem interrupção. 
• Velocidade
  As tarefas distribuídas podem ser executadas simultaneamente, acelerando os tempos de conclusão. Isso é particularmente útil para aplicações de alto tráfego ou cenários que exigem processamento em tempo real. 
• Desempenho
  Os sistemas distribuídos usam paralelismo para otimizar o desempenho. Eles dividem grandes tarefas em unidades menores, assim vários nós processam essas tarefas simultaneamente, o que reduz a latência e melhora o rendimento no processo. 
• Custo-benefício
  Esses sistemas utilizam hardware de baixo custo e instâncias baseadas na nuvem e tornam a expansão deles mais acessível, em comparação aos sistemas centralizados tradicionais. A capacidade de adicionar nós, conforme necessário, também reduz os custos iniciais de investimento. 

Embora os sistemas distribuídos ofereçam benefícios significativos, eles também apresentam uma série de desafios, devido à sua complexidade e à necessidade de uma coordenação eficaz. Ao considerar trabalhar em um sistema distribuído, considere o seguinte: 

• Navegação confusa
    A complexidade de gerenciar vários nós interconectados pode dificultar a compreensão de como diferentes componentes interagem. Empregar documentação e ferramentas claras, como mapas de sistema distribuídos ou painéis, para visualizar melhor a arquitetura do sistema e suas dependências. 
• Risco de falha de rede
  A comunicação entre os nós depende de uma rede estável; se ocorrer um problema, a transferência de dados e a funcionalidade do sistema podem ser interrompidas. Resolva isso implementando protocolos de redundância e mecanismos de failover confiáveis. 
• Gerenciamento de sobrecarga difícil
  Gerenciar um grande número de nós e processos aumenta a sobrecarga operacional. Monitoramento, registro em log, solução de problemas etc.: tudo isso tem seu custo em termos de tempo e esforço. Contrarie essas despesas empregando extensivamente a automação, especificamente nas ferramentas de gestão. 
• Segurança
  Os sistemas distribuídos enfrentam maiores riscos de cibersegurança devido à sua grande superfície de ataque e ao acesso a recursos compartilhados. Proteja dados e sistemas confidenciais adotando protocolos rígidos de autenticação, criptografia e auditorias regulares de segurança. 
• Consistência de dados
  Garantir que todos os nós tenham dados atualizados e sincronizados pode ser um desafio, especialmente durante falhas ou atrasos na rede. Garanta a consistência dos dados empregando bancos de dados distribuídos com modelos de consistência fortes. 

Os sistemas distribuídos funcionam dividindo tarefas em componentes menores que são distribuídos entre vários nós, que podem se comunicar e colaborar entre si enquanto trabalham para um propósito comum. Normalmente, esse processo segue um conjunto específico de etapas: 

• Decomposição da tarefa:
  O sistema começa dividindo uma tarefa em subtarefas menores e gerenciáveis. 
• Componentes descentralizados:
  Vários nós, sejam computadores físicos ou máquinas virtuais, são distribuídos entre diferentes locais. Cada nó opera de forma autônoma enquanto contribui para a funcionalidade geral do sistema. 
• Comunicação:
  Os nós trocam informações usando protocolos de comunicação, como TCP/IP, HTTP ou filas de mensagens. Essa interação garante que todos os componentes permaneçam coordenados e possam compartilhar dados essenciais. 
• Coordenação:
  Os sistemas distribuídos dependem de mecanismos de coordenação para sincronizar ações entre os nós. Técnicas como protocolos de consenso (por exemplo, Paxos) e transações distribuídas ajudam a manter a consistência dos dados e a evitar conflitos para que o sistema possa operar em harmonia. 
• Execução e processamento:
  Cada nó executa sua subtarefa atribuída de forma independente usando recursos locais. Uma vez concluídos, os resultados são comunicados de volta a um sistema de gestão central ou agregados de outra forma na saída final. 
• Tolerância à falha:
  Para lidar com falhas, os sistemas distribuídos incorporam estratégias de redundância e replicação. Se um nó falhar, os nós de backup ou as fontes de dados replicadas assumem o controle para garantir a operação contínua. 
• Remontagem e conclusão:
  Depois que todas as subtarefas são processadas, o sistema integra os resultados em uma saída final.

Entender como um sistema distribuído funciona não é o mesmo que saber como implementar um. Seja implantando um sistema para um pequeno departamento ou dimensionando para uma infraestrutura global, as etapas a seguir podem ajudar a orientar o processo: 

• Avalie os requisitos
  Comece avaliando as necessidades da sua organização, incluindo o tamanho e a capacidade da rede, o volume de dados, a frequência do processo e a contagem de usuários. Além disso, considere a fidelidade dos dados, os requisitos de disponibilidade e a capacidade dos datacenters existentes. 
• Planeje o escopo de implantação
  As implantações distribuídas podem variar de sistemas locais pequenos a arquiteturas empresariais de grande escala. Comece com uma categoria adequada com base em suas necessidades atuais e garanta que o projeto possa evoluir à medida que a organização cresce. 
• Aproveite a orquestração de contêineres
  Ferramentas como o Kubernetes simplificam a implantação, o escalonamento e a gestão de sistemas distribuídos ao automatizar aplicações em contêineres entre clusters. Isso promove um desempenho consistente e operações simplificadas. 
• Implemente bancos de dados distribuídos
  Use bancos de dados que fornecem uma camada de dados unificada, possibilitando que todos os nós acessem os mesmos dados e, ao mesmo tempo, possibilitem a replicação para tolerância à falha. Isso garante a disponibilidade dos dados e ajuda a manter a consistência em todo o sistema. Além disso, empregue a segurança em nuvem para ajudar a proteger os dados em ambientes distribuídos. 
• Melhore a capacidade de observação
  Sistemas distribuídos são inerentemente complexos, tornando o monitoramento essencial. Implemente o rastreamento distribuído para obter capacidade de observação e informações sobre as operações do sistema. O rastreamento distribuído rastreia as solicitações entre os nós, identifica gargalos e garante a otimização do desempenho. O AIOps também pode ajudar a melhorar o monitoramento e a resolução de problemas em ambientes distribuídos complexos.  
• Itere e escale
  Saiba que seu sistema distribuído evoluirá ao longo do tempo; à medida que as demandas aumentam, faça a transição de implantações menores para infraestruturas maiores, adicione recursos, refine configurações e empregue tecnologias expansíveis.