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Architekturkonzept für verteilte IT-Systeme Was ist eine Shared-Everything-Architektur (Shared-All-Architektur)?

Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Stefan Luber / Dr. Jürgen Ehneß

Eine Shared-Everything- oder Shared-All-Architektur ist ein Architekturkonzept für verteilte Computing-Systeme. Sie besteht aus mehreren autonomen Prozessoren, die auf gemeinsame Systemkomponenten wie Arbeitsspeicher und Speicherplatz zugreifen. Einzelne Knoten sind für sich nicht in der Lage, autonom zu arbeiten. Sie benötigen Zugang zu gemeinsamen Ressourcen. Die Shared-Everything-Architektur ist ein Gegenentwurf zur Shared-Nothing-Architektur.

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Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
(Bild: © aga7ta - Fotolia)

Die Shared-Everything-Architektur, auch als Shared-All-Architektur bezeichnet, ist ein Architekturkonzept für verteilte IT-Systeme. Sie ist ein Gegenentwurf zur Shared-Nothing-Architektur mit ihren autonom arbeitenden Knoten. In einer Shared-All-Architektur greifen mehrere Prozessoren auf gemeinsame Systemkomponenten und Ressourcen wie Arbeitsspeicher und Speicherplatz zu. Sie sind ohne Zugang zu diesen Ressourcen nicht in der Lage, eigenständig Aufgaben zu bearbeiten. Die Prozessoren sind über Schnittstellen, Bussysteme und Netzwerke mit den Ressourcen verbunden.

In einer Shared-Everything-Architektur müssen Konflikte durch die gleichzeitige Nutzung von Speicherbereichen oder Daten gemanagt werden. So dürfen die Prozesse keine inkonsistenten Datenbestände produzieren oder gegenseitig Daten überschreiben. Der konkurrierende Zugriff ist zu steuern und zu organisieren. Typische Einsatzbereiche einer Shared-All-Architektur sind Storage Area Networks (SANs) oder Cluster-Systeme. Gemeinsam genutzte Ressourcen können für das Gesamtsystem leistungsbegrenzende Komponenten oder Single Points of Failure (SPoF) darstellen.

Abgrenzung zur Shared-Nothing-Architektur

Im Gegensatz zur Shared-All-Architektur arbeiten in einer Shared-Nothing-Architektur mehrere Knoten autonom. Sie sind jeweils mit eigenen Ressourcen wie CPU, RAM, Speicherplatz und Betriebssystem ausgestattet. Die Knoten einer Shared-Nothing-Architektur sind in der Lage, selbständig Teilaufgaben zu bearbeiten oder anderen Knoten Aufgaben zu übertragen. Diese Aufgabenteilung ermöglicht eine Parallelisierung der Arbeit und führt zu einer hohen Performance.

Durch das Hinzufügen weiterer Knoten sind Shared-Nothing-Architekturen nahezu beliebig skalierbar. Die Verteilung der Aufgaben, die Kommunikation der Knoten untereinander und das Zusammenführen der Ergebnisse sind zu steuern und zu koordinieren. Zwischen den beiden Architekturkonzepten Shared-All-Architektur und Shared-Nothing-Architektur existieren mehrere Zwischenstufen, die jeweils nur bestimmte Ressourcen teilen oder selbst besitzen. Diese Modelle sind beispielsweise die Shared-Disk- und die Shared-Memory-Architektur.

Herausforderungen einer Shared-Everything-Architektur

Aufgrund der Nutzung gemeinsamer Systemressourcen durch mehrere Prozessoren gleichzeitig hat eine Shared-All-Architektur einige Herausforderungen zu bewältigen. Diese Herausforderungen sind:

  • konkurrierende lesende oder schreibende Zugriffe auf Daten, Speicherplatz oder Arbeitsspeicher,
  • Entstehung von Dateninkonsistenzen,
  • Entstehung von Single Points of Failure (SPoF),
  • Entstehung von Performance-Engpässen durch die Leistungsbegrenzung einer Ressource.

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