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Architekturkonzept für verteilte IT-Systeme Was ist eine Shared-Nothing-Architektur?

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

Die Shared-Nothing-Architektur ist ein Konzept für ein verteiltes Computing-System. Sie besteht aus mehreren autonom arbeitenden Knoten. Jeder Knoten verfügt über eigene Ressourcen wie Prozessorleistung, Arbeitsspeicher und Speicherplatz und kann Aufgaben selbständig bearbeiten. Shared-Nothing-Architekturen sind gut skalierbar und arbeiten durch die parallele Ausführung der Aufgaben performant.

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

Die Shared-Nothing-Architektur ist ein weit verbreitetes Architekturkonzept für verteilte IT-Systeme. Sie besteht aus mehreren autonom arbeitenden Knoten und ist ein Gegenentwurf zur sogenannten Shared-Everything-Architektur oder Shared-All-Architektur. Die Knoten sind über Netzwerke verbunden und besitzen jeweils eigene Ressourcen wie Prozessoren, Arbeitsspeicher, Betriebssystem und Speicherplatz. Sie können ihnen übertragenen Aufgaben selbständig ausführen. Jeder Knoten bekommt beispielsweise einen Teil der Gesamtdaten zugewiesen, die er gemäß der gestellten Aufgabe mit seinen eigenen Ressourcen bearbeitet.

Durch die Übertragung von Teilaufgaben lassen sich Arbeitsprozesse parallelisieren. Shared-Nothing-Architekturen erzielen eine hohe Performance und sind durch das Hinzufügen weiterer Knoten einfach skalierbar. Eine gemeinsame Komponente, welche die Leistung des Systems begrenzt, existiert nicht. Über das Netzwerk lassen sich Aufgaben an andere Knoten übertragen oder Koordinations- und Synchronisationsaufgaben ausführen.

In einigen Shared-Nothing-Architekturen übernehmen zentrale Knoten oder Einheiten die Steuerung des Gesamtsystems inklusive der Verteilung der Aufgaben und Zusammenführung der Ergebnisse. Typische Anwendungen der Shared-Nothing-Architekturen sind die Verarbeitung und die Analyse großer Datenmengen im Big-Data-Umfeld durch Massive Parallel Processing (MPP) oder die Bereitstellung von Anwendungen auf Basis vieler einzelner Microservices.

Abgrenzung zur Shared-Everything-Architektur (Shared-All-Architektur)

Im Gegensatz zur Shared-Nothing-Architektur teilen sich in einer Shared-Everything-Architektur, auch „Shared-All-Architektur“ genannt, die einzelnen Knoten sämtliche Ressourcen. Die Ressourcen stellen leistungsbegrenzende Komponenten für das Gesamtsystem dar, da sie immer nur von Einzelprozessen nutzbar sind. Zwischen den beiden Architekturkonzepten Shared-Nothing-Architektur und Shared-All-Architektur existieren mehrere Zwischenstufen, die jeweils bestimmte Ressourcen teilen oder selbst besitzen. Diese Modelle sind beispielsweise die Shared-Disk- oder die Shared-Memory-Architektur.

Die Vorteile der Shared-Nothing-Architekturen

Aufgrund der vielen autonom arbeitenden Knoten einer Shared-Nothing-Architektur mit jeweils eigenen Ressourcen wie CPU, RAM, Speicherplatz und Betriebssystem ergeben sich für das Gesamtsystem zahlreiche Vorteile. Diese Vorteile sind:

  • einfache, schnelle und nahezu unbegrenzte Skalierbarkeit durch Hinzufügen weiterer Knoten,
  • keine leistungsbegrenzende gemeinsame Komponente oder Ressource,
  • keine Beeinträchtigung der grundsätzlichen Funktion des verteilten Systems durch den Ausfall einzelner Knoten,
  • verteilte Systeme mit hoher Verfügbarkeit realisierbar,
  • Nutzung günstiger Standardsysteme für Einzelknoten.

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