Về cơ bản, có hai loại thiết kế hệ thống chính: thiết kế kiến trúc (architectural design), còn được gọi là thiết kế hệ thống cấp cao (high-level system design), và thiết kế chi tiết, hay còn gọi là thiết kế hệ thống cấp thấp (low-level system design).
High-level system design
Các yếu tố chính trong thiết kế hệ thống cấp cao bao gồm:
Kiến trúc hệ thống (System architecture): Cấu trúc tổng thể của hệ thống, bao gồm các thành phần, mối quan hệ và mô hình giao tiếp giữa chúng.
Luồng dữ liệu (Data flow): Dòng chảy của dữ liệu qua hệ thống, từ việc nạp vào cho đến lưu trữ và xử lý.
Khả năng mở rộng: Khả năng của hệ thống để xử lý tải công việc tăng lên mà không bị suy giảm hiệu suất đáng kể.
Khả năng chịu lỗi: Khả năng của hệ thống tiếp tục hoạt động bất chấp các lỗi hoặc sự cố.
Hãy cùng xem xét chi tiết từng yếu tố này.
Kiến trúc hệ thống (System Architechture)
Một khía cạnh quan trọng của thiết kế hệ thống cấp cao là xác định kiến trúc tổng thể, trong đó phác thảo các thành phần chính, mối quan hệ và mô hình giao tiếp. Một số mẫu kiến trúc phổ biến bao gồm:
- Monolithic (nguyên khối): Một ứng dụng tự chứa tất cả các thành phần của hệ thống.
- Client-server (máy khách - máy chủ): Một kiến trúc phân tán, trong đó máy khách yêu cầu dịch vụ từ một hoặc nhiều máy chủ.
- Microservices: Một kiến trúc mô-đun với các dịch vụ nhỏ và độc lập giao tiếp qua mạng.
- Event-driven (dựa trên sự kiện): Hệ thống mà các thành phần giao tiếp thông qua các sự kiện hoặc thông báo không đồng bộ.
Khi thiết kế kiến trúc hệ thống, cần xem xét các yếu tố như:
- Khả năng mở rộng: Liệu kiến trúc này có hỗ trợ sự phát triển của hệ thống về mặt người dùng, dữ liệu và chức năng hay không?
- Khả năng bảo trì: Liệu hệ thống có dễ dàng để cập nhật, gỡ lỗi (debug) hoặc cải tiến hay không?
- Độ tin cậy: Kiến trúc có đảm bảo tính sẵn sàng, chịu lỗi và bền bỉ của hệ thống không?
- Độ trễ: Kiến trúc ảnh hưởng thế nào đến thời gian phản hồi và hiệu suất của hệ thống?
Thiết kế hệ thống cấp cao (High-level system design) tập trung vào việc lựa chọn kiến trúc rõ ràng. Hãy xem xét khía cạnh tiếp theo: luồng dữ liệutrong hệ thống.
Luồng dữ liệu (Data flow)
Hiểu cách dữ liệu luân chuyển trong hệ thống là một khía cạnh quan trọng khác của thiết kế hệ thống cấp cao. Một luồng dữ liệu được thiết kế tốt đảm bảo rằng hệ thống có thể nạp vào, xử lý, lưu trữ và truy xuất dữ liệu một cách hiệu quả. Khi thiết kế luồng dữ liệu, hãy cân nhắc:
- Nạp dữ liệu (Data ingestion): Xác định các nguồn dữ liệu và cơ chế để nạp chúng vào hệ thống (ví dụ: API, xử lý luồng, hoặc xử lý batch).
- Lưu trữ dữ liệu (Data storage): Xác định giải pháp lưu trữ phù hợp cho dữ liệu, xem xét các yếu tố như mẫu truy cập, hiệu suất truy vấn và yêu cầu nhất quán.
- Xử lý dữ liệu (Data processing): Thiết kế các quy trình chuyển đổi, phân tích hoặc tổng hợp dữ liệu, xem xét tài nguyên tính toán cần thiết và các điểm nghẽn tiềm năng.
- Truy xuất dữ liệu (Data retrieval): Định nghĩa cách thức truy cập dữ liệu đã xử lý bởi các máy khách hoặc các thành phần khác, xem xét độ trễ, lưu trữ tạm thời và chiến lược cân bằng tải.
Luồng dữ liệu (data flow) ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, khả năng mở rộng và khả năng sử dụng của hệ thống. Do đó, cần có sự lựa chọn chính xác khi chọn hoặc thiết kế các hệ thống phụ về luồng dữ liệu.
Khả năng mở rộng (Scalability)
Khả năng mở rộng là một khía cạnh quan trọng của thiết kế hệ thống cấp cao, vì nó xác định khả năng của hệ thống trong việc xử lý tải công việc tăng lên mà không bị suy giảm hiệu suất đáng kể. Có hai loại khả năng mở rộng chính:
- Khả năng mở rộng theo chiều dọc (Vertical scalability): Cải thiện hiệu suất bằng cách thêm tài nguyên cho một thành phần duy nhất, chẳng hạn như tăng CPU, bộ nhớ hoặc dung lượng lưu trữ.
- Khả năng mở rộng theo chiều ngang (Horizontal scalability): Cải thiện hiệu suất bằng cách phân phối tải công việc trên nhiều thành phần hoặc phiên bản, chẳng hạn như thêm nhiều máy chủ vào một cụm.
Khi thiết kế cho khả năng mở rộng, cần xem xét các yếu tố như cân bằng tải, lưu trữ tạm thời, phân chia dữ liệu. Cuối cùng, hãy xem xét khía cạnh về khả năng chịu lỗi.
Khả năng chịu lỗi (Fault tolerance)
Khả năng chịu lỗi là khả năng của hệ thống duy trì hoạt động ngay cả khi có lỗi hoặc sự cố trong các thành phần của nó. Một hệ thống chịu lỗi sẽ đáng tin cậy hơn và ít gặp sự cố ngừng hoạt động hơn. Một số chiến lược chính để thiết kế hệ thống chịu lỗi bao gồm sao chép, dự phòng, graceful degradation, giám sát và tự phục hồi.
Nói ngắn gọn, thiết kế hệ thống cấp cao tập trung vào kiến trúc tổng thể của hệ thống và không đi sâu vào chi tiết thực thi và tối ưu hóa. Tiếp theo, hãy cùng tìm hiểu về thiết kế hệ thống cấp thấp.
Low-level system design
Thiết kế hệ thống cấp thấp tập trung vào các chi tiết thực thi của các thành phần hệ thống. Điều này bao gồm việc lựa chọn các thuật toán phù hợp, cấu trúc dữ liệu và API để tối ưu hóa hiệu suất, sử dụng bộ nhớ và duy trì mã nguồn.
Các yếu tố chính trong thiết kế hệ thống cấp thấp bao gồm:
- Thuật toán: Các quy trình từng bước để thực hiện tính toán, xử lý dữ liệu và giải quyết vấn đề.
- Cấu trúc dữ liệu: Tổ chức và quản lý dữ liệu trong bộ nhớ.
- API: Các giao diện cho phép giao tiếp giữa các thành phần hoặc dịch vụ khác nhau.
- Tối ưu hóa mã nguồn: Các kỹ thuật để cải thiện hiệu suất mã nguồn, độ dễ đọc và khả năng duy trì.
Hãy cùng xem xét chi tiết từng yếu tố này.
Thuật toán
Thuật toán là các quy trình từng bước để thực hiện tính toán, xử lý dữ liệu và giải quyết vấn đề trong thiết kế hệ thống cấp thấp. Việc lựa chọn các thuật toán hiệu quả là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất, sử dụng tài nguyên và khả năng duy trì của hệ thống. Khi chọn thuật toán, cần xem xét các yếu tố sau:
- Độ phức tạp thời gian (Time complexity): Mối quan hệ giữa kích thước đầu vào và số lượng các thao tác mà thuật toán thực hiện.
- Độ phức tạp không gian (Space complexity): Mối quan hệ giữa kích thước đầu vào và lượng bộ nhớ mà thuật toán tiêu tốn.
- Cân nhắc đánh đổi (Trade-offs): Sự cân bằng giữa độ phức tạp thời gian và không gian, dựa vào yêu cầu và ràng buộc của hệ thống.
Việc viết một thuật toán tối ưu thường là lựa chọn tốt hơn so với việc dựa vào các máy móc cao cấp trong bất kỳ hệ thống nào. Do đó, nó là một trong những trụ cột cốt lõi của một hệ thống mạnh mẽ. Thuật toán có thể được tối ưu hóa thông qua việc sử dụng các cấu trúc dữ liệu phù hợp, sẽ được trình bày ở phần tiếp theo.
Cấu trúc dữ liệu
Cấu trúc dữ liệu được sử dụng để tổ chức và quản lý dữ liệu trong bộ nhớ, ảnh hưởng đến hiệu suất và sử dụng tài nguyên của hệ thống. Việc chọn cấu trúc dữ liệu phù hợp rất quan trọng trong thiết kế hệ thống cấp thấp. Khi chọn cấu trúc dữ liệu, cần xem xét các yếu tố sau:
- Mẫu truy cập (Access Pattern): Tần suất và tính chất của việc truy cập dữ liệu, bao gồm các thao tác đọc, ghi và cập nhật.
- Hiệu suất truy vấn: Độ phức tạp thời gian của các thao tác như tìm kiếm, chèn và xóa.
- Sử dụng bộ nhớ: Lượng bộ nhớ cần thiết để lưu trữ cấu trúc dữ liệu và nội dung của nó.
Một số cấu trúc dữ liệu phổ biến được sử dụng trong thiết kế hệ thống bao gồm mảng, danh sách liên kết, bảng băm, cây và đồ thị.
API
Giao diện lập trình ứng dụng (API) rất cần thiết cho việc giao tiếp giữa các thành phần hoặc dịch vụ khác nhau trong hệ thống. API xác định các hợp đồng cho phép các thành phần tương tác trong khi vẫn duy trì tính mô-đun và phân tách các mối quan tâm. Khi thiết kế API, cần xem xét các yếu tố sau:
- Tính nhất quán: Đảm bảo thiết kế API nhất quán trên tất cả các thành phần, giúp dễ hiểu và sử dụng.
- Tính linh hoạt: Thiết kế API hỗ trợ các thay đổi và mở rộng trong tương lai mà không ảnh hưởng đến chức năng hiện có.
- Bảo mật: Thực hiện xác thực, phân quyền và kiểm tra đầu vào để bảo vệ hệ thống khỏi truy cập trái phép và vi phạm dữ liệu.
- Hiệu suất: Tối ưu hóa API cho độ trễ thấp và sử dụng tài nguyên hiệu quả.
Sở hữu các API rõ ràng và dễ hiểu thường là yếu tố giúp xây dựng các hệ thống có khả năng tương thích ngược.
Tối ưu hóa mã nguồn
Tối ưu hóa mã nguồn đề cập đến các kỹ thuật giúp cải thiện hiệu suất, độ dễ đọc và khả năng duy trì của mã. Trong thiết kế hệ thống cấp thấp, việc tối ưu hóa mã là rất quan trọng để đảm bảo rằng hệ thống hoạt động tốt trong các điều kiện thực tế. Một số kỹ thuật tối ưu hóa mã bao gồm:
- Tái cấu trúc mã (Refactoring): Tái cấu trúc mã để cải thiện độ dễ đọc và khả năng duy trì mà không thay đổi chức năng của mã.
- Bóc tách vòng lặp (Loop unrolling): Thay thế các cấu trúc vòng lặp lặp đi lặp lại bằng một loạt các câu lệnh, giảm chi phí vòng lặp và cải thiện hiệu suất.
- Ghi nhớ (Memorization): Giảm thời gian tính toán lại kết quả bằng cách lưu trữ kết quả của các lần gọi trước đó.
- Tính toán song song (Parallelism): Phân chia công việc thành các tác vụ nhỏ, độc lập có thể thực hiện đồng thời, giúp giảm thời gian xử lý tổng thể.
Mình đã giới thiệu qua một số kỹ thuật tối ưu hóa mã nguồn. Đây là một chủ đề khá lớn và có nhiều sách cũng như tài liệu chuyên sâu về nó. Nói chung anh em nên nghiên cứu thêm về chủ đề này.
Như vậy, thiết kế hệ thống cấp thấp tập trung vào việc thực thi, giao diện và tối ưu hóa hệ thống. Ở đây, mình đã cung cấp một cái nhìn tổng quan ở mức cao về các loại thiết kế hệ thống. Tùy vào giai đoạn của dự án, chúng ta có thể sẽ phải xử lý các khía cạnh khác nhau của thiết kế hệ thống.
Website không chứa bất kỳ quảng cáo nào, mọi đóng góp để duy trì phát triển cho website (donation) xin vui lòng gửi về STK 90.2142.8888 - Ngân hàng Vietcombank Thăng Long - TRAN VAN BINH
=============================
Nếu bạn không muốn bị AI thay thế và tiết kiệm 3-5 NĂM trên con đường trở thành DBA chuyên nghiệp hay làm chủ Database thì hãy đăng ký ngay KHOÁ HỌC ORACLE DATABASE A-Z ENTERPRISE, được Coaching trực tiếp từ tôi với toàn bộ bí kíp thực chiến, thủ tục, quy trình của gần 20 năm kinh nghiệm (mà bạn sẽ KHÔNG THỂ tìm kiếm trên Internet/Google) từ đó giúp bạn dễ dàng quản trị mọi hệ thống Core tại Việt Nam và trên thế giới, đỗ OCP.
- CÁCH ĐĂNG KÝ: Gõ (.) hoặc để lại số điện thoại hoặc inbox https://m.me/tranvanbinh.vn hoặc Hotline/Zalo 090.29.12.888
- Chi tiết tham khảo:
https://bit.ly/oaz_w
=============================
2 khóa học online qua video giúp bạn nhanh chóng có những kiến thức nền tảng về Linux, Oracle, học mọi nơi, chỉ cần có Internet/4G:
- Oracle cơ bản: https://bit.ly/admin_1200
- Linux: https://bit.ly/linux_1200
=============================
KẾT NỐI VỚI CHUYÊN GIA TRẦN VĂN BÌNH:
📧 Mail: binhoracle@gmail.com
☎️ Mobile/Zalo: 0902912888
👨 Facebook: https://www.facebook.com/BinhOracleMaster
👨 Inbox Messenger: https://m.me/101036604657441 (profile)
👨 Fanpage: https://www.facebook.com/tranvanbinh.vn
👨 Inbox Fanpage: https://m.me/tranvanbinh.vn
👨👩 Group FB: https://www.facebook.com/groups/DBAVietNam
👨 Website: https://www.tranvanbinh.vn
👨 Blogger: https://tranvanbinhmaster.blogspot.com
🎬 Youtube: https://www.youtube.com/@binhguru
👨 Tiktok: https://www.tiktok.com/@binhguru
👨 Linkin: https://www.linkedin.com/in/binhoracle
👨 Twitter: https://twitter.com/binhguru
👨 Podcast: https://www.podbean.com/pu/pbblog-eskre-5f82d6
👨 Địa chỉ: Tòa nhà Sun Square - 21 Lê Đức Thọ - Phường Mỹ Đình 1 - Quận Nam Từ Liêm - TP.Hà Nội
=============================
cơ sở dữ liệu, cơ sở dữ liệu quốc gia, database, AI, trí tuệ nhân tạo, artificial intelligence, machine learning, deep learning, LLM, ChatGPT, DeepSeek, Grok, oracle tutorial, học oracle database, Tự học Oracle, Tài liệu Oracle 12c tiếng Việt, Hướng dẫn sử dụng Oracle Database, Oracle SQL cơ bản, Oracle SQL là gì, Khóa học Oracle Hà Nội, Học chứng chỉ Oracle ở đầu, Khóa học Oracle online,sql tutorial, khóa học pl/sql tutorial, học dba, học dba ở việt nam, khóa học dba, khóa học dba sql, tài liệu học dba oracle, Khóa học Oracle online, học oracle sql, học oracle ở đâu tphcm, học oracle bắt đầu từ đâu, học oracle ở hà nội, oracle database tutorial, oracle database 12c, oracle database là gì, oracle database 11g, oracle download, oracle database 19c/21c/23c/23ai, oracle dba tutorial, oracle tunning, sql tunning , oracle 12c, oracle multitenant, Container Databases (CDB), Pluggable Databases (PDB), oracle cloud, oracle security, oracle fga, audit_trail,oracle RAC, ASM, oracle dataguard, oracle goldengate, mview, oracle exadata, oracle oca, oracle ocp, oracle ocm , oracle weblogic, postgresql tutorial, mysql tutorial, mariadb tutorial, ms sql server tutorial, nosql, mongodb tutorial, oci, cloud, middleware tutorial, docker, k8s, micro service, hoc solaris tutorial, hoc linux tutorial, hoc aix tutorial, unix tutorial, securecrt, xshell, mobaxterm, putty
