Как обеспечить масштабируемость облака
Современные вычислительные системы, в том числе и облачные, постоянно сталкиваются с повышенными нагрузками. Чтобы удовлетворить потребности всех пользователей, они вынуждены постоянно расширяться. Достигается это видоизменением базовой архитектуры. Она постепенно становится более сложной и разветвленной. Применяются новые программные ресурсы, позволяющие корректировать производительность под потребительские запросы. В расширении нуждаются и серверы. Один из наиболее эффективных способов, позволяющих реализовать все это на практике – масштабирование. Познакомимся с этой технологией более подробно. Определим, что такое масштабируемость и как ее реализовать на практике, чтобы получить максимальный эффект для бизнес-процессов вашей компании.
Масштабируемость облака: определение понятия
Масштабируемость облака – наиболее целесообразный способ повысить производительность системы, обеспечиваемая добавлением вычислительных ресурсов. Речь идет как об аппаратных, так и о программных изменениях, дополнениях, расширениях. Чтобы реализовать это на практике, требуется переписать существующий код. Но далеко на каждый бизнес решается на столь кардинальные перемены. Они просто прекращают наращивать аппаратную структуру и вносить изменения в серверную систему, которая в данный момент времени обеспечивает их потребности.
Многие представители бизнеса уверены, что к масштабированию стоит прибегать тогда, когда общая производительность облачной системы оказывается недостаточной для эффективного ведения рабочих процессов. Но это не совсем так. Даже при стабильной и эффективно работающей архитектуре, возможны лаги, вызванные повышением пользовательского трафика. А от этого не застрахована ни одна компания.
Проверить, насколько ваша структура стойкая к перегрузкам можно специальными утилитами-тестерами нагрузки. Они искусственно формируют повышенный поток пользователей на сервер, на порядок увеличивая запросы. После запуска приложения в работу необходимо оценить 2 параметра:
- Общая численность запросов.
- Количество запросов, поступающих одновременно.
На основании этих данных определяется количество запросов за 1 секунду – RPS. Это показатель, позволяющий узнать число запросов, которые сможет обработать серверная система вашего бизнеса в определенный момент времени. Так вы узнаете, при каком одновременном наплыве пользователей ваш сервер «рухнет». Останется только оценить возможности компании. Если такая картина окажется вполне реальной, то, уже в ближайшее время необходимо задуматься о видоизменении архитектуры настолько, чтобы ее можно было легко и быстро масштабировать, параллельно с появлением такой необходимости.
К такому решению стоит прибегнуть в случае, когда не представляется возможным изменение конфигурации серверов и оптимизация процедур обналичивания.
Варианты масштабируемости облака
Обеспечить масштабирование облачных ресурсов можно при помощи:
- Расширения по вертикали. Вертикальное масштабирование на практике реализуется путем увеличения общей мощности бизнес-процессов через повышение эффективности работы внутренних серверных ресурсов. Речь идет об аппаратных решениях: процессоры, диски, память, емкость сети. При этом сам сервер остается неизменным в своей базовой форме. Наращивание идет вверх, то есть по вертикали.
- Расширение по горизонтали. В том случае, когда трафик и цифровая нагрузка растут постоянно и с достаточно высокой скоростью, масштабирование по вертикали обречено на провал. Техническая спецификация базового сервера не сможет справиться корректно отреагировать на такое увеличение запросов, что станет причиной появления ограничений и проблем в работе. И тогда стоит использовать на наращивание мощности по горизонтали. То есть горизонтальное масштабирование – это повышение вычислительных ресурсов добавлением дополнительных идентичных узлов поверх работающей архитектуры. Чтобы такая задумка сработала и дала желаемый эффект, необходимо иметь стабильно работающую серверную инфраструктуру, то есть центр обработки данных и выстроить согласованную схему взаимодействия между отдельными серверами.
- Расширение по диагонали. Наиболее инновационный уровень сервиса, которым пользуются в случае, когда даже горизонтальное масштабирование не позволяет охватить все пользовательские запросы и обеспечить стабильное протекание внутренних бизнес-процессов. При диагональном расширении одновременно выполняется увеличение с двух сторон: горизонтальное и вертикальное масштабирование. На практике вертикально наращиваются горизонтально увеличенные узлы в инфраструктуре сервера.
Чтобы определить оптимальный способ масштабирования, необходимо оценить потребности бизнеса в перспективе.
Способы обеспечения наибольшей масштабируемости
После того, как будет выполнена комплексная оценка бизнеса и определен оптимальный способ масштабирования, можно переходить к этапу практической реализации. И здесь важно не только достичь ожидаемых результатов, но и сделать это максимально правильно и с минимально возможными тратами времени, усилий и денег. Обеспечить эффективное масштабирование поможет:
- Достижение баланса нагрузки.
- Автоматическое масштабирование.
- Кластеризация.
- Применение кэширования.
- Привлечение CDN.
Достижение баланса нагрузки
В каждом кластере, сокете, сосредоточено несколько аппаратно-программных ресурсов. Речь идет как о самих процессорах и дисках, так и о серверах. И если равномерно распределить нагрузку вычислительной сети между всеми ими, будет достигнут баланс, способный гарантировать:
- оптимизацию расходов вычислительных мощностей;
- снижение временных трат на обработку входящих пользовательских запросов;
- повышение производительность системы;
- минимизацию вероятность отклика сервера на DDoS-атак;
- повышение доступности услуг вашей компании для пользователей.
Если обеспечить равномерное распределение нагрузки между несколькими узлами, то в случае выхода из строя одного из них, его нагрузка автоматически будет распределена между другими аппаратно-программными ресурсами, что предотвратит «падение» системы.
Обеспечить балансировку позволяют специальные методы и алгоритмы. На примере модели OSI, существующие методики должны обладать несколькими уровнями: Сеть, Транспорт, Приложение. Реализовать это на практике позволяют несколько реальных серверов, оснащенных специализированным программным обеспечением.
Автоматическое масштабирование
Автоматическое масштабирование предполагает самостоятельную настройку системой вычислительных мощностей исходя из объема нагрузки на сеть. Это один из вариантов динамического масштабирования, реализованного на базе облачных серверов. На сегодня наиболее известными пользователями, применяющими на практике возможности автоматического масштабирования являются корпорации Google Cloud Platform, Amazon Web Service, Microsoft Azure. Если в масштабировании возникает необходимость, пользователям их служб выделяются дополнительные виртуальные серверы, которые в автоматическом порядке выводятся из контейнера или кластера. Как только ситуация стабилизируется, интенсивность запросов и трафик возвращаются к изначальному уровню, система сама выполняет обратный процесс, отключая от работы дополнительные мощности.
Автоматическое масштабирование вызволяет бизнесу обеспечивать максимально высокую доступность сервисов для пользователей. Исключаются отказы в работе, достигается ощутимая экономия денежных ресурсов. Компания получает столько серверной мощности, сколько ей надо в определенный рабочий момент. При этом не требуется покупка дополнительного оборудования, проведение программных преобразований. А это одно из наиболее весомых преимуществ виртуального масштабирования перед физическим.
Кластеризация
Кластеризация или использование контейнеров микросервисов – один из ресурсоэффективных методов повышение производительности системы. Технология предполагает объединение отдельных серверов в контейнеры, которые в последующем объединяются в кластеры. После реализации кластеризации необходимо определить сценарии будущей работы. Здесь 2 варианта:
- Добавлять ресурсы, которых не хватает для удовлетворения потребностей бизнеса.
- Уменьшать выделение дополнительных ресурсов, чтобы исключить их избыток.
Применение кэширования
В случае горизонтального масштабирования не представляется возможным одновременно организовать простое кэширование памяти для нескольких компонентов. В этом случае выполняется оптимизация. Как пример, можно использовать хранилища Memcached либо Redis, чтобы равномерно распределить информацию кэша между рабочими циклами программы. Учитывая тот факт, что инструменты в работе используют принципиально разные алгоритмы, объем данных, которые следует подвергнуть кэшированию, постепенно будет уменьшаться. К тому же, подобные хранилища имеют повышенную защиту от ошибок в процессе репликации и хранения информации.
Одна из основных проблем, с которыми можно столкнуться в процессе работы с кэш-хранилищами – одновременный запрос некэшированной информации от разных итераций программы. Предотвратить такое явление поможет обновление потоковых данных отдельно от производительности программы и использование кэширования внутри нее. При таком подходе, вы получите инструмент виртуального масштабирования, эффективно работающий с большими объемами нагрузок, обеспечивая при этом отличную мощность.
Привлечение CDN
CDN – это сеть физического аппаратного оснащения, удаленного друг от друга, предназначенного для передачи контента пользователям. То есть это распределенное хранилище, использующее кэширование. На практике такие системы получили применение в случае обслуживания интернет-службами, сайтами или программными комплексами пользователей с разных стран. Чем больший трафик будет проходить через сервис, тем более высокой будет и стоимость услуг по привлечению CDN.
Такие решения нецелесообразно использовать в случае, если трафик, хоть и распределяется по территории с большой площадью, но имеет несколько локальных концентраций пользователей. Как пример: 50% трафика приходится на Россию, 40% - на Беларусь, а оставшиеся 10 % распределены по другим странам СНГ. Чтобы удовлетворить запросы такой сети, требуется установить дополнительные серверы в России и Беларуси, в то время как для последних 10% пользователей применить CDN.
Эффективные решения по масштабируемости облака от компании «Xelent»
Применение масштабируемости в виртуальной вычислительной среде – наиболее эффективный, простой и надежный способ сохранить высокую гибкость бизнеса, его несложное, быстрое расширение как результат на увеличение пользовательских запросов. Но, реализовать все это на практике самостоятельно смогут далеко не все компании. Даже незначительные ошибки, допущенные на любом из производственных этапов, чреваты серьезными лагами в последующей работе системы.
Если нужна профессиональную помощь в сфере масштабируемости облачный вычислений, общайтесь в компанию «Xelent». Специалисты подберут наиболее верный подход реализации, что позволит создать серверную структуру, в точности соответствующую особенностям определенного бизнеса. Она будет отличаться повышенной гибкостью и адаптированностью к нагрузкам разной эффективности. В работах используются инновационные сценарии автоматического развертывания на основе Terraform (упрощает создание, настройку и управление виртуальной сети), дополнительные технологии Docker-контейнеризации, программное обеспечение, позволяющее выполнять автоматические масштабирования Kubernetes и пр.
Консультации специалистов можно получить через форму обратной связи, электронную почту или по телефону.
