Transformacja cyfrowa wymaga odpornych systemów

W erze, w której aplikacje cyfrowe napędzają działalność firm, projektowanie odpornych systemów jest podstawowym wymogiem. Współcześni użytkownicy oczekują płynnych, nieprzerwanych doświadczeń, co zmusza organizacje do radzenia sobie z rosnącą złożonością, gwałtownie zwiększającymi się ilościami danych i ewoluującymi zagrożeniami.

Aby dotrzymać kroku, systemy muszą bez wysiłku skalować się w celu zaspokojenia popytu, pozostając jednocześnie wystarczająco niezawodne, by radzić sobie z nieoczekiwanymi wyzwaniami bez zakłóceń.

Moja obecna firma, Apple, stanowi przykład takiego podejścia. Nasze usługi działają w ośmiu centrach danych w chmurze na całym świecie, a globalne moduły równoważenia obciążenia zapewniają kierowanie ruchu do najbliższej lokalizacji w celu uzyskania optymalnej wydajności. Nasza architektura, bezstanowa, skonteneryzowana i automatycznie skalowana, płynnie dostosowuje się do nagłych wzrostów zapotrzebowania.

Kontrole kondycji na poziomie DNS odizolowują centra danych w razie problemów, podczas gdy systemy zaplecza mają funkcje przełączania awaryjnego na równorzędne regiony, zapewniając nieprzerwaną niezawodność. Proaktywne wykrywanie błędów monitoruje cały stos, rozwiązując potencjalne problemy, zanim dotkną one użytkowników.

W tym artykule omówię podstawowe zasady i najlepsze praktyki tworzenia skalowalnych, odpornych na awarie systemów oraz przygotowania ich na wymagania współczesnego świata.

1. Skalowalność: projektowanie z myślą o rozwoju

Skalowalność to zdolność systemu do obsługi zwiększonych obciążeń poprzez dodawanie zasobów bez pogarszania wydajności. W miarę rozwoju firm ich systemy muszą skalować się, aby sprostać popytowi — niezależnie od tego, czy chodzi o platformę handlu elektronicznego obsługującą ruch podczas Black Friday, czy usługę strumieniowego przesyłania wideo obsługującą jednocześnie miliony użytkowników. Strategie skalowalności, które warto rozważyć, obejmują:

• Przyjęcie architektury mikrousług: Podział aplikacji na mniejsze, niezależne usługi pozwala zespołom skalować wyłącznie komponenty, na które występuje wysokie zapotrzebowanie. Na przykład sprzedawca internetowy może niezależnie skalować usługę zarządzania zapasami i system przetwarzania płatności.
• Wykorzystanie chmury obliczeniowej: Platformy chmurowe zapewniają elastyczną skalowalność, umożliwiając firmom dodawanie lub ograniczanie zasobów na żądanie. Odpowiednia platforma zarządzania chmurą może pomóc organizacjom optymalizować te zasoby u wielu dostawców, zachowując widoczność i kontrolę.
• Wdrożenie równoważenia obciążenia: Moduły równoważenia obciążenia równomiernie rozdzielają ruch między serwerami, zapobiegając przeciążeniu pojedynczego zasobu. Zapewnia to stałą wydajność nawet podczas nagłych wzrostów ruchu.
• Fragmentowanie baz danych: Podział baz danych na mniejsze, łatwiejsze w zarządzaniu części poprawia wydajność i skalowalność. Każdy fragment obsługuje podzbiór danych, umożliwiając przetwarzanie równoległe i skracając czas odpowiedzi.
• Projektowanie aplikacji bezstanowych: Systemy bezstanowe nie polegają na przechowywaniu informacji o sesji na serwerze. Ułatwia to ich skalowanie poziome, ponieważ można dodawać nowe instancje bez konieczności przeprowadzania złożonej synchronizacji stanu.

10 Najlepsze platformy chmurowe!

1. 1. DigitalOcean — Najlepszy pod względem prostoty i przystępnej ceny
2. 2. Heroku — Najlepsze do skalowania aplikacji internetowych
3. 3. Red Hat OpenShift — Najlepsze platformy dla deweloperów
4. 4. Google Cloud — Najlepsza do tworzenia i wdrażania aplikacji chmurowych
5. 5. Microsoft Azure — Najlepsze rozwiązanie do uczenia maszynowego i sztucznej inteligencji
6. 6. Amazon Web Services Cloud9 — Najlepsze do współpracy
7. 7. IBM Cloud — Najlepsza platforma do zastosowań związanych z technologią blockchain i sztuczną inteligencją
8. 8. Oracle Cloud Interface — Najlepsze rozwiązanie do zarządzania bazami danych
9. 9. Salesforce Platform — Najlepsze do tworzenia niestandardowych aplikacji biznesowych
10. 10. SAP Business Technology Platform (SAP BTP) — Najlepsza platforma do tworzenia i wdrażania aplikacji dla przedsiębiorstw

2. Niezawodność: zapewnienie ciągłości działania w warunkach obciążenia

Niezawodność to miara zdolności systemu do prawidłowego i spójnego działania, nawet w obliczu awarii. W połączonym świecie nawet niewielkie przestoje mogą prowadzić do poważnych zakłóceń, niszcząc reputację i wpływając na wyniki finansowe. Oto strategie niezawodności, które warto rozważyć:

• Redundancja i przełączanie awaryjne: Redundancja zapewnia obecność zapasowych komponentów gotowych do przejęcia działania w razie awarii. Mechanizmy przełączania awaryjnego automatycznie przełączają system na te kopie zapasowe, aby utrzymać nieprzerwane działanie usługi.
• Wdrożenie monitorowania kondycji: Ciągłe monitorowanie komponentów systemu pozwala zespołom wykrywać problemy i reagować na nie, zanim się nasilą. Narzędzia takie jak Prometheus, Grafana czy AWS CloudWatch zapewniają wgląd w kondycję systemu w czasie rzeczywistym.
• Inżynieria chaosu: To proaktywne podejście polega na celowym wprowadzaniu awarii do systemów w celu identyfikowania słabych punktów i poprawy odporności na awarie. Symulując przestoje, zespoły mogą upewnić się, że ich systemy są przygotowane na zakłócenia w świecie rzeczywistym.
• Automatyczne odzyskiwanie: Automatyzacja procesów odzyskiwania minimalizuje przestoje. Na przykład dzięki narzędziom infrastruktury jako kodu, takim jak Terraform, zespoły mogą szybko odtworzyć uszkodzone środowiska za pomocą wstępnie zdefiniowanych skryptów.
• Wyłączniki automatyczne: Wzorzec wyłącznika automatycznego zapobiega awariom kaskadowym poprzez tymczasowe wstrzymanie żądań kierowanych do niesprawnej usługi, dając jej czas na odzyskanie działania i jednocześnie chroniąc resztę systemu.

3. Równoważ skalowalność i niezawodność

Chociaż skalowalność i niezawodność są odrębnymi celami, są ze sobą ściśle powiązane. Wysoce skalowalny system, który nie jest niezawodny, może prowadzić do pogorszenia wydajności lub awarii przy dużej skali. Z kolei niezawodny system, który nie jest skalowalny, może mieć trudności ze spełnieniem zapotrzebowania użytkowników w godzinach szczytu. Osiągnięcie właściwej równowagi wymaga starannego planowania i ciągłego doskonalenia.

• Projektuj z myślą o elastyczności: Elastyczne systemy mogą zwiększać lub zmniejszać skalę w zależności od potrzeb, zachowując przy tym niezawodność. Przykładowo grupy automatycznego skalowania w środowiskach chmurowych dodają lub usuwają serwery na podstawie wzorców ruchu.
• Skup się na obserwowalności: Zaawansowane monitorowanie, rejestrowanie zdarzeń i alerty zapewniają wgląd w zachowanie systemu przy różnym obciążeniu, pomagając zespołom skutecznie równoważyć wydajność i niezawodność (to jedna z wielu korzyści płynących z narzędzi do obserwowalności danych).
• Priorytetowo traktuj testowanie na dużą skalę: Testowanie systemów w warunkach zbliżonych do rzeczywistych pozwala upewnić się, że działają niezawodnie przy dużym natężeniu ruchu. Korzystaj z narzędzi takich jak Apache JMeter lub LoadRunner, aby symulować obciążenia produkcyjne.
• Korzystaj z architektur rozproszonych: Systemy rozproszone zmniejszają ryzyko wystąpienia pojedynczych punktów awarii. Rozdzielając obciążenia między wiele serwerów, centrów danych lub regionów, organizacje mogą zapewnić zarówno skalowalność, jak i niezawodność.

4. Wykorzystuj nowe technologie

Wraz z rozwojem technologii nowe narzędzia i praktyki nieustannie zwiększają skalowalność i niezawodność. Organizacje powinny śledzić pojawiające się trendy, takie jak te wymienione poniżej, aby utrzymać przewagę konkurencyjną:

• Przetwarzanie bezserwerowe: Architektury bezserwerowe, takie jak AWS Lambda lub Azure Functions, automatycznie skalują zasoby w zależności od zapotrzebowania, jednocześnie abstrahując zarządzanie infrastrukturą. Dzięki temu zespoły mogą koncentrować się na tworzeniu oprogramowania zamiast na jego utrzymaniu.
• Konteneryzacja i orkiestracja: Narzędzia takie jak Docker i Kubernetes ułatwiają wdrażanie, skalowanie i zarządzanie aplikacjami. Kubernetes w szczególności automatyzuje skalowanie, przełączanie awaryjne i alokację zasobów w klastrach.
• Przetwarzanie brzegowe: Przetwarzanie danych bliżej użytkowników zmniejsza opóźnienia i poprawia niezawodność systemów rozproszonych.
• Sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe na potrzeby optymalizacji: Narzędzia oparte na sztucznej inteligencji mogą przewidywać wzorce zapotrzebowania, optymalizować alokację zasobów i szybciej wykrywać anomalie niż tradycyjne metody, zwiększając zarówno skalowalność, jak i niezawodność.

5. Buduj odporne zespoły

Sama technologia nie wystarczy, aby zapewnić skalowalność i niezawodność. Odporne systemy wymagają odpornych zespołów, które dobrze znają nowoczesne praktyki i są przygotowane na dostosowywanie się do zmieniających się wyzwań. Oto jak rozwijać odporny zespół:

• Inwestuj w szkolenia: Regularne szkolenia zapewniają członkom zespołu aktualną wiedzę na temat najnowszych narzędzi, technologii i metodologii.
• Zachęcaj do współpracy międzyfunkcyjnej: Skalowalność i niezawodność często obejmują wiele dziedzin — od tworzenia oprogramowania po zarządzanie infrastrukturą. Zachęcaj do współpracy, aby zapewnić spójne strategie.
• Buduj kulturę ciągłego doskonalenia: Analizy incydentów i retrospektywy dostarczają cennych wniosków na potrzeby przyszłej odporności.

Końcowe przemyślenia

Budowanie odpornych systemów to ciągły proces, a nie jednorazowe rozwiązanie. Koncentrując się na skalowalności i niezawodności, organizacje mogą tworzyć systemy, które spełniają oczekiwania użytkowników i dostosowują się do rosnących wymagań.

Stosowanie proaktywnych strategii i nowych technologii, a także rozwijanie kultury współpracy, wyposaża zespoły w narzędzia pozwalające radzić sobie ze wszystkim, co przyniesie przyszłość. Odporność nadal stanowi fundament sukcesu.

Zapisz się do newslettera The CTO Club, aby uzyskać więcej informacji na temat budowania odpornych systemów.