Como garantir a escalabilidade da nuvem em 2023

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À medida que os volumes comuns de carga em sistemas de computação crescem cada vez mais, eles se adaptam e se tornam mais complexos em termos de arquitetura básica. Novas ferramentas de software e integração para otimização de desempenho são adicionadas, capacidades de servidor são expandidas, etc.

Todos esses processos de otimização do sistema são definidos por uma única noção - dimensionamento - uma das principais especializações dos especialistas em DevOps. O que é escalabilidade e, mais importante, como assegurá-la no caso de seu negócio específico com a maior parte das capacidades operacionais concentradas na nuvem? Vamos mergulhar no assunto.

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O que é escalabilidade?

Qual é a definição definitiva de escalabilidade? É, basicamente, uma capacidade de aumentar o desempenho do sistema da forma mais racional possível. Na prática, isso geralmente é obtido pela soma de recursos computacionais, tanto de hardware quanto de software. O código existente reescrito, no entanto, é uma solução bastante drástica na maioria dos casos, portanto, em 9 de 10 casos, as empresas param de multiplicar o número de servidores ou aumentar os recursos do sistema de servidor existente.

Observe que a necessidade de dimensionamento não aparece apenas quando o desempenho geral do sistema se torna lento e insuficiente. A arquitetura existente e operacional pode funcionar muito bem e, no entanto, os atrasos ainda podem atrapalhar os processos devido ao rápido crescimento do tráfego de usuários.

Se você deseja verificar a eficiência de seus protocolos de rede e recursos de servidor da Web disponíveis, use qualquer utilitário de teste de carga disponível (como cerco, por exemplo) que emulará um influxo artificial de usuários em seu servidor com toneladas de solicitações. Você apenas terá que rastrear dois parâmetros principais: n - define um número total de solicitações ec - indica o número de solicitações simultâneas.

Como resultado, você obtém uma leitura de RPS (solicitações por segundo) que mostra quantas solicitações seu sistema de servidor é capaz de atender no momento. Este é o reflexo do número máximo de usuários que, se tentarem interagir com seu servidor de uma só vez, provavelmente irão travar seu sistema. Essa rotina de teste mostra o que esperar e como é importante estabelecer uma arquitetura propensa à escalabilidade.

Por outro lado, porém, pense nisso por um segundo. Talvez seja mais acessível personalizar algumas configurações do servidor e otimizar os procedimentos de caixa em seu caso particular. Dessa forma, você pode adiar com segurança o dimensionamento até tempos melhores.

Por que precisamos prestar atenção especial à escalabilidade?

Uma vez que um negócio começa a se desenvolver, ele deve ser o mais flexível e engenhoso possível. As startups precisam ser capazes de se adaptar rapidamente às mudanças de tendências e condições de mercado para serem populares e competitivas. Quando seu aplicativo é escalável, ele acelera seu crescimento, melhora a experiência do usuário e alcança um público maior. Em essência, a escalabilidade permite que você gerencie melhor seu aplicativo e se adapte a novos requisitos. Ao construir uma estratégia de crescimento para o seu negócio, construir um aplicativo escalável deve ser uma das primeiras prioridades.

Tipos de Escala

Os principais e mais comuns tipos de procedimentos de escala incluem:

Escalabilidade vertical - aumento de escala

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A escalabilidade vertical é quando os poderes gerais de negócios aumentam, aumentando o desempenho dos recursos internos do servidor - CPUs, memória, unidades e capacidades de rede. O servidor em sua forma básica permanece inalterado.

Dimensionamento horizontal - dimensionamento horizontal

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Há uma posição real ocorrendo no campo - escalar para cima versus escalar para fora. O que é melhor?

Em particular, à medida que a carga digital e o tráfego crescem cada vez mais, mais cedo ou mais tarde o dimensionamento vertical enfrenta limites na forma de especificações técnicas de servidores. É aí que o dimensionamento horizontal entra em ação. O significado básico do termo define que os poderes de computação são aumentados adicionando nós idênticos sobre os já existentes. O escalonamento horizontal é mais frequentemente estabelecido quando existe uma infraestrutura de servidor ajustada (caso particular - data centers) e também o esquema estabelecido de interação entre os servidores.

Escala diagonal

Este é um termo relativamente novo que John Allspaw criou - um autor e co-fundador do Adaptive Capacity Labs. Assim, o dimensionamento diagonal combina o melhor dos dois mundos e define o dimensionamento vertical dos nós dimensionados horizontalmente que já estão implementados na infraestrutura de servidor existente.

Como garantir escalabilidade máxima

Agora, algumas dicas práticas para ajudá-lo a realizar um procedimento de escalabilidade de computação em nuvem da maneira mais adequada, com gastos mínimos.

Realizar balanceamento de carga

O balanceamento de carga implica um conjunto de esforços para distribuir os processos da rede de computação entre vários recursos de hardware-software (drivers, CPUs ou servidores separados) que estão concentrados em um soquete ou cluster. O principal objetivo aqui é otimizar os gastos com capacidades de computação, aumentar a saída da rede, reduzir os gastos de tempo durante o processamento de solicitações de rede, bem como diminuir as chances de um determinado servidor responder a DDoS em algum momento maravilhoso.

Além disso, a distribuição de carga entre vários nós (em vez de explorar totalmente um único nó) aumenta a acessibilidade dos serviços prestados pela sua empresa. Em particular, com alguns números excessivos de servidores sob a manga, mesmo que alguma unidade de trabalho falhe, você tem uma substituição automática pronta.

O procedimento de balanceamento é implementado com a ajuda de todo um conjunto de algoritmos e métodos, cada um correspondendo às seguintes camadas do modelo OSI: Rede, Transporte e Aplicação. Na prática, isso requer o emprego de vários servidores físicos junto com software especializado semelhante ao servidor web Nginx.

Mude para escalabilidade automática de serviços da web

O dimensionamento automático é uma abordagem especial para dimensionamento dinâmico no contexto de serviços em nuvem (ou seja, o dimensionamento que implica a personalização de poderes de computação de acordo com o volume de carga da rede). Particularmente, os usuários de serviços que incluem procedimentos de dimensionamento automático (os mais renomados são Amazon Web Service, Google Cloud Platform e Microsoft Azure) recebem máquinas virtuais adicionais, se necessário (que podem ser excluídas automaticamente do cluster ou contêiner à medida que o tráfego e a intensidade das solicitações diminuem).

Devido a essa abordagem, as empresas obtêm acessibilidade aprimorada, capacidade operacional em caso de falha, bem como as melhores oportunidades de economia de orçamento. Com esses serviços, você emprega toda a potência do servidor necessária no momento. Esta é uma opção bastante vencedora em oposição ao dimensionamento físico quando você precisa comprar e manter hardware caro.

Observe que a escalabilidade automática da nuvem sempre anda de mãos dadas com as soluções de balanceamento de carga.

Contêineres de microsserviços, clusterização

Você pode empregar procedimentos de aumento de desempenho com eficiência de recursos que agrupam serviços em contêineres e, em seguida, reúnem esses contêineres em clusters. A clusterização é seguida pela definição de scripts que adicionam recursos em falta (instâncias) se necessário ou minimizam a dedicação de recursos para evitar o excesso.

Implementar cache

Durante o dimensionamento horizontal, o cache de memória simples não pode ser implementado para vários nós de uma só vez, portanto, é necessário otimizá-lo. Em particular, armazenamento como Memcached ou Redis pode ser usado para a distribuição combinada de dados de cache entre as iterações do aplicativo. Essas ferramentas funcionam de acordo com diferentes algoritmos para que os dados de cache sejam reduzidos em quantidade. Os armazenamentos em cache também são bem protegidos contra erros de replicação e armazenamento de dados.

Usando o armazenamento em cache, é crucial evitar a situação em que diferentes iterações de aplicativos solicitam dados não armazenados em cache simultaneamente. Para isso, é preciso atualizar os dados de cache fora do fluxo de desempenho do seu aplicativo e usá-los diretamente no aplicativo.

Assim, com uma abordagem adequada, o armazenamento em cache pode ajudar seus sistemas a obter uma capacidade de dimensionamento em nuvem para lidar com cargas intensivas e obter uma saída ideal.

Empregar serviços CDN

CDN é uma rede de computadores fisicamente remotos que transferem conteúdo para os usuários do serviço. Em outras palavras, é um armazenamento distribuído e emprego de cache. Normalmente, recorrer à CDN é mais relevante quando um serviço da Web, site ou aplicativo completo tem como alvo um público de usuários distribuído em todo o território de vários países. O preço da CDN depende diretamente dos volumes de tráfego que passam pelo serviço.

Alternativamente, o CDN pode ser uma solução não lucrativa se o seu TA, apesar de sua ampla distribuição territorial, possuir localizações com concentração de determinados usuários. Ou seja, suponha que cerca de 60% de sua AT esteja sediada nos EUA, 30% em Londres e os 10% restantes estejam espalhados por todo o planeta. Nesse caso, usar o CDN será uma decisão racional apenas para os últimos 10% (enquanto outros locais exigirão a instalação de novos servidores).

Como lidamos com problemas de dimensionamento?

Atualmente, entre nossos exemplos mais brilhantes de dimensionamento conduzidos por especialistas internos, está a construção de uma arquitetura de alta escalabilidade para armazenamento em nuvem pública como AWS, Microsoft Azure, Google Cloud e Digital Ocean. Empregamos scripts de implantação de ambientes automatizados com a ajuda do Terraform - um sistema de última geração para criação, gerenciamento e configuração de infraestrutura em nuvem. Baseamos nossos clusters de servidores no software de escalonamento automático Kubernetes e na tecnologia auxiliar de conteinerização Docker.

Conclusão

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Ao aproveitar a escalabilidade no ambiente de computação em nuvem por meio dos métodos acima e de outros, você pode crescer com mais rapidez e facilidade e permanecer ágil o tempo todo. Se você se esforçar para adotar apenas a abordagem totalmente conscienciosa para dimensionamento, você deve definitivamente recorrer a especialistas. Deixe-nos encontrar os especialistas em DevOps que forneceriam a infraestrutura de servidor ideal para o seu negócio específico, que será adaptada para lidar com cargas de qualquer intensidade.