Проблемы масштабируемости в микросервисной архитектуре: взгляд DevOps

Поскольку база цифровых пользователей расширяется по всему миру, для предприятий, занимающихся разработкой программного обеспечения, становится все более важным гарантировать, что их приложения и продукты предназначены для обработки больших и растущих объемов данных и трафика. Также важно, чтобы эти системы были масштабируемыми и могли обрабатывать большие и увеличивающиеся рабочие нагрузки или объемы данных как линейным, так и нелинейным образом. Спрос на масштабируемые решения перешел к архитектуре микросервисов, где приложения состоят из независимо разработанных и развернутых сервисов, которые взаимодействуют через облегченные протоколы. Методологии DevOps, в частности автоматизация, непрерывная интеграция/непрерывная доставка (CI/CD) и оркестровка контейнеров, могут улучшить масштабируемость микросервисов, обеспечивая быстрые, эффективные и надежные операции масштабирования.

Почему масштабируемость?

Существует множество причин, по которым программные приложения становятся все более популярными и используются. Все больше пользователей во всем мире получают доступ к цифровым приложениям, а компании расширяют свое присутствие по всему миру, чтобы обслуживать их. По состоянию на начало 2023 года в Интернете было 5.16 млрд пользователей, что составляет 64.4 процента населения мира и 98 миллионов человек этих пользователей впервые вошли в систему в 2022 году. Эти пользователи ожидают надежных программных продуктов с высокой доступностью. Рост мобильных компьютеров, которые выросли 3.2 процентов в 2022 году потребуются решения, которые эффективно работают в различных средах. Между тем бурное внедрение новых технологий сопровождается увеличением требований к вычислительной технике. Искусственный интеллект и машинное обучение требуют значительных вычислительных мощностей и возможностей обработки данных, особенно по мере того, как модели становятся более сложными. Возникающие технология периферийных вычислений, при котором обработка происходит ближе к источнику данных, также требует масштабируемости. Еще одним источником массового увеличения объема генерируемых и обрабатываемых данных является развитие Интернета вещей (IoT). Прогнозируется, что Интернет вещей будет состоять из 25.4 миллиардов устройств, генерирующих 73.1 зеттабайт данных. к 2025 году. Сегодняшний высококонкурентный и высокотехнологичный рынок требует, чтобы компании быстро адаптировались и масштабировали свои предложения для удовлетворения меняющихся потребностей клиентов и оставались впереди конкурентов.

Как архитектура микросервисов обеспечивает масштабируемость

Архитектуры микросервисов — это слабосвязанные распределенные архитектуры, в которых приоритет отдается гибкости и масштабируемости. Каждый микросервис можно масштабировать автономно в соответствии с его уникальными требованиями, что обеспечивает экономичное и эффективное распределение ресурсов. Аналогично, каждую службу можно балансировать индивидуально, что снижает риск возникновения узких мест по мере увеличения объемов данных. Каждый микросервис может использовать разные технологии, что позволяет разработчикам выбирать язык программирования или базу данных, которые лучше всего подходят для поставленной задачи. Распределенная природа микросервисных архитектур также позволяет изолировать ошибки, чтобы сбой в одной службе не приводил к выходу из строя всего приложения, что приводит к повышению устойчивости и сокращению времени простоя по мере масштабирования системы.

Проблемы внедрения и поддержки масштабируемых архитектур

Хотя архитектура микросервисов естественным образом поддается масштабированию, проблемы остаются, поскольку системы растут в размерах и сложности. Эффективное управление тем, как сервисы обнаруживают друг друга и распределяют нагрузку, становится сложным по мере увеличения количества микросервисов. Связь между сложными системами также приводит к определенной задержке, особенно при увеличении трафика, и приводит к увеличению поверхности атаки, что повышает проблемы безопасности. Архитектуры микросервисов также, как правило, дороже в реализации, чем монолитные архитектуры.

Лучшие практики проектирования масштабируемых архитектур микросервисов

Создание безопасных, надежных и высокопроизводительных архитектур микросервисов начинается с проектирования. Проектирование, ориентированное на предметную область, играет жизненно важную роль в разработке взаимосвязанных, слабо связанных и соответствующих бизнес-возможностям услуг. В рамках по-настоящему масштабируемой архитектуры каждый сервис можно развертывать, масштабировать и обновлять автономно, не затрагивая другие. Одним из важных аспектов эффективного управления архитектурой микросервисов является принятие модели децентрализованного управления, в которой каждый микросервис имеет выделенную команду, отвечающую за принятие решений, связанных с сервисом, например, за выбор правильного технологического стека и разработку интерфейсов прикладного программирования (API). Крайне важно обеспечить четкое определение и безопасность API, а также взаимодействие между микросервисами, управляемое через шлюзы API. Надежное управление API включает управление версиями API, обеспечение обратной совместимости и защиту связи.

Наблюдаемость имеет решающее значение для быстрого обнаружения и решения проблем в распределенной архитектуре. Комплексный мониторинг, ведение журналов и трассировка позволяют командам постоянно наблюдать за состоянием и работоспособностью микросервисов. Такие стратегии, как включение автоматических выключателей, повторных попыток, тайм-аутов и резервных средств, повышают отказоустойчивость системы и позволяют микросервисам легко обрабатывать сбои. Защита данных и соблюдение требований соответствия также имеют важное значение, а также регулярные тесты производительности и нагрузочные тесты. Организации могут гарантировать, что каждый микросервис работает и масштабируется хорошо, обеспечивая при этом устойчивость всей системы, уделяя приоритетное внимание безопасности, соответствию требованиям и регулярному тестированию.

Как практики DevOps могут поддерживать масштабируемость?

DevOps, методология разработки программного обеспечения, основанная на восходящем подходе, автоматизирует различные части жизненного цикла разработки программного обеспечения. Крайне важно придерживаться лучших практик проектирования микросервисов и в то же время использовать инструменты и методы DevOps, чтобы максимизировать симбиоз между двумя практиками. В DevOps можно автоматизировать все: от интеграции кода и тестирования до развертывания и предоставления инфраструктуры. Автоматизация имеет решающее значение для эффективного управления развертыванием и масштабированием многочисленных независимых сервисов.

В CI/CD, ключевой практике DevOps, изменения кода регулярно вносятся в общий репозиторий с последующим автоматическим тестированием и развертыванием. Конвейеры CI/CD могут помочь в разработке и обслуживании архитектуры микросервисов, обеспечивая быструю итерацию и развертывание нового кода, что позволяет быстро масштабировать новые функции и обновления. Непрерывный мониторинг и ведение журналов — еще один важный аспект методологии DevOps — могут помочь разработчикам оценить производительность и потребности масштабируемости каждого микросервиса. Использование инструментов DevOps позволяет разработчикам использовать автоматизацию для смягчения возросшей сложности, которая может возникнуть в связи с архитектурой микросервисов.

Инструменты и технологии, используемые в микросервисах и DevOps

Существует несколько важных технологий, лежащих в основе архитектуры микросервисов. Они включают:

• Технологии контейнеризации и оркестрации. Контейнеры предоставляют изолированные среды для микросервисов, обеспечивая согласованную работу на разных платформах и инфраструктурах. Программное обеспечение для контейнеризации, включая Docker, часто предлагается по принципу «платформа как услуга» (модель PaaS). Этими контейнерами управляют инструменты оркестрации, такие как Kubernetes.
• Облачные платформы. Облачные сервисы обеспечивают масштабируемость по требованию, что точно соответствует потребностям масштабируемой архитектуры микросервисов.
• Инструменты CI/CD. Серверы автоматизации, такие как Jenkins и TeamCity, позволяют разработчикам автоматизировать сборку, тестирование и развертывание, облегчая непрерывную интеграцию и доставку.
• Инфраструктура как код (IaC). Инструменты IaC, включая Ansible и Terraform, позволяют автоматизировать настройку и развертывание инфраструктурных сред, что обеспечивает скорость и согласованность.

Что будет дальше с микросервисами и DevOps?

Новые и появляющиеся технологии трансформируют масштабируемые архитектуры микросервисов. ИИ все чаще интегрируется в рабочие процессы DevOps, создавая методологию, известную как AIOps. В рамках архитектур микросервисов AIOps может автоматизировать сложные задачи, прогнозировать проблемы до их возникновения и оптимизировать распределение ресурсов. Развивающаяся тенденция бессерверных вычислений, когда поставщики облачных услуг динамически управляют распределением машинных ресурсов, позволяя предприятиям запускать приложения и сервисы без необходимости управлять базовой инфраструктурой, обеспечивает беспрецедентную масштабируемость и экономическую эффективность для архитектур микросервисов. Более того, ожидается, что тенденция к использованию облачных архитектур будет расти в геометрической прогрессии по мере того, как все больше организаций внедряют гибридные и мультиоблачные решения, чтобы избежать привязки к поставщику, повысить устойчивость и извлечь выгоду из уникальных преимуществ разнообразных облачных платформ.

По мере усиления спроса на масштабируемость переход к микросервисной архитектуре будет ускоряться, а внедрение методологий DevOps может помочь организациям оставаться конкурентоспособными. DevOps — это не просто набор технологий. Скорее, это организационная культура, которая отдает приоритет постоянному совершенствованию, сотрудничеству между командами и адаптивности. Он поощряет модульную, независимую разработку сервисов, плавно взаимодействуя с архитектурой микросервисов. Используя симбиозную связь между практиками DevOps и архитектурами микросервисов, организации могут создавать безопасные, надежные и масштабируемые программные решения, адаптированные к динамичным и развивающимся средам.