Những thách thức về khả năng mở rộng trong Kiến trúc microservice: Quan điểm DevOps

Khi cơ sở người dùng kỹ thuật số mở rộng trên toàn cầu, điều quan trọng đối với các doanh nghiệp phần mềm là đảm bảo rằng các ứng dụng và sản phẩm của họ được thiết kế để xử lý lượng dữ liệu và lưu lượng truy cập lớn và ngày càng tăng. Điều cần thiết nữa là các hệ thống này phải có khả năng mở rộng và có khả năng xử lý khối lượng công việc lớn và tăng lên hoặc lượng dữ liệu theo cả kiểu tuyến tính và phi tuyến tính. Nhu cầu về các giải pháp có thể mở rộng đã chuyển sang kiến ​​trúc vi dịch vụ, trong đó các ứng dụng bao gồm các dịch vụ được triển khai và phát triển độc lập giao tiếp qua các giao thức gọn nhẹ. Các phương pháp DevOps, đặc biệt là tự động hóa, tích hợp liên tục/phân phối liên tục (CI/CD) và điều phối vùng chứa, có thể nâng cao khả năng mở rộng của các dịch vụ vi mô bằng cách cho phép các hoạt động mở rộng quy mô nhanh chóng, hiệu quả và đáng tin cậy.

Tại sao có khả năng mở rộng?

Có nhiều lý do khiến các ứng dụng phần mềm ngày càng được sử dụng và lưu lượng truy cập nhiều hơn. Ngày càng có nhiều người dùng trên toàn thế giới truy cập các ứng dụng kỹ thuật số và các doanh nghiệp đang mở rộng phạm vi tiếp cận của họ trên toàn cầu để phục vụ họ. Tính đến đầu năm 2023, Internet đã có 5.16 tỷ người dùng, chiếm 64.4% dân số thế giới và 98 triệu trong số những người dùng này đăng nhập lần đầu tiên vào năm 2022. Những người dùng này mong đợi các sản phẩm phần mềm đáng tin cậy, có tính sẵn sàng cao. Sự trỗi dậy của điện toán di động, ngày càng phát triển 3.2% vào năm 2022, đòi hỏi các giải pháp hoạt động hiệu quả trong các môi trường đa dạng. Trong khi đó, việc áp dụng các công nghệ mới đang bùng nổ đi kèm với yêu cầu tính toán ngày càng tăng. AI và ML đòi hỏi sức mạnh tính toán và khả năng xử lý dữ liệu đáng kể, đặc biệt khi các mô hình trở nên phức tạp hơn. Sự mới nổi công nghệ điện toán biên, trong đó quá trình xử lý diễn ra gần nguồn dữ liệu hơn, cũng yêu cầu khả năng mở rộng. Một nguồn khác dẫn đến sự gia tăng lớn về lượng dữ liệu được tạo và xử lý là sự phát triển của Internet of Things (IoT). Người ta dự đoán rằng IoT sẽ bao gồm 25.4 tỷ thiết bị tạo ra 73.1 zettabyte dữ liệu bởi 2025. Thị trường có tính cạnh tranh cao và được định hướng bởi công nghệ ngày nay đòi hỏi các doanh nghiệp phải nhanh chóng thích ứng và mở rộng quy mô dịch vụ của mình để đáp ứng nhu cầu luôn thay đổi của khách hàng và luôn dẫn đầu đối thủ.

Cách kiến ​​trúc microservice hỗ trợ khả năng mở rộng

Kiến trúc microservice là các kiến ​​trúc phân tán được liên kết lỏng lẻo, ưu tiên tính linh hoạt, linh hoạt và khả năng mở rộng. Mỗi vi dịch vụ có thể được mở rộng quy mô một cách tự động dựa trên các yêu cầu riêng của nó, cho phép phân bổ nguồn lực hiệu quả và tiết kiệm chi phí. Tương tự, mọi dịch vụ đều có thể được cân bằng tải riêng lẻ, giảm nguy cơ tắc nghẽn khi khối lượng dữ liệu tăng lên. Mỗi microservice có thể sử dụng các công nghệ khác nhau, cho phép các nhà phát triển chọn ngôn ngữ lập trình hoặc cơ sở dữ liệu phù hợp nhất với nhiệm vụ. Bản chất phân tán của kiến ​​trúc vi dịch vụ cũng cho phép cách ly lỗi để lỗi trong một dịch vụ không làm ảnh hưởng đến toàn bộ ứng dụng, giúp tăng khả năng phục hồi và giảm thời gian ngừng hoạt động khi mở rộng quy mô hệ thống.

Những thách thức trong việc triển khai và duy trì các kiến ​​trúc có thể mở rộng

Mặc dù kiến ​​trúc microservice có khả năng mở rộng một cách tự nhiên, nhưng vẫn còn những thách thức khi hệ thống phát triển về quy mô và độ phức tạp. Việc quản lý hiệu quả cách các dịch vụ khám phá lẫn nhau và phân phối tải trở nên phức tạp khi số lượng vi dịch vụ tăng lên. Giao tiếp giữa các hệ thống phức tạp cũng có độ trễ nhất định, đặc biệt khi lưu lượng truy cập tăng lên và dẫn đến bề mặt tấn công gia tăng, gây lo ngại về bảo mật. Kiến trúc microservice cũng có xu hướng triển khai tốn kém hơn so với kiến ​​trúc nguyên khối.

Các phương pháp hay nhất để thiết kế kiến ​​trúc vi dịch vụ có thể mở rộng

Việc tạo ra các kiến ​​trúc vi dịch vụ an toàn, mạnh mẽ và hoạt động tốt bắt đầu từ việc thiết kế. Thiết kế hướng tên miền đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển các dịch vụ gắn kết, liên kết lỏng lẻo và phù hợp với khả năng kinh doanh. Trong một kiến ​​trúc có khả năng mở rộng thực sự, mọi dịch vụ đều có thể được triển khai, mở rộng quy mô và cập nhật một cách tự động mà không ảnh hưởng đến các dịch vụ khác. Một khía cạnh thiết yếu của việc quản lý hiệu quả kiến ​​trúc dịch vụ vi mô bao gồm việc áp dụng mô hình quản trị phi tập trung, trong đó mỗi dịch vụ vi mô có một nhóm chuyên phụ trách đưa ra các quyết định liên quan đến dịch vụ, chẳng hạn như chọn nhóm công nghệ phù hợp và thiết kế giao diện lập trình ứng dụng (API). Việc đảm bảo rằng các API được xác định rõ ràng và an toàn, với sự tương tác giữa các vi dịch vụ được quản lý thông qua các cổng API là điều bắt buộc. Quản lý API mạnh mẽ bao gồm xử lý phiên bản API, đảm bảo khả năng tương thích ngược và bảo mật thông tin liên lạc.

Khả năng quan sát là rất quan trọng để phát hiện và giải quyết vấn đề nhanh chóng trong kiến ​​trúc phân tán. Giám sát, ghi nhật ký và theo dõi toàn diện cho phép các nhóm liên tục quan sát trạng thái và tình trạng của vi dịch vụ. Các chiến lược như kết hợp bộ ngắt mạch, thử lại, hết thời gian chờ và dự phòng sẽ cải thiện khả năng phục hồi của hệ thống và cho phép vi dịch vụ xử lý lỗi một cách dễ dàng. Bảo vệ dữ liệu và tuân thủ các yêu cầu tuân thủ cũng rất cần thiết, cũng như kiểm tra hiệu suất và tải thường xuyên. Các tổ chức có thể đảm bảo rằng mỗi vi dịch vụ hoạt động và mở rộng quy mô tốt, đồng thời đảm bảo khả năng phục hồi của toàn hệ thống bằng cách ưu tiên bảo mật, tuân thủ và kiểm tra thường xuyên.

Các phương pháp thực hành DevOps có thể hỗ trợ khả năng mở rộng như thế nào?

DevOps, một phương pháp phát triển phần mềm bắt nguồn từ cách tiếp cận từ dưới lên, tự động hóa các phần khác nhau của vòng đời phát triển phần mềm. Điều cần thiết là phải tuân thủ các phương pháp hay nhất để thiết kế vi dịch vụ, đồng thời sử dụng các công cụ và kỹ thuật DevOps để tối đa hóa mối quan hệ cộng sinh giữa hai phương pháp này. Trong DevOps, mọi thứ từ tích hợp và thử nghiệm mã đến triển khai và cung cấp cơ sở hạ tầng đều có thể được tự động hóa. Tự động hóa rất quan trọng để quản lý hiệu quả việc triển khai và mở rộng quy mô nhiều dịch vụ độc lập.

Trong CI/CD, một phương pháp thực hành chính của DevOps, các thay đổi mã thường xuyên được tích hợp vào kho lưu trữ dùng chung, sau đó là thử nghiệm và triển khai tự động. Quy trình CI/CD có thể hỗ trợ phát triển và duy trì kiến ​​trúc vi dịch vụ bằng cách cho phép lặp lại và triển khai mã mới nhanh chóng để có thể mở rộng nhanh chóng các tính năng và bản cập nhật mới. Giám sát và ghi nhật ký liên tục, một khía cạnh quan trọng khác của phương pháp DevOps, có thể giúp các nhà phát triển đánh giá nhu cầu về hiệu suất và khả năng mở rộng của từng vi dịch vụ. Việc sử dụng các công cụ DevOps cho phép các nhà phát triển sử dụng tính năng tự động hóa để giảm thiểu độ phức tạp ngày càng tăng có thể xảy ra với kiến ​​trúc vi dịch vụ.

Các công cụ và công nghệ được sử dụng trong microservice và DevOps

Có một số công nghệ thiết yếu làm nền tảng cho kiến ​​trúc microservice. Chúng bao gồm:

• Công nghệ container hóa và điều phối. Bộ chứa cung cấp môi trường biệt lập cho các vi dịch vụ, đảm bảo hoạt động nhất quán trên các nền tảng và cơ sở hạ tầng khác nhau. Phần mềm container hóa, bao gồm Docker, thường được cung cấp thông qua nền tảng dưới dạng dịch vụ (mô hình PaaS). Các công cụ điều phối như Kubernetes quản lý các vùng chứa này.
• Nền tảng đám mây. Các dịch vụ đám mây cung cấp khả năng mở rộng theo yêu cầu, phù hợp chặt chẽ với nhu cầu của kiến ​​trúc vi dịch vụ có thể mở rộng.
• Công cụ CI/CD. Các máy chủ tự động hóa, chẳng hạn như Jenkins và TeamCity, cho phép các nhà phát triển tự động hóa việc xây dựng, thử nghiệm và triển khai, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tích hợp và phân phối liên tục.
• Cơ sở hạ tầng dưới dạng mã (IaC). Các công cụ IaC, bao gồm Ansible và Terraform, cho phép cấu hình và triển khai tự động các môi trường cơ sở hạ tầng, đảm bảo tốc độ và tính nhất quán.

Điều gì tiếp theo dành cho microservice và DevOps?

Các công nghệ mới và mới nổi đang chuyển đổi kiến ​​trúc vi dịch vụ có thể mở rộng. AI ngày càng được tích hợp vào quy trình làm việc của DevOps, tạo ra một phương pháp được gọi là AIOps. Trong kiến ​​trúc vi dịch vụ, AIOps có thể tự động hóa các tác vụ phức tạp, dự đoán sự cố trước khi chúng xảy ra và tối ưu hóa việc phân bổ tài nguyên. Xu hướng mới nổi của điện toán không có máy chủ, trong đó các nhà cung cấp đám mây quản lý linh hoạt việc phân phối tài nguyên máy, cho phép doanh nghiệp chạy các ứng dụng và dịch vụ mà không cần phải quản lý cơ sở hạ tầng cơ bản, mang lại khả năng mở rộng chưa từng có và hiệu quả chi phí cho kiến ​​trúc dịch vụ vi mô. Hơn nữa, động lực hướng tới kiến ​​trúc dựa trên nền tảng đám mây dự kiến ​​sẽ tăng theo cấp số nhân khi ngày càng có nhiều tổ chức áp dụng các giải pháp kết hợp và đa đám mây để tránh sự bó buộc của nhà cung cấp, nâng cao khả năng phục hồi và tận dụng những thế mạnh độc đáo của các nền tảng đám mây đa dạng.

Khi nhu cầu về khả năng mở rộng tăng cao, quá trình chuyển đổi sang kiến ​​trúc microservice sẽ tăng tốc và việc áp dụng các phương pháp DevOps có thể giúp các tổ chức duy trì tính cạnh tranh. DevOps không chỉ đơn thuần là một tập hợp các công nghệ. Đúng hơn, đó là văn hóa tổ chức ưu tiên cải tiến liên tục, hợp tác giữa các nhóm và khả năng thích ứng. Nó khuyến khích sự phát triển mô-đun, độc lập của các dịch vụ, phối hợp hoàn hảo với kiến ​​trúc microservice. Bằng cách khai thác mối quan hệ cộng sinh giữa thực tiễn DevOps và kiến ​​trúc vi dịch vụ, các tổ chức có thể xây dựng các giải pháp phần mềm an toàn, mạnh mẽ và có thể mở rộng phù hợp với bối cảnh năng động và đang phát triển.