Как крупные технологические компании создают устойчивые системы для миллионов пользователей

Узнайте от специалистов компании DST Global, как ведущие технологические компании создают отказоустойчивые, масштабируемые системы с облачным отказоустойчивым решением, автоматическим масштабированием, микросервисами и возможностью наблюдения для обеспечения высокой доступности.

Когда вы обслуживаете миллионы пользователей, устойчивость не может быть чем-то, что вы добавляете позже. Она должна быть частью дизайна с самого начала. В противном случае, учитывая, как растут ожидания пользователей и как меняются глобальные модели трафика, ваша система просто не будет успевать.

Сегодня я хочу рассказать вам, как ведущие компании думают об устойчивости в масштабе. Мы рассмотрим стратегии, которые работают в реальном мире — а не только в теории — и посмотрим, как доступность, стоимость, наблюдаемость, масштабирование и проектирование системы объединяются.

Почему устойчивость так важна в масштабах

В том масштабе, о котором мы говорим, сбои — не редкость. Оборудование выйдет из строя. У сетей будут проблемы. Центры обработки данных выйдут из строя. Это нормально, а не исключительно.

Компании, которые усвоили это на собственном горьком опыте, теперь с самого начала разрабатывают проекты, рассчитанные на неудачи. Вот некоторые из основ:

- Разбиение системы на отдельные секции, чтобы один сбой не тянул за собой все остальное

- Резервное копирование не только серверов, но и баз данных, хранилищ и даже целых географических регионов

- Постоянное выполнение проверок работоспособности и настройка автоматического переключения на резервный ресурс для восстановления без необходимости вмешательства человека.

- Масштабирование системы в зависимости от потребностей в реальном времени

- Достаточно внимательное наблюдение за поведением системы, чтобы заметить ранние предупреждающие сигналы до того, как они приведут к серьезным сбоям

И это не то, что можно сделать и забыть. Команды постоянно улучшают историю устойчивости, основываясь на реальных инцидентах и извлеченных уроках.

Распространение систем по регионам: как это помогает

Один из самых умных шагов, которые вы можете сделать для обеспечения устойчивости, — это распределение ваших систем по разным регионам. Такие платформы, как AWS и GCP, созданы для этого; их регионы изолированы по замыслу.

Такая настройка означает, что даже если целый регион отключается, ваша система продолжает работать из других. Пользователи автоматически перенаправляются в здоровый регион, часто даже не замечая, что что-то пошло не так.

Обычно существует два способа репликации данных между регионами:

- Асинхронная репликация : быстрее, но есть небольшой риск потери нескольких последних обновлений, если авария произойдет в неподходящий момент.

- Синхронная репликация : безопаснее для критически важных данных, но вносит некоторую задержку

Большинство реальных архитектур в конечном итоге смешивают эти два подхода — в зависимости от того, какие части системы могут допустить небольшой риск, а какие нет.

Еще один важный трюк — региональная изоляция. Вы проектируете системы таким образом, что каждый регион может работать самостоятельно, если это абсолютно необходимо.

Однако не каждой системе нужна многорегиональная настройка. Многое можно сделать в одном регионе, используя несколько зон доступности. Но когда речь идет о действительно критически важных для миссии сервисах или очень строгих требованиях соответствия, многорегиональность становится необходимой.

Настройка правильных планов аварийного переключения

Каждая устойчивая система нуждается в надежной стратегии отказоустойчивости. Используются две основные модели в зависимости от потребностей:

Активно-активные настройки — это когда несколько узлов или регионов обрабатывают живой трафик одновременно. Если один из них выходит из строя, другие мгновенно подхватывают его. Это почти исключает простои, но требует очень тщательной синхронизации и балансировки.

В активно-пассивных установках один работающий узел выполняет всю работу, а другой простаивает в ожидании отказа.

Независимо от того, какую модель вы выберете, регулярное тестирование отказоустойчивости является обязательным. Вы не хотите, чтобы первый реальный сбой стал первым моментом, когда вы обнаружите проблему с вашим планом. Тренировки и имитация сбоев — это то, как хорошие команды остаются готовыми.

Подготовка к всплескам трафика с помощью автоматического масштабирования

Если ваша система не может гибко реагировать на трафик, она сломается во время скачков. Вот почему автоматическое масштабирование является таким мощным инструментом.

Автоматическое масштабирование позволяет вашей системе автоматически добавлять или удалять ресурсы на основе данных об использовании в реальном времени, таких как загрузка ЦП, использование памяти или количество запросов.

Еще лучше то, что предиктивное автоматическое масштабирование может прогнозировать всплески спроса на основе исторических закономерностей — например, масштабирование непосредственно перед началом распродаж в Черную пятницу.

Масштабирование должно происходить по всему стеку: веб-серверы, базы данных, кэши, очереди сообщений, все. Слабое звено в любом месте может создать узкое место.

Но есть один важный момент: политики масштабирования должны быть хорошо продуманы. В противном случае вы можете в конечном итоге потратить ресурсы впустую и увеличить расходы. Умное масштабирование требует умных порогов, периодов охлаждения и ограничителей расходов.

Микросервисы: устранение сбоев путем разбиения компонентов на части

Микросервисы стали популярной архитектурой для создания устойчивых крупномасштабных систем. Основная идея заключается в разделении большой системы на множество меньших, специализированных сервисов, которые общаются друг с другом через API.

Такой подход дает ряд серьезных преимуществ:

- Если одна служба выходит из строя, ущерб ограничивается и не приводит к остановке всей системы.

- Каждая услуга может масштабироваться независимо в зависимости от собственных потребностей.

- Команды могут обновлять службы, не затрагивая несвязанные части системы.

- Услуги могут использовать наилучшие технологии, соответствующие их индивидуальным потребностям.

Конечно, микросервисы не бесплатны. Они вносят сложность. Теперь вам придется управлять такими вещами, как обнаружение сервисов, распределенная трассировка, централизованное ведение журналов и более сложные конвейеры развертывания.

Тем не менее, компромисс часто окупается, когда вы стремитесь к устойчивости и быстрой итерации в очень больших масштабах.

Наблюдаемость: как узнать, здорова ли ваша система

В больших масштабах нельзя летать вслепую. Наблюдаемость — это то, как вы опережаете проблемы.

Вам необходимо охватить три столпа:

- Метрики предоставляют вам цифры по таким показателям, как частота ошибок, задержка, пропускная способность и использование ресурсов.

- Журналы регистрируют события в вашей системе, чтобы вы могли расследовать случаи, когда что-то идет не так.

- Распределенная трассировка позволяет отслеживать один запрос по нескольким службам, чтобы находить узкие места или точки отказа.

Помимо этих основ, хорошая наблюдаемость также включает в себя панели мониторинга, оповещения, синтетические тесты и проактивный мониторинг состояния.

Обычно используются такие платформы, как AWS CloudWatch, X-Ray и инструменты с открытым исходным кодом, как Prometheus и Jaeger. Но настоящий ключ — это не инструмент, а обеспечение того, чтобы система была создана с самого начала так, чтобы ее было легко наблюдать и устранять неполадки.

Хорошая наблюдаемость сокращает продолжительность инцидентов, упрощает поиск первопричин и помогает командам выявлять и устранять риски до того, как они навредят пользователям.

Управление компромиссами: стоимость, скорость и устойчивость

Создание устойчивых систем всегда требует компромиссов.

- Строгая согласованность обеспечивает более безопасные данные, но может замедлить работу системы.

- Архитектуры высокой доступности требуют больше затрат на инфраструктуру, но позволяют сэкономить гораздо больше средств из-за простоев.

- Сложные конструкции могут обеспечить большую устойчивость, но могут затруднить эксплуатацию

Умные команды не пытаются иметь все. Они делают осознанный выбор на основе данных: имитируют сбои, моделируют влияние простоя на бизнес и проводят тесты на хаос, чтобы найти реальные слабые места.

Иногда имеет смысл принять конечную согласованность ради лучшей скорости. Иногда приходится вкладывать большие средства, потому что даже минута простоя обходится слишком дорого.

Универсального ответа не существует. Правильный выбор по мнению разработчиков DST Global, зависит от ваших пользователей, вашего бизнеса и того, какой сбой вы абсолютно не можете себе позволить.

Формирование устойчивости как постоянной привычки

Если есть что-то, что отличает великие системы, так это то, что их создатели рассматривают устойчивость как живой процесс, а не как разовый проект.

Лучшие компании делают устойчивость частью всего, что они делают:

- Устойчивость рассматривается во время обсуждения архитектуры, а не добавляется позже

- После каждого инцидента команды проводят безупречные проверки, направленные на обучение и совершенствование.

- Изменения внедряются осторожно, часто с флагами функций или с помощью канареечных развертываний.

- Хаос-инжиниринг используется проактивно для проверки того, как системы ведут себя в условиях стресса.

Сделав устойчивость частью повседневной культуры, эти организации в конечном итоге создают системы, которые не просто переживают плохие дни — они на самом деле становятся лучше благодаря им.

Создание надежных систем в глобальном масштабе — это тяжелая работа. Она требует тщательного планирования, продуманных компромиссов, постоянной бдительности и стремления учиться на каждой неудаче.

Но если все сделано правильно, вы сможете обеспечить отличный пользовательский опыт, даже если произойдет что-то непредвиденное, — и именно это отличает хорошие системы от по-настоящему великих.