فهم التوفر العالي
يعد التوفر العالي (HA) إحدى سمات نظام البرمجيات الذي يضمن التشغيل المستمر والحد الأدنى من وقت التوقف عن العمل أثناء الأحداث المخططة وغير المخطط لها، مما يوفر تجربة مستخدم موثوقة ومتسقة. يعد التوفر العالي أمرًا بالغ الأهمية للشركات وخدمات البرمجيات التي تتطلب خدمة متواصلة لعملائها، لا سيما في سوق اليوم شديد التنافسية حيث يمكن أن يؤثر التوقف القصير حتى بشكل كبير على الإيرادات والسمعة ورضا العملاء.
الهدف الأساسي للتوفر العالي هو زيادة مرونة النظام، مما يضمن قدرته على الاستمرار في العمل أثناء سيناريوهات الفشل المختلفة، مثل أعطال الأجهزة أو البرامج، وانقطاع الشبكة، وغيرها من الأحداث غير المتوقعة. يركز التوفر العالي على تصميم بنية نظام البرمجيات والبنية التحتية والعمليات لمنع أو تخفيف آثار مثل هذه الإخفاقات والتعافي منها بسرعة.
المبادئ الأساسية للتصميم عالي التوفر
هناك العديد من المبادئ الأساسية التي يجب مراعاتها أثناء تصميم الأنظمة البرمجية للإتاحة العالية. توجه هذه المبادئ تصميم النظام وتنفيذه لتحقيق المستوى المطلوب من المرونة والقوة والتسامح مع الأخطاء. دعونا نستكشف هذه المبادئ الأساسية بالتفصيل:
- القضاء على نقاط الفشل الفردية: نقاط الفشل الفردية (SPOF) هي مكونات داخل النظام والتي، في حالة فشلها، يمكن أن تؤدي إلى انهيار النظام بأكمله. لتحقيق التوفر العالي، من الضروري تحديد وإزالة SPOFs عن طريق تقديم التكرار والتسامح مع الأخطاء في كل مستوى من مستويات النظام.
- احتضان التكرار والنسخ: يعد التكرار والنسخ ضروريين لتحقيق التوفر العالي. من خلال وجود مثيلات متعددة لمكونات التطبيق والبيانات، يمكن للنظام الاستمرار في العمل حتى في حالة فشل مكون واحد أو أكثر.
- تنفيذ موازنة التحميل وإدارة حركة المرور: يمكن أن يؤدي توزيع الطلبات الواردة وحركة المرور بكفاءة عبر موارد أو مثيلات متعددة إلى منع المثيلات المحملة بشكل زائد، وتحسين استخدام الموارد، وتحسين أداء النظام وإتاحته.
- أتمتة تجاوز الفشل والاسترداد: تكتشف آليات تجاوز الفشل والاسترداد التلقائية حالات الفشل وتبدأ عمليات تجاوز الفشل في المثيلات السليمة دون تدخل يدوي. يؤدي ذلك إلى زيادة سرعة وكفاءة صيانة النظام وتقليل وقت التوقف عن العمل.
- المراقبة والتنبيه بشكل استباقي: يجب وضع آليات المراقبة والتنبيه لتمكين الكشف المبكر عن المشكلات والإخفاقات في النظام. تعتبر هذه البيانات ذات قيمة لتحديد الأسباب الجذرية، وبدء عمليات الاسترداد التلقائية، والحفاظ على التوفر العالي.
- التخطيط واختبار حالات الفشل: تخطيط واختبار سيناريوهات الفشل المختلفة بدقة لضمان بقاء النظام مرنًا ومتاحًا بدرجة عالية في ظل ظروف مختلفة. يتضمن ذلك اختبار الأداء، وهندسة الفوضى، واختبار تجاوز الفشل والاسترداد.
التكرار والتكرار
يعد التكرار والنسخ من الجوانب المهمة في التصميم عالي التوفر. يشير التكرار إلى وجود مثيلات متعددة لمكونات التطبيق المتاحة للتعامل مع الطلبات، بينما يقوم النسخ المتماثل بإنشاء نسخ متعددة من البيانات عبر مكونات النظام. يساعد كل من التكرار والنسخ في التخفيف من تأثير فشل المكونات والحفاظ على استمرارية النظام. هناك العديد من الجوانب التي يجب مراعاتها عند تنفيذ التكرار والنسخ في نظام عالي التوفر:
- تكرار التطبيق: من خلال نشر مثيلات متعددة لمكونات التطبيق، مثل خوادم الويب وخوادم التطبيقات، فإنك توفر المرونة ضد فشل مكون واحد. غالبًا ما يتم تحقيق تكرار التطبيق من خلال التجميع، حيث تعمل المثيلات معًا للتعامل مع الطلبات الواردة.
- نسخ البيانات: يتضمن نسخ البيانات إنشاء نسخ متعددة من نفس البيانات والاحتفاظ بها عبر أجهزة تخزين أو مواقع مختلفة. وهذا يوفر التسامح مع الخطأ ضد فشل مكونات تخزين البيانات. يمكن تنفيذ النسخ المتماثل للبيانات باستخدام تقنيات مختلفة، مثل النسخ المتزامن أو غير المتزامن، اعتمادًا على المستوى المطلوب من اتساق البيانات وزمن انتقال النظام.
- التكرار الجغرافي: لضمان التوفر العالي حتى أثناء فشل مركز البيانات، يعد نشر المثيلات والبيانات عبر مواقع أو مناطق جغرافية متعددة أمرًا ضروريًا. يوفر التكرار الجغرافي إمكانية التسامح مع الأخطاء ضد حالات الانقطاع واسعة النطاق التي يمكن أن تؤثر على مراكز البيانات بأكملها.
- التكرار على مستوى المكون: للتخلص من نقاط الفشل الفردية في البنية الأساسية لديك، فكر في تقديم التكرار على مستوى المكون. قد يشمل ذلك مصادر الطاقة الزائدة ومفاتيح الشبكة وموازنات التحميل ومكونات البنية التحتية الأخرى لضمان التشغيل المستمر لنظام البرنامج الخاص بك.
من خلال فهم التكرار والنسخ وتنفيذهما بشكل فعال، يمكنك تحقيق نظام برمجي عالي التوفر يمكنه الحفاظ على التشغيل المستمر والتعافي بسرعة من الأحداث غير المتوقعة.
موازنة التحميل وإدارة حركة المرور
تعد موازنة التحميل وإدارة حركة المرور من المكونات الحيوية لبنية التوفر العالي (HA). هدفهم الأساسي هو توزيع الطلبات الواردة وحركة المرور على النحو الأمثل عبر مثيلات أو موارد متعددة في نظام برمجي، ومنع التحميل الزائد، وتحسين استخدام الموارد، وتحسين أداء النظام وتوافره.
موازنات التحميل
تعد موازنات التحميل العناصر الأساسية لإدارة حركة المرور في أنظمة HA. إنهم يتلقون طلبات العميل ويوجهونها بذكاء إلى الخادم أو المثيل الأكثر ملاءمة لمعالجة الطلب. يمكن أن تعتمد موازنات التحميل على الأجهزة أو البرامج، وتعمل عمومًا في طبقات مختلفة من نماذج OSI، مثل الطبقة 4 (طبقة النقل) أو الطبقة 7 (طبقة التطبيق). يمكن استخدام العديد من خوارزميات موازنة التحميل لتحديد الهدف الأفضل لكل طلب، بما في ذلك:
- Round Robin: يوزع الطلبات بالتساوي بين جميع الخوادم في التجمع، بغض النظر عن التحميل الحالي.
- اتصالات أقل: توجيه الطلبات إلى الخادم الذي يحتوي على أقل عدد من الاتصالات النشطة، مع الأخذ في الاعتبار أن الخوادم ذات الاتصالات الأقل هي أقل تحميلًا.
- أقل وقت استجابة: يقوم بتعيين الطلبات إلى الخادم بأقل وقت استجابة، مع الأخذ في الاعتبار تحميل الخادم وزمن وصول الشبكة.
- يعتمد على التجزئة: توجيه الطلبات إلى خوادم محددة بناءً على قيم التجزئة، مثل عنوان IP الخاص بالعميل أو معلمات الطلب، مما يضمن التعيين المتسق والاستخدام الفعال للتخزين المؤقت من جانب الخادم.
تقنيات إدارة حركة المرور
تتطلب الإدارة الفعالة لحركة المرور في بنيات HA العديد من التقنيات لتحسين استخدام الموارد وتقليل وقت التوقف عن العمل والحفاظ على التشغيل المستمر. تتضمن بعض التقنيات الشائعة الاستخدام ما يلي:
- القياس الأفقي: إضافة أو إزالة مثيلات مكونات التطبيق بناءً على عبء العمل، مما يوفر إمكانات القياس الديناميكي لاستيعاب التقلبات في حركة المرور بشكل فعال.
- تحديد المعدل: فرض حدود على معدل قبول الطلبات أو معالجتها، ومنع هجمات رفض الخدمة وضمان الاستخدام العادل للموارد بين العملاء.
- الاختناق: تقليل معدل معالجة الطلبات في ظل ظروف التحميل العالية أو تدهور صحة النظام، والحفاظ على الاستقرار ومنع التحميل الزائد على الخادم.
- التحكم في القبول: رفض الطلبات عندما يكون النظام تحت ضغط شديد أو عندما يصل استخدام الموارد إلى عتبات محددة مسبقًا، مما يضمن الاستقرار ويمنع حالات الفشل الكارثية.
تجاوز الفشل والاسترداد الآلي
يعد تجاوز الفشل والاسترداد التلقائي أمرًا بالغ الأهمية في الحفاظ على التوفر العالي حيث يكتشفان حالات الفشل ويسهلان الانتقال السلس للطلبات إلى المثيلات السليمة دون تدخل يدوي. كما يقومون أيضًا ببدء عمليات الاسترداد لاستعادة المكونات الفاشلة مع تقليل وقت التوقف عن العمل والحد من انقطاع خدمة المستخدم.
استراتيجيات تجاوز الفشل
يمكن تنفيذ استراتيجيات مختلفة لتجاوز الفشل اعتمادًا على بنية النظام البرمجي ومتطلباته، بما في ذلك:
- Active-Passive: في هذه الإستراتيجية، يمكن لمثيل احتياطي أن يتولى المهمة عند فشل المثيل الأساسي. يتلقى المثيل الخامل بانتظام التحديثات وبيانات النسخ المتماثل من المثيل النشط، مما يضمن اتساق البيانات والحد الأدنى من الانقطاع أثناء تجاوز الفشل.
- نشط-نشط: تقوم كافة المثيلات بمعالجة الطلبات بشكل نشط ومشاركة عبء العمل. في حالة فشل مثيل واحد، تستمر المثيلات المتبقية في معالجة الطلبات، ويتم إعادة توزيع التحميل فيما بينها. يوفر هذا الأسلوب تحملاً أفضل للخطأ واستخدامًا أفضل للموارد مقارنة بالاستراتيجية النشطة والسلبية.
عمليات الاسترداد
تساعد عمليات الاسترداد التلقائية على استعادة المكونات الفاشلة والحفاظ على مستويات التوفر العالية. يشملوا:
- عمليات التحقق من السلامة: التحقق بانتظام من صحة المثيلات والمكونات، وتحديد المشكلات، وبدء عمليات الاسترداد إذا لزم الأمر.
- القياس التلقائي: توفير المثيلات أو إلغاء توفيرها تلقائيًا بناءً على حجم العمل، والحفاظ على مستوى محدد مسبقًا من سعة الموارد، واستبدال المثيلات الفاشلة.
- الاسترداد التلقائي للبيانات: استرداد البيانات من النسخ الاحتياطية أو النسخ المتماثلة تلقائيًا عند حدوث فشل في التخزين أو تلف البيانات.
المراقبة والتنبيه
تعتبر المراقبة والتنبيه ضرورية للحفاظ على التوفر العالي. فهي تتيح الاكتشاف المبكر للمشكلات والإخفاقات في النظام، وتوفر بيانات قيمة لتحديد الأسباب الجذرية وبدء عمليات الاسترداد التلقائية. يعمل نظام المراقبة والتنبيه الفعال على تقليل وقت التوقف عن العمل ويضمن التشغيل المستمر.
يراقب
يجب أن تغطي استراتيجية المراقبة الشاملة جوانب مختلفة من النظام، بما في ذلك:
- مقاييس البنية التحتية: تسمح مراقبة استخدام وحدة المعالجة المركزية واستهلاك الذاكرة ومساحة القرص وإنتاجية الشبكة والمقاييس الأخرى المتعلقة بالبنية التحتية بتحديد الاختناقات المحتملة وقيود الموارد بسرعة.
- مقاييس التطبيق: يمكن مراقبة مقاييس مستوى التطبيق مثل معدل الطلب ومعدل الخطأ ووقت الاستجابة لاكتشاف مشكلات الأداء والفشل المحتمل.
- المقاييس المخصصة: يمكن أيضًا مراقبة المقاييس الخاصة بالأعمال والمصممة خصيصًا للتطبيقات الفردية للحصول على رؤى قيمة حول أداء النظام وتجربة المستخدم.
لمراقبة هذه المقاييس بشكل فعال، تتوفر أدوات ومنصات مختلفة، مثل حلول المراقبة مفتوحة المصدر (على سبيل المثال، Prometheus، Grafana)، أو أدوات المراقبة التجارية (على سبيل المثال، Datadog، New Relic)، أو الخدمات السحابية الأصلية (على سبيل المثال، Amazon CloudWatch ، جوجل ستاكدرايفر).
تنبيه
يجب أن تقوم أنظمة التنبيه بإخطار الفرق ذات الصلة بالمشكلات المحتملة أو حالات الفشل في النظام، مما يتيح اتخاذ إجراءات سريعة وتقليل وقت التوقف عن العمل. تتضمن استراتيجية التنبيه الفعالة ما يلي:
- التنبيهات المستندة إلى العتبة: التنبيهات التي يتم إنشاؤها عندما تتجاوز مقاييس معينة الحدود المحددة مسبقًا، مما يشير إلى مشكلات الأداء المحتملة أو الفشل في النظام.
- تنبيهات الكشف عن الحالات الشاذة: التنبيهات التي يتم إطلاقها عندما ينحرف أداء النظام بشكل كبير عن السلوك الطبيعي، مما يشير إلى المشكلات المحتملة التي قد لا تتمكن التنبيهات التقليدية المستندة إلى الحد من التقاطها.
- تحديد أولويات التنبيهات: تحديد أولويات التنبيهات بناءً على مدى خطورتها وتأثيرها لضمان معالجة المشكلات الأكثر أهمية على الفور.
- إشعار التنبيه: التأكد من تسليم التنبيهات إلى الفرق المناسبة عبر قنوات الاتصال المفضلة (مثل البريد الإلكتروني أو الرسائل النصية القصيرة أو إشعارات تطبيقات الهاتف المحمول أو تكامل الدردشة). يعد تنفيذ إستراتيجية فعالة للمراقبة والتنبيه كجزء من بنية التوفر العالي أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على استقرار النظام وتقليل وقت التوقف عن العمل وتوفير تجربة مستخدم سلسة.
باستخدام منصة AppMaster التي لا تحتاج إلى تعليمات برمجية ، يمكنك إنشاء تطبيقات مرنة وقابلة للتطوير بسرعة تساعدك على تحقيق التوفر العالي، حتى في السيناريوهات ذات التحميل العالي. تعمل قدرة النظام الأساسي على إنشاء التطبيقات من الصفر على التخلص من الديون التقنية وتسمح بالتكامل السلس لأفضل الممارسات عالية التوفر. قم بتحسين بنية نظام البرنامج الخاص بك بمساعدة AppMaster وضمان التشغيل المستمر في جميع الظروف.
اختبار أنظمة التوفر العالي
يعد الاختبار الشامل لأنظمة الإتاحة العالية لديك أمرًا حيويًا لضمان قدرتها على الحفاظ على المستوى المطلوب من التشغيل المستمر أثناء حالات الفشل غير المخطط لها أو الطلب المتزايد. يساعدك تنفيذ تقنيات الاختبار المختلفة على تحديد نقاط الضعف ومجالات التحسين، مما يضمن موثوقية نظام البرنامج الخاص بك وقدرته على التعامل مع سيناريوهات العالم الحقيقي.
اختبار أداء
يعد اختبار الأداء ضروريًا لقياس الاستجابة وقابلية التوسع والاستقرار لنظام التوفر العالي الخاص بك في ظل أعباء العمل المختلفة. فهو يساعدك على تحديد ما إذا كان نظامك يفي بمعايير الأداء، وتحديد الاختناقات في البنية، وبدء جهود التحسين لتحسين الأداء.
اختبار الإجهاد والحمل
يوفر اختبار الضغط والتحميل رؤى حول مدى قدرة نظامك على التعامل مع الضغط الإضافي على مكوناته، مثل زيادة حركة المرور أو حجم الطلب. يركز اختبار التحمل على دفع نظامك إلى ما هو أبعد من حدوده لمراقبة السلوك في ظل ظروف الضغط العالي أو التحميل الأقصى. على العكس من ذلك، يتعامل اختبار الحمل مع اختبار النظام في ظل مستويات تحميل متزايدة تصل إلى سعته القصوى، وعادةً ما يكون ذلك على مدى فترة ممتدة. يعد كل من اختبار الضغط والحمل أمرًا ضروريًا لفهم وتحسين قدرة نظام الإتاحة العالية لديك على تحمل كميات الذروة، وضمان استقرار النظام، والحفاظ على الأداء الأمثل.
هندسة الفوضى
هندسة الفوضى هي تقنية تستخدم لزيادة مرونة النظام عن طريق إدخال حالات فشل في نظام البرنامج الخاص بك عمدًا. من خلال محاكاة أنواع مختلفة من الحوادث المخططة وغير المخطط لها بطريقة خاضعة للرقابة، فإنك تجبر النظام على التكيف والتعافي تلقائيًا، مما يؤدي إلى تحسين تحمل النظام للخطأ وقوته.
يسمح لك هذا النهج الاستباقي بتحديد ومعالجة نقاط الضعف ونقاط الضعف ونقاط الفشل المحتملة قبل أن تتحول إلى حوادث حقيقية وتتسبب في توقف غير مخطط له. هندسة الفوضى هي طريقة اختبار فعالة لأنظمة البرمجيات عالية التوفر، خاصة للأنظمة الموزعة، حيث يمكن أن تكون حالات الفشل والتبعيات أكثر تعقيدًا.
اختبار تجاوز الفشل والاسترداد
يعد اختبار تجاوز الفشل والاسترداد أمرًا بالغ الأهمية لضمان قدرة نظام الإتاحة العالية لديك على اكتشاف حالات الفشل بسرعة والتحول إلى المكونات المتكررة أو الاحتياطية دون انقطاع. يتم إجراء هذا النوع من الاختبارات عن طريق التسبب عمدًا في فشل أحد المكونات ومراقبة استجابة النظام. من الناحية المثالية، يجب أن يكون النظام قادرًا على تجاوز الفشل بسلاسة إلى مكون سليم دون التأثير على تجربة المستخدم أو وظائفه.
بمجرد اكتمال تجاوز الفشل، يتحقق اختبار الاسترداد من قدرة نظامك على الاستعادة بسلاسة من حالة الفشل، إما عن طريق إصلاح المكون المعطل أو استبداله بآخر جديد، والحفاظ على تناسق البيانات، وضمان الحد الأدنى من التأثير على المستخدمين.
مساهمة AppMaster في التوفر العالي
AppMaster عبارة عن منصة no-code مصممة لتبسيط عملية تطوير التطبيقات، مما يجعل العملية أسرع وأكثر فعالية من حيث التكلفة ويمكن الوصول إليها لمجموعة واسعة من العملاء. توفر المنصة العديد من الفوائد في تنفيذ بنيات عالية التوفر وضمان موثوقية وقوة تطبيقاتك.
بنية تطبيقات مرنة وقابلة للتطوير
يوفر AppMaster للعملاء الأدوات اللازمة لإنشاء تطبيقات مرنة وقابلة للتطوير وعالية الأداء. تقوم المنصة بإنشاء تطبيقات خلفية عديمة الحالة باستخدام لغة Go (golang) ، مما يسمح بقابلية التوسع الرائعة عند مواجهة حالات الاستخدام الخاصة بالمؤسسات وذات التحميل العالي. يؤدي دعم قواعد البيانات المتوافقة مع Postgresql باعتبارها مخزن البيانات الأساسي إلى تعزيز قوة التطبيقات التي تم تطويرها باستخدام AppMaster وإمكاناتها العالية.
التطوير السريع للتطبيق
يتيح AppMaster التطوير السريع للتطبيقات ، مما يقلل من الديون التقنية في هذه العملية. تسمح المنصة للمطورين بإنشاء نماذج بيانات بشكل مرئي، وتصميم العمليات التجارية، وإنشاء مكونات التطبيق، والتكرار بسرعة، وإنشاء إصدارات تطبيقات جديدة في أقل من 30 ثانية. مع كل تغيير في المخطط، يقوم AppMaster بإنشاء تطبيقات من الصفر، مما يزيل الديون التقنية ويضمن أساسًا موثوقًا وقويًا للتطبيقات عالية التوفر.
دعم سير العمل الآلي
يسهل AppMaster تكوين سير العمل الآلي لمهام مثل الاختبار والنشر والمراقبة. تجعل بيئة التطوير المتكاملة (IDE) الخاصة بها إعداد العمليات الآلية لتعزيز التعليمات البرمجية والتكوينات من خلال بيئات مختلفة أمرًا بسيطًا، مما يتيح عمليات نشر متسقة وموثوقة. وينتج عن ذلك دورة حياة مبسطة لتطوير التطبيقات تساعد في الحفاظ على التوفر العالي وتحسينه في أنظمة البرامج لديك.
يوفر AppMaster نظامًا أساسيًا شاملاً no-code يمكّن المطورين والشركات من اعتماد أفضل الممارسات عالية التوفر وتقديم حلول برمجية مرنة وموثوقة وقابلة للتطوير. من خلال تركيزها على تبسيط تطوير التطبيقات مع التخلص من الديون التقنية، تتمتع AppMaster بوضع جيد لدعم العملاء في تصميم أنظمة برمجية عالية التوفر تلبي متطلبات الشركات الحديثة.
