التحجيم التلقائي: التخصيص الديناميكي للموارد للتطبيقات العالمية

في المشهد الرقمي سريع التطور اليوم، يجب أن تكون التطبيقات قادرة على التعامل مع أعباء العمل المتقلبة بكفاءة وفعالية من حيث التكلفة. وقد برز التحجيم التلقائي، أو التخصيص الديناميكي للموارد، كمكون أساسي للبنية التحتية السحابية الحديثة. يقدم منشور المدونة هذا دليلاً شاملاً لفهم التحجيم التلقائي وفوائده واستراتيجيات تنفيذه واعتباراته للتطبيقات الموزعة عالميًا، مما يضمن الأداء الأمثل واستخدام الموارد بغض النظر عن الطلب.

ما هو التحجيم التلقائي؟

التحجيم التلقائي هو قدرة بيئة الحوسبة السحابية على تعديل مقدار موارد الحوسبة (مثل الأجهزة الافتراضية، الحاويات، قواعد البيانات) المخصصة لتطبيق ما تلقائيًا بناءً على الطلب الفوري. يسمح للتطبيقات بالتحجيم التصاعدي (زيادة الموارد) عندما يزداد الطلب والتحجيم التنازلي (تقليل الموارد) عندما ينخفض الطلب، كل ذلك دون تدخل يدوي. يضمن هذا التعديل الديناميكي حصول التطبيقات على الموارد التي تحتاجها للعمل على النحو الأمثل مع تقليل التكاليف عن طريق تجنب التوفير الزائد.

مفاهيم رئيسية:

• قابلية التوسع: قدرة النظام على التعامل مع كمية متزايدة من العمل أو إمكانية تكبيره لاستيعاب هذا النمو.
• المرونة: قدرة النظام على التكيف تلقائيًا وديناميكيًا مع متطلبات عبء العمل المتغيرة. تسير المرونة جنبًا إلى جنب مع قابلية التوسع ولكنها تؤكد الطبيعة التلقائية والديناميكية لعملية التحجيم.
• تخصيص الموارد: عملية تخصيص وإدارة موارد الحوسبة، مثل وحدة المعالجة المركزية، الذاكرة، التخزين، وعرض النطاق الترددي للشبكة، للتطبيقات أو الخدمات المختلفة.

لماذا يعتبر التحجيم التلقائي مهمًا؟

يقدم التحجيم التلقائي العديد من الفوائد المهمة للشركات العاملة في السوق العالمية:

1. تعزيز الأداء والتوافر

من خلال زيادة موارد التحجيم تلقائيًا خلال فترات ذروة حركة المرور، يضمن التحجيم التلقائي بقاء التطبيقات سريعة الاستجابة ومتاحة للمستخدمين. يمنع هذا تدهور الأداء، ويقلل من مخاطر التوقف، ويحسن تجربة المستخدم بشكل عام. على سبيل المثال، يمكن لموقع ويب للتجارة الإلكترونية يواجه زيادة في حركة المرور أثناء تخفيضات الجمعة السوداء أن يوفر تلقائيًا المزيد من الخوادم للتعامل مع الحمل المتزايد، مما يحافظ على تجربة تسوق سلسة وسريعة الاستجابة للعملاء في جميع أنحاء العالم.

2. تحسين التكلفة

يساعد التحجيم التلقائي في تحسين تكاليف السحابة من خلال ضمان أنك تدفع فقط مقابل الموارد التي تستخدمها بالفعل. خلال فترات انخفاض الطلب، يتم تقليل الموارد تلقائيًا، مما يقلل من تكاليف البنية التحتية. وهذا مفيد بشكل خاص للتطبيقات ذات أنماط حركة المرور المتغيرة، مثل منصات التواصل الاجتماعي أو خدمات الألعاب عبر الإنترنت، والتي تشهد تقلبات كبيرة في نشاط المستخدم على مدار اليوم وعبر مناطق زمنية مختلفة. على سبيل المثال، قد يشهد موقع إخباري ذروة في حركة المرور خلال ساعات الصباح في أوروبا وأمريكا الشمالية، مما يتطلب المزيد من الموارد خلال تلك الأوقات ولكن عددًا أقل من الموارد خلال الليل.

3. تحسين استخدام الموارد

يعمل التحجيم التلقائي على زيادة استخدام الموارد إلى أقصى حد من خلال تخصيص الموارد ديناميكيًا حيثما تكون هناك حاجة ماسة إليها. وهذا يمنع الموارد من أن تظل غير مستخدمة خلال فترات انخفاض الطلب، مما يحسن الكفاءة العامة ويقلل الهدر. لنفكر في نظام CRM عالمي. يضمن التحجيم التلقائي توزيع الموارد على المناطق التي تشهد نشاطًا عاليًا، مما يضمن بقاء الخدمة سريعة حتى إذا تحول الاستخدام من المنطقة الأمريكية إلى المنطقة الأوروبية أو الآسيوية مع بدء يوم عملهم.

4. تقليل الأعباء التشغيلية

يقوم التحجيم التلقائي بأتمتة عملية إدارة موارد البنية التحتية، مما يحرر فرق تكنولوجيا المعلومات للتركيز على المبادرات الأكثر استراتيجية. وهذا يقلل من الحاجة إلى التدخل اليدوي، ويبسط العمليات، ويحسن المرونة العامة. على سبيل المثال، يمكن لفريق DevOps يدير بنية خدمات مصغرة (microservices) موزعة عالميًا الاستفادة من التحجيم التلقائي لتوسيع نطاق الخدمات المصغرة الفردية تلقائيًا بناءً على مقاييس أدائها المحددة، مثل استخدام وحدة المعالجة المركزية أو زمن استجابة الطلب. يتيح ذلك للفريق التركيز على تحسين وظائف التطبيق وموثوقيته بدلاً من قضاء الوقت في إدارة موارد البنية التحتية يدويًا.

5. تعزيز المرونة

من خلال استبدال الحالات الفاشلة تلقائيًا، يحسن التحجيم التلقائي مرونة التطبيقات ويقلل من مخاطر انقطاع الخدمة. وهذا مهم بشكل خاص للتطبيقات الحيوية التي تتطلب توافرًا عاليًا، مثل منصات التداول المالي أو أنظمة الرعاية الصحية. على سبيل المثال، يمكن لمنصة تداول مالي استخدام التحجيم التلقائي لتشغيل حالات جديدة تلقائيًا في منطقة توافر مختلفة إذا فشلت حالة قائمة، مما يضمن استمرار عمليات التداول دون انقطاع.

كيف يعمل التحجيم التلقائي

يتضمن التحجيم التلقائي عادةً المكونات الرئيسية التالية:

1. جمع المقاييس

الخطوة الأولى في التحجيم التلقائي هي جمع مقاييس الأداء من التطبيق والبنية التحتية الأساسية له. يمكن أن تشمل هذه المقاييس استخدام وحدة المعالجة المركزية، واستخدام الذاكرة، وحركة مرور الشبكة، ووقت استجابة الطلب، والمقاييس المخصصة الخاصة بالتطبيق. سيعتمد اختيار المقاييس على المتطلبات المحددة للتطبيق وأهداف التحجيم التلقائي. تتضمن أدوات المراقبة الشائعة Prometheus وGrafana وDatadog وCloudWatch (AWS). على سبيل المثال، قد تراقب منصة SaaS عالمية متوسط وقت الاستجابة لطلبات API في مناطق مختلفة لضمان أداء ثابت لجميع المستخدمين.

2. سياسات التحجيم

تحدد سياسات التحجيم القواعد التي تحكم متى وكيف يتم زيادة أو تقليل الموارد. تستند هذه السياسات إلى المقاييس المجمعة ويمكن تهيئتها لتشغيل إجراءات التحجيم عند استيفاء عتبات معينة. يمكن أن تكون سياسات التحجيم بسيطة (مثل، زيادة الموارد عندما يتجاوز استخدام وحدة المعالجة المركزية 70%) أو أكثر تعقيدًا (مثل، زيادة الموارد بناءً على مجموعة من استخدام وحدة المعالجة المركزية، ووقت استجابة الطلب، وطول قائمة الانتظار). هناك نوعان بشكل عام من سياسات التحجيم:

• التحجيم القائم على العتبة: يقوم بزيادة أو تقليل الموارد بناءً على عتبات محددة مسبقًا لمقاييس معينة. على سبيل المثال، زيادة الموارد عندما يتجاوز استخدام وحدة المعالجة المركزية 80% أو تقليلها عندما ينخفض استخدام وحدة المعالجة المركزية إلى أقل من 30%.
• التحجيم القائم على الجدول الزمني: يقوم بزيادة أو تقليل الموارد بناءً على جدول زمني محدد مسبقًا. على سبيل المثال، زيادة الموارد خلال ساعات العمل الذروة وتقليلها خلال ساعات خارج الذروة. وهذا مفيد للتطبيقات ذات أنماط حركة المرور المتوقعة.

3. إجراءات التحجيم

إجراءات التحجيم هي الإجراءات التي يتم اتخاذها عند تفعيل سياسات التحجيم. يمكن أن تتضمن هذه الإجراءات إطلاق حالات جديدة، أو إنهاء حالات موجودة، أو تعديل حجم الحالات الموجودة، أو تعديل تكوين التطبيق. ستعتمد إجراءات التحجيم المحددة على نوع المورد الذي يتم تحجيمه والبنية التحتية الأساسية. يوفر موفرو الخدمات السحابية مثل AWS وAzure وGCP واجهات برمجة تطبيقات وأدوات لأتمتة إجراءات التحجيم هذه. قد تستخدم منصة تعليمية عبر الإنترنت إجراءات التحجيم لتشغيل أجهزة افتراضية جديدة تلقائيًا عندما يتجاوز عدد المستخدمين المتزامنين عتبة معينة، مما يضمن وصول الطلاب إلى مواد الدورة التدريبية دون مواجهة مشكلات في الأداء.

4. مجموعة التحجيم

مجموعة التحجيم هي مجموعة من الموارد التي تدار كوحدة واحدة. يتيح لك هذا زيادة أو تقليل حجم مجموعة الموارد بالكامل بسهولة بناءً على الطلب. تتكون مجموعات التحجيم عادةً من أجهزة افتراضية أو حاويات أو موارد حوسبة أخرى. غالبًا ما تتضمن أيضًا موازنات تحميل لتوزيع حركة المرور عبر الحالات في المجموعة. باستخدام مثال منصة التعليم عبر الإنترنت، يمكن وضع حالات خوادم الويب وخوادم قواعد البيانات في مجموعات تحجيم لتوسيع نطاق أجزاء النظام هذه ديناميكيًا.

استراتيجيات التحجيم التلقائي

هناك العديد من استراتيجيات التحجيم التلقائي المختلفة التي يمكن استخدامها، اعتمادًا على المتطلبات المحددة للتطبيق:

1. التحجيم الأفقي

يتضمن التحجيم الأفقي إضافة أو إزالة حالات (instances) لتطبيق أو خدمة. وهذا هو النوع الأكثر شيوعًا من التحجيم التلقائي وهو مناسب تمامًا للتطبيقات التي يمكن توزيعها بسهولة عبر حالات متعددة. يتم تنفيذ التحجيم الأفقي عادةً باستخدام موازنات التحميل لتوزيع حركة المرور عبر الحالات المتاحة. على سبيل المثال، يمكن لمنصة وسائط اجتماعية استخدام التحجيم الأفقي لإضافة المزيد من خوادم الويب للتعامل مع زيادة حركة المرور أثناء حدث رئيسي، مثل حدث رياضي عالمي. وتعتبر بنية الخدمات المصغرة المعبأة في حاويات (containerized microservice architecture) مناسبة بشكل خاص للتحجيم الأفقي.

2. التحجيم العمودي

يتضمن التحجيم العمودي زيادة أو تقليل الموارد المخصصة لحالة واحدة من التطبيق أو الخدمة. يمكن أن يشمل ذلك زيادة وحدة المعالجة المركزية (CPU) أو الذاكرة (memory) أو سعة التخزين للحالة. يُستخدم التحجيم العمودي عادةً للتطبيقات التي تكون محدودة بموارد حالة واحدة. ومع ذلك، فإن التحجيم العمودي له قيود، حيث يوجد حد أقصى لكمية الموارد التي يمكن تخصيصها لحالة واحدة. قد يستخدم تطبيق لتحرير الفيديو يعمل على جهاز افتراضي تحجيمًا عموديًا لزيادة مقدار ذاكرة الوصول العشوائي المتاحة للتطبيق عند العمل بملفات فيديو كبيرة.

3. التحجيم التنبؤي

يستخدم التحجيم التنبؤي البيانات التاريخية وخوارزميات التعلم الآلي للتنبؤ بالطلب المستقبلي وتوسيع نطاق الموارد تلقائيًا مسبقًا. يمكن أن يساعد ذلك في منع تدهور الأداء خلال فترات ذروة حركة المرور وتحسين الاستفادة الإجمالية من الموارد. يُعد التحجيم التنبؤي مفيدًا بشكل خاص للتطبيقات ذات أنماط حركة المرور المتوقعة، مثل مواقع التجارة الإلكترونية التي تشهد ذروات موسمية في الطلب. على سبيل المثال، يمكن لتاجر تجزئة عبر الإنترنت استخدام التحجيم التنبؤي لتوفير المزيد من الخوادم تلقائيًا تحسباً لموسم تسوق العطلات.

4. التحجيم التفاعلي

يتضمن التحجيم التفاعلي توسيع نطاق الموارد استجابة للتغيرات في الطلب في الوقت الفعلي. وهذا هو النوع الأكثر شيوعًا من التحجيم التلقائي وهو مناسب تمامًا للتطبيقات ذات أنماط حركة المرور غير المتوقعة. يستخدم التحجيم التفاعلي عادةً سياسات التحجيم المستندة إلى العتبات لتشغيل إجراءات التحجيم عندما تتجاوز مقاييس أداء معينة عتبات محددة مسبقًا. يمكن لموقع إخباري استخدام التحجيم التفاعلي لتوسيع نطاق الموارد تلقائيًا عندما يتسبب حدث إخباري كبير في زيادة حركة المرور.

اعتبارات للتطبيقات العالمية

عند تنفيذ التحجيم التلقائي للتطبيقات الموزعة عالميًا، هناك العديد من الاعتبارات الإضافية التي يجب أخذها في الاعتبار:

1. التوزيع الجغرافي

يجب نشر التطبيقات العالمية عبر مناطق جغرافية متعددة لضمان التوافر العالي وزمن انتقال منخفض للمستخدمين حول العالم. يجب تكوين التحجيم التلقائي لتوسيع نطاق الموارد بشكل مستقل في كل منطقة بناءً على الطلب المحلي. يتطلب هذا تخطيطًا وتنسيقًا دقيقًا لضمان توزيع الموارد بشكل صحيح في جميع أنحاء العالم. على سبيل المثال، يمكن لشركة ألعاب عالمية نشر خوادم الألعاب في مناطق متعددة واستخدام التحجيم التلقائي لتوسيع نطاق الموارد تلقائيًا في كل منطقة بناءً على عدد اللاعبين في تلك المنطقة.

2. المناطق الزمنية

يمكن أن تختلف أنماط حركة المرور بشكل كبير عبر المناطق الزمنية المختلفة. يجب تكوين سياسات التحجيم التلقائي لأخذ هذه الاختلافات في المناطق الزمنية في الاعتبار وتوسيع نطاق الموارد وفقًا لذلك. قد يتضمن ذلك استخدام التحجيم المستند إلى الجدول الزمني لتوسيع نطاق الموارد تلقائيًا خلال ساعات الذروة في كل منطقة وتقليلها خلال ساعات خارج الذروة. على سبيل المثال، ستحتاج منصة دعم العملاء العالمية على الأرجح إلى المزيد من الموارد خلال ساعات العمل العادية في كل منطقة، مع تقليلها خلال ساعات خارج الذروة. وهذا يضمن الاستجابة لدعم العملاء في جميع أنحاء العالم.

3. تكرار البيانات

تكرار البيانات ضروري لضمان اتساق البيانات وتوافرها في تطبيق موزع عالميًا. يجب دمج التحجيم التلقائي مع آليات تكرار البيانات لضمان تكرار البيانات تلقائيًا إلى الحالات الجديدة عند إطلاقها. يتطلب هذا تخطيطًا وتنسيقًا دقيقًا لضمان تكرار البيانات بكفاءة واتساق. سيستخدم بنك دولي تكرار البيانات لضمان مزامنة الحالات الجديدة بسرعة لبيانات العملاء المالية عبر مناطق مختلفة.

4. تحسين التكلفة

يمكن أن يساعد التحجيم التلقائي في تحسين تكاليف السحابة من خلال ضمان أنك تدفع فقط مقابل الموارد التي تستخدمها بالفعل. ومع ذلك، من المهم مراقبة استخدام الموارد بعناية وتحسين سياسات التحجيم لتجنب التوفير الزائد. قد يتضمن ذلك استخدام أنواع حالات مختلفة في مناطق مختلفة للاستفادة من اختلافات الأسعار الإقليمية. تحتاج منصة تجارة إلكترونية عالمية إلى مراقبة استخدام الموارد وتحسينه باستمرار للحفاظ على تكاليف فعالة. غالبًا ما يتضمن تحسين التكلفة استخدام حالات Spot (Spot instances) أو حالات محفوظة (reserved instances) عند الاقتضاء.

5. المراقبة والتنبيه

من الضروري مراقبة أداء البنية التحتية للتحجيم التلقائي الخاصة بك وإعداد تنبيهات لإعلامك بأي مشكلات. سيساعدك هذا على تحديد المشكلات وحلها بسرعة والتأكد من بقاء تطبيقك متاحًا وسريع الاستجابة. يجب أن تتضمن المراقبة مقاييس مثل استخدام وحدة المعالجة المركزية، واستخدام الذاكرة، وحركة مرور الشبكة، وزمن انتقال الطلب. يجب تكوين التنبيهات ليتم تشغيلها عند تجاوز عتبات معينة. على سبيل المثال، يمكن تشغيل تنبيه إذا انخفض عدد الحالات في مجموعة التحجيم عن عتبة معينة، مما يشير إلى مشكلة محتملة. لنأخذ مثال منصة تداول أسهم عالمية؛ تضمن المراقبة والتنبيه الوعي الفوري بأي مشكلات في الأداء يمكن أن تؤثر على التداولات.

الأدوات والتقنيات

يمكن استخدام العديد من الأدوات والتقنيات لتنفيذ التحجيم التلقائي في البيئات السحابية:

• Amazon EC2 Auto Scaling: خدمة تقدمها Amazon Web Services (AWS) تقوم تلقائيًا بضبط عدد حالات EC2 في مجموعة التحجيم التلقائي الخاصة بك بناءً على الطلب.
• Azure Virtual Machine Scale Sets: خدمة تقدمها Microsoft Azure تتيح لك إنشاء وإدارة مجموعة من الأجهزة الافتراضية المتطابقة والموازنة للحمل.
• Google Cloud Autoscaling: ميزة في Google Compute Engine تقوم تلقائيًا بضبط عدد حالات الجهاز الافتراضي في مجموعة حالات مدارة بناءً على الطلب.
• Kubernetes Horizontal Pod Autoscaler (HPA): وحدة تحكم في Kubernetes تقوم تلقائيًا بتوسيع عدد الـ pods في نشر أو وحدة تحكم تكرارية أو مجموعة نسخ مطابقة أو مجموعة حالات (stateful set) بناءً على استخدام وحدة المعالجة المركزية الملاحظ أو مقاييس أخرى مختارة.
• Prometheus: مجموعة أدوات مفتوحة المصدر للمراقبة والتنبيه يمكن استخدامها لجمع مقاييس الأداء من التطبيقات والبنية التحتية.
• Grafana: أداة مفتوحة المصدر لتصور البيانات والمراقبة يمكن استخدامها لإنشاء لوحات معلومات وتنبيهات بناءً على مقاييس Prometheus.

أفضل الممارسات للتحجيم التلقائي

لضمان فعالية تطبيق التحجيم التلقائي لديك، اتبع أفضل الممارسات التالية:

• تحديد سياسات تحجيم واضحة: حدد سياسات تحجيم واضحة ومحددة جيدًا بناءً على المتطلبات المحددة لتطبيقك. ضع في اعتبارك عوامل مثل أنماط حركة المرور، ومتطلبات الأداء، وقيود التكلفة.
• استخدام المقاييس المناسبة: اختر المقاييس المناسبة لمراقبة أداء تطبيقك. يجب أن تكون هذه المقاييس ذات صلة بقرارات التحجيم التي تتخذها.
• اختبار تكوين التحجيم التلقائي الخاص بك: اختبر تكوين التحجيم التلقائي الخاص بك بدقة للتأكد من أنه يعمل كما هو متوقع. يتضمن ذلك اختبار التحجيم التصاعدي، والتحجيم التنازلي، والتعامل مع سيناريوهات الفشل.
• مراقبة البنية التحتية الخاصة بك: راقب البنية التحتية للتحجيم التلقائي الخاصة بك باستمرار لتحديد وحل أي مشكلات بسرعة.
• تحسين تطبيقك: قم بتحسين تطبيقك لجعله أكثر قابلية للتوسع ومرونة. يتضمن ذلك استخدام التخزين المؤقت (caching)، وموازنة التحميل (load balancing)، والمعالجة غير المتزامنة (asynchronous processing).
• أتمتة كل شيء: أتمتة أكبر قدر ممكن من عملية التحجيم التلقائي، بما في ذلك تكوين سياسة التحجيم، وإجراءات التحجيم، والمراقبة. سيقلل هذا من الحاجة إلى التدخل اليدوي ويحسن الكفاءة العامة.

الخاتمة

يعد التحجيم التلقائي أداة قوية لإدارة الموارد ديناميكيًا في البيئات السحابية. من خلال التحجيم التلقائي للموارد بناءً على الطلب، يمكن للتحجيم التلقائي تحسين الأداء، وتحسين التكاليف، وتقليل الأعباء التشغيلية. بالنسبة للتطبيقات الموزعة عالميًا، من الأهمية بمكان مراعاة عوامل مثل التوزيع الجغرافي، والمناطق الزمنية، وتكرار البيانات عند تنفيذ التحجيم التلقائي. من خلال اتباع أفضل الممارسات الموضحة في منشور المدونة هذا، يمكنك التأكد من أن تنفيذ التحجيم التلقائي الخاص بك فعال ويساعدك على تقديم تجربة موثوقة وعالية الأداء للمستخدمين في جميع أنحاء العالم. التحجيم التلقائي هو تقنية أساسية للشركات التي تسعى إلى الازدهار في عالم التطبيقات الرقمية الحديثة والديناميكي.