Chaoso inžinerija: sistemų atsparumo kūrimas kontroliuojamais eksperimentais

Šiandieninėse sudėtingose ir paskirstytose sistemose patikimumas yra svarbiausias. Vartotojai tikisi sklandaus darbo, o prastovos gali turėti didelių finansinių ir reputacinių pasekmių. Tradiciniai testavimo metodai dažnai nepajėgia atskleisti paslėptų trūkumų, kurie atsiranda realiomis sąlygomis. Būtent čia pasitarnauja chaoso inžinerija.

Kas yra chaoso inžinerija?

Chaoso inžinerija – tai disciplina, kuri sąmoningai į sistemą įpurškia gedimus, siekdama atskleisti silpnąsias vietas ir sustiprinti pasitikėjimą jos gebėjimu atlaikyti neramias sąlygas. Tai nėra chaoso sukėlimas dėl paties chaoso; tai kontroliuojamų eksperimentų vykdymas, siekiant nustatyti pažeidžiamumus, kol jie nepaveikė vartotojų. Galvokite apie tai kaip apie proaktyvų incidentų valdymo metodą, leidžiantį mokytis ir tobulinti savo sistemas, kol dar neįvyko tikros katastrofos.

Iš pradžių išpopuliarėjusi „Netflix“ dėka, chaoso inžinerija tapo esminiu metodu visų dydžių organizacijoms, kurios priklauso nuo sudėtingų, paskirstytų sistemų. Ji padeda komandoms suprasti, kaip jų sistemos veikia patiriant stresą, nustatyti kritinius gedimų taškus ir įgyvendinti strategijas atsparumui gerinti.

Chaoso inžinerijos principai

Chaoso inžinerija vadovaujasi pagrindinių principų rinkiniu, kuris užtikrina, kad eksperimentai būtų atliekami atsakingai ir duotų vertingų įžvalgų:

• Apibrėžkite „pastovią būseną“: Prieš pradedant bet kokį eksperimentą, nustatykite pradinį savo sistemos įprastos elgsenos supratimą. Tai gali apimti tokias metrikas kaip vėlavimas, klaidų dažnis ar resursų panaudojimas. Pastovi būsena tarnauja kaip kontrolinė grupė, su kuria lyginama eksperimento metu ir po jo.
• Suformuluokite hipotezę: Sukurkite aiškią hipotezę, kaip jūsų sistema reaguos į tam tikro tipo gedimą. Pavyzdžiui: "Jei duomenų bazės serveris taps nepasiekiamas, programa tvarkingai sumažins savo funkcionalumą ir toliau teiks tik skaitymo užklausas."
• Įveskite realius gedimus: Įpurškite gedimus, kurie imituoja realaus pasaulio scenarijus. Tai gali būti tinklo sutrikimų, procesų gedimų ar resursų išeikvojimo simuliavimas. Kuo realistiškesnis gedimas, tuo vertingesnės įžvalgos.
• Vykdykite eksperimentus produkcijoje: Nors tai gali atrodyti neintuityvu, eksperimentų vykdymas produkcijoje (arba į produkciją panašioje aplinkoje) yra labai svarbus norint atskleisti realius gedimų režimus. Pradėkite nuo nedidelio masto eksperimentų ir palaipsniui didinkite apimtį, didėjant pasitikėjimui.
• Automatizuokite eksperimentus nuolatiniam vykdymui: Integruokite chaoso inžineriją į savo CI/CD konvejerį, kad nuolat tikrintumėte sistemos atsparumą. Automatizuoti eksperimentai leidžia anksti aptikti regresijas ir užtikrinti, kad atsparumas būtų išlaikytas sistemai tobulėjant.

Chaoso inžinerijos nauda

Chaoso inžinerijos diegimas suteikia daugybę privalumų, įskaitant:

• Pagerintas sistemos atsparumas: Proaktyviai nustatydama ir mažindama silpnąsias vietas, chaoso inžinerija padaro jūsų sistemas atsparesnes gedimams.
• Sumažintas prastovos laikas: Užkertant kelią sutrikimams ir sumažinant incidentų poveikį, chaoso inžinerija padeda sumažinti prastovos laiką ir pagerinti vartotojo patirtį.
• Padidėjęs pasitikėjimas: Chaoso inžinerija suteikia komandoms didesnį pasitikėjimą savo sistemų gebėjimu atlaikyti neramias sąlygas.
• Greitesnis reagavimas į incidentus: Suprasdamos, kaip sistemos elgiasi patiriant stresą, komandos gali greičiau ir efektyviau reaguoti į realius incidentus.
• Pagerintas stebimumas: Chaoso inžinerija skatina tvirtų stebėjimo ir stebimumo praktikų kūrimą, teikdama vertingų įžvalgų apie sistemos elgseną.
• Geresnis bendradarbiavimas: Chaoso inžinerija skatina bendradarbiavimą tarp kūrimo, operacijų ir saugumo komandų, skatindama bendrą sistemos atsparumo supratimą.

Kaip pradėti dirbti su chaoso inžinerija

Chaoso inžinerijos diegimas neturi būti bauginanti užduotis. Štai žingsnis po žingsnio vadovas, padėsiantis jums pradėti:

1. Pradėkite nuo mažo: Pradėkite nuo paprastų eksperimentų, kurie skirti nekritiniams komponentams. Tai leis jums išmokti pagrindus ir įgyti pasitikėjimo nerizikuojant dideliais sutrikimais.
2. Nustatykite kritines sritis: Sutelkite dėmesį į tas savo sistemos sritis, kurios yra svarbiausios verslo operacijoms arba turi gedimų istoriją.
3. Pasirinkite tinkamus įrankius: Pasirinkite chaoso inžinerijos įrankius, kurie atitinka jūsų sistemos architektūrą ir jūsų komandos patirtį. Yra keletas atvirojo kodo ir komercinių įrankių, kurių kiekvienas turi savo stipriąsias ir silpnąsias puses. Populiariausi variantai yra „Chaos Monkey“, „Gremlin“ ir „Litmus“.
4. Sukurkite veiksmų planą: Sukurkite išsamų veiksmų planą, kuriame būtų aprašyti kiekvieno eksperimento etapai, įskaitant hipotezę, numatomą gedimą, stebimas metrikas ir grąžinimo planą.
5. Aiškiai bendraukite: Savo chaoso inžinerijos planus praneškite visoms suinteresuotosioms šalims, įskaitant kūrimo, operacijų, saugumo ir verslo komandas. Užtikrinkite, kad visi suprastų eksperimentų tikslą ir galimą poveikį sistemai.
6. Atidžiai stebėkite: Atidžiai stebėkite savo sistemą eksperimentų metu, kad įsitikintumėte, jog gedimas įterpiamas taip, kaip tikėtasi, ir kad sistema elgiasi taip, kaip prognozuota.
7. Analizuokite rezultatus: Po kiekvieno eksperimento kruopščiai analizuokite rezultatus, kad nustatytumėte silpnąsias vietas ir tobulintinas sritis. Dokumentuokite savo išvadas ir dalinkitės jomis su komanda.
8. Kartokite ir tobulinkite: Nuolat kartokite savo eksperimentus ir gerinkite sistemos atsparumą, remdamiesi gautomis įžvalgomis.

Chaoso inžinerijos eksperimentų pavyzdžiai

Štai keletas chaoso inžinerijos eksperimentų pavyzdžių, kuriuos galite atlikti, norėdami patikrinti savo sistemos atsparumą:

• Vėlavimo injekcija: Dirbtinai įvedus vėlavimą į tinklo jungtis, imituojamas lėtas atsakymo laikas iš išorinių paslaugų ar duomenų bazių. Tai gali padėti nustatyti našumo kliūtis ir užtikrinti, kad jūsų programa galėtų susidoroti su pablogėjusiu našumu. Pavyzdžiui, įterpiant 200 ms vėlavimą tarp programos serverio Frankfurte ir duomenų bazės serverio Dubline.
• Klaidingas DNS išsprendimas: Simuliuojant DNS išsprendimo gedimus, tikrinamas jūsų programos gebėjimas tvarkyti tinklo sutrikimus. Tai gali padėti nustatyti vieno gedimo taškus jūsų DNS infrastruktūroje ir užtikrinti, kad jūsų programa galėtų persijungti į alternatyvius DNS serverius. Pasaulinis pavyzdys galėtų būti regioninio DNS sutrikimo, paveikiančio vartotojus Pietryčių Azijoje, simuliavimas.
• CPU išsekimas: Suvartojus didelį kiekį CPU resursų serveryje, imituojamas resursų išsekimo scenarijus. Tai gali padėti nustatyti našumo kliūtis ir užtikrinti, kad jūsų programa galėtų susidoroti su didele apkrova. Tai ypač aktualu programoms, kurioms piko metu reikalingas didelis naudojimas, priklausomai nuo skirtingų laiko juostų.
• Atminties nutekėjimas: Įvedus atminties nutekėjimą į programą, imituojamas atminties išsekimo scenarijus. Tai gali padėti nustatyti atminties nutekėjimus ir užtikrinti, kad jūsų programa galėtų tvarkyti ilgalaikes operacijas. Dažnas scenarijus programose, apdorojančiose didelius medijos failus.
• Proceso nutraukimas: Nutraukus kritinį procesą, imituojamas proceso gedimas. Tai gali padėti nustatyti vieno gedimo taškus jūsų programoje ir užtikrinti, kad ji galėtų automatiškai atsigauti po procesų gedimų. Pavyzdžiui, atsitiktinai nutraukiant darbuotojų procesus pranešimų eilės apdorojimo sistemoje.
• Tinklo padalijimas: Simuliuojant tinklo padalijimą, atskiriamos skirtingos sistemos dalys viena nuo kitos. Tai gali padėti nustatyti priklausomybes tarp skirtingų komponentų ir užtikrinti, kad jūsų programa galėtų tvarkyti tinklo sutrikimus. Apsvarstykite galimybę imituoti tinklo padalijimą tarp duomenų centrų skirtinguose žemynuose (pvz., Šiaurės Amerikoje ir Europoje).
• Duomenų bazės atsarginių sistemų testavimas: Priverstinis duomenų bazės atsarginės sistemos perjungimas, siekiant užtikrinti, kad jūsų programa galėtų sklandžiai persijungti į atsarginį duomenų bazės serverį pirminės duomenų bazės gedimo atveju. Tai apima duomenų nuoseklumo ir minimalių prastovų tikrinimą per atsarginės sistemos perjungimo procesą, o tai yra itin svarbus pasaulinių finansinių institucijų nelaimės atkūrimo planų aspektas.

Chaoso inžinerijos įrankiai

Yra keletas įrankių, padedančių automatizuoti ir supaprastinti chaoso inžinerijos eksperimentus. Kai kurie populiarūs variantai yra:

• „Chaos Monkey“ („Netflix“): Klasikinis chaoso inžinerijos įrankis, kuris atsitiktinai nutraukia virtualių mašinų egzempliorius, kad imituotų gedimus. Nors iš pradžių buvo skirtas AWS, koncepcijos gali būti pritaikytos kitoms aplinkoms.
• „Gremlin“: Komercinė chaoso inžinerijos platforma, leidžianti įterpti platų gedimų spektrą į jūsų sistemas, įskaitant tinklo vėlavimą, paketų praradimą ir resursų išeikvojimą. Siūlo puikias ataskaitų ir analizės galimybes.
• „Litmus“: Atvirojo kodo chaoso inžinerijos sistema, leidžianti apibrėžti ir vykdyti chaoso inžinerijos eksperimentus naudojant „Kubernetes“. Ji suteikia iš anksto sukurtų chaoso eksperimentų biblioteką ir leidžia kurti pasirinktinius eksperimentus.
• „Chaos Toolkit“: Atvirojo kodo įrankis, suteikiantis standartizuotą būdą apibrėžti ir vykdyti chaoso inžinerijos eksperimentus. Jis palaiko platų taikinių spektrą, įskaitant debesų platformas, konteinerių orkestratorius ir duomenų bazes.
• „PowerfulSeal“: „PowerfulSeal“ yra įrankis, leidžiantis automatiškai rasti ir išspręsti „Kubernetes“ ir „OpenShift“ klasterių problemas, kad galėtumėte būti tikri, jog jūsų klasteris bus atsparus.

Chaoso inžinerijos iššūkiai

Nors chaoso inžinerija teikia didelę naudą, ji taip pat kelia tam tikrų iššūkių:

• Sudėtingumas: Chaoso inžinerijos eksperimentų kūrimas ir vykdymas gali būti sudėtingas, ypač didelėms ir paskirstytoms sistemoms. Tam reikalingas gilus sistemos architektūros ir priklausomybių supratimas.
• Rizika: Gedimų įterpimas į produkcines sistemas kelia būdingą riziką. Labai svarbu kruopščiai planuoti ir vykdyti eksperimentus, siekiant sumažinti galimą poveikį vartotojams.
• Koordinavimas: Chaoso inžinerija reikalauja koordinavimo tarp kelių komandų, įskaitant kūrimo, operacijų, saugumo ir verslo komandas. Aiškus bendravimas ir bendradarbiavimas yra būtini.
• Įrankiai: Tinkamų chaoso inžinerijos įrankių pasirinkimas gali būti sudėtingas. Svarbu pasirinkti įrankius, kurie atitinka jūsų sistemos architektūrą ir jūsų komandos patirtį.
• Kultūrinis poslinkis: Chaoso inžinerijos įsisavinimas reikalauja kultūrinio poslinkio organizacijoje. Komandos turi jaustis patogiai su mintimi, kad sąmoningai įterpia gedimus į produkcines sistemas.

Geriausia chaoso inžinerijos praktika

Norėdami maksimaliai padidinti chaoso inžinerijos privalumus ir sumažinti riziką, laikykitės šių geriausių praktikų:

• Pradėkite nuo mažo: Pradėkite nuo paprastų eksperimentų, kurie skirti nekritiniams komponentams.
• Automatizuokite: Automatizuokite savo chaoso inžinerijos eksperimentus, kad jie veiktų nuolat.
• Stebėkite: Atidžiai stebėkite savo sistemą eksperimentų metu, kad įsitikintumėte, jog gedimas įterpiamas taip, kaip tikėtasi, ir kad sistema elgiasi taip, kaip prognozuota.
• Bendraukite: Savo chaoso inžinerijos planus praneškite visoms suinteresuotosioms šalims.
• Mokykitės: Nuolat mokykitės iš savo eksperimentų ir gerinkite sistemos atsparumą.
• Dokumentuokite: Dokumentuokite savo eksperimentus, išvadas ir patobulinimus.
• Kontroliuokite poveikio plotą: Užtikrinkite, kad bet koks jūsų sukeltas gedimas būtų izoliuotas ir neišplistų į kitas sistemos dalis. Naudokite tokius metodus kaip užklausų skaičiaus ribojimas (rate limiting), grandinės pertraukikliai (circuit breakers) ir pertvaros (bulkheads), kad izoliuotumėte gedimus.
• Turėkite grąžinimo planą: Visada turėkite aiškų grąžinimo planą, jei eksperimento metu kas nors nepavyktų. Užtikrinkite, kad galėtumėte greitai ir lengvai grįžti į žinomą gerą būseną.
• Taikykite beprasmiškus poincidentinius tyrimus: Kai kas nors nepavyksta, sutelkite dėmesį į mokymąsi iš patirties, o ne į kaltės priskyrimą. Atlikite beprasmiškus poincidentinius tyrimus, kad nustatytumėte pagrindines gedimų priežastis ir įgyvendintumėte priemones, kurios užkirstų kelią jiems pasikartoti.

Chaoso inžinerija ir stebimumas

Chaoso inžinerija ir stebimumas yra glaudžiai susiję. Stebimumas suteikia įžvalgų, reikalingų norint suprasti, kaip sistemos elgiasi patiriant stresą, o chaoso inžinerija suteikia priemones šioms sistemoms išbandyti ir atskleisti paslėptas silpnąsias vietas. Tvirta stebimumo platforma yra būtina efektyviai chaoso inžinerijai.

Pagrindinės stebimumo metrikos, kurias reikia stebėti chaoso inžinerijos eksperimentų metu, apima:

• Vėlavimas: Laikas, per kurį apdorojama užklausa.
• Klaidų dažnis: Užklausų, kurių rezultatas yra klaida, procentas.
• Resursų panaudojimas: Naudojamas CPU, atminties ir tinklo resursų kiekis.
• Soties lygis: Laipsnis, kuriuo resursas yra naudojamas.
• Pralaidumas: Apdorotų užklausų skaičius per laiko vienetą.

Stebėdami šias metrikas chaoso inžinerijos eksperimentų metu, galite giliau suprasti, kaip jūsų sistemos reaguoja į gedimus, ir nustatyti tobulintinas sritis.

Chaoso inžinerijos ateitis

Chaoso inžinerija yra sparčiai besivystanti sritis, nuolat atsirandant naujiems įrankiams ir metodams. Sistemoms tampant vis sudėtingesnėms ir paskirstytoms, chaoso inžinerijos svarba tik didės.

Kai kurios tendencijos, į kurias verta atkreipti dėmesį chaoso inžinerijos ateityje, apima:

• AI pagrįsta chaoso inžinerija: Dirbtinio intelekto naudojimas chaoso inžinerijos eksperimentų kūrimui ir vykdymui automatizuoti. Tai galėtų apimti automatinį galimų gedimų taškų identifikavimą ir eksperimentų generavimą jiems patikrinti.
• Debesų gimtoji chaoso inžinerija: Chaoso inžinerijos metodų pritaikymas specifinėms debesų gimtųjų aplinkų, tokių kaip „Kubernetes“ ir serverless funkcijos, savybėms.
• Saugumo chaoso inžinerija: Chaoso inžinerijos principų taikymas saugumo testavimui, siekiant nustatyti pažeidžiamumus ir pagerinti saugumo padėtį. Tai apima sąmoningą su saugumu susijusių gedimų įvedimą, pvz., imituotus DDoS atakas ar SQL injekcijos bandymus.
• Integracija su incidentų valdymo platformomis: Sklandi chaoso inžinerijos integracija su incidentų valdymo platformomis, siekiant automatizuoti reagavimą į incidentus ir pagerinti bendradarbiavimą.

Išvada

Chaoso inžinerija yra galinga disciplina, galinti padėti jums sukurti atsparesnes ir patikimesnes sistemas. Proaktyviai nustatydami ir mažindami silpnąsias vietas, galite sumažinti prastovos laiką, pagerinti vartotojo patirtį ir padidinti pasitikėjimą savo sistemų gebėjimu atlaikyti neramias sąlygas. Nors ji kelia tam tikrų iššūkių, chaoso inžinerijos privalumai gerokai viršija riziką. Laikydamiesi geriausios praktikos ir nuolat mokydamiesi iš savo eksperimentų, galite sukurti atsparumo kultūrą savo organizacijoje ir užtikrinti, kad jūsų sistemos būtų pasiruošusios viskam.

Priimkite chaoso inžineriją kaip proaktyvų požiūrį į sistemos atsparumą, ir būsite gerai pasiruošę susidoroti su šiuolaikinių paskirstytų sistemų sudėtingumu ir teikti išskirtines vartotojo patirtis, nepriklausomai nuo laukiančių iššūkių.