Beserverės architektūros modelių tyrinėjimas: išsamus vadovas

Beserverė kompiuterija (angl. serverless computing) sukėlė revoliuciją programų kūrimo ir diegimo srityje. Abstrahuojant pagrindinės infrastruktūros valdymą, kūrėjai gali susitelkti į kodo rašymą ir vertės kūrimą. Šiame vadove nagrinėjami įprasti beserverės architektūros modeliai, pateikiant įžvalgas apie jų privalumus, trūkumus ir pritaikymą realiame pasaulyje.

Kas yra beserverė architektūra?

Beserverė architektūra yra debesų kompiuterijos vykdymo modelis, kai debesijos paslaugų teikėjas dinamiškai valdo mašinų išteklių paskirstymą. Beserverių paslaugų teikėjas pasirūpina visa pagrindine infrastruktūra, todėl jums nereikia aprūpinti ar valdyti jokių serverių. Jūs mokate tik už tą skaičiavimo laiką, kurį suvartojate.

Pagrindinės beserverės architektūros savybės:

• Jokio serverių valdymo: Kūrėjams nereikia aprūpinti, keisti mastelio ar valdyti serverių.
• Mokėjimas pagal naudojimą: Jūs mokate tik už tą skaičiavimo laiką, kurį sunaudoja jūsų kodas.
• Automatinis mastelio keitimas: Beserverės platformos automatiškai keičia išteklių mastelį pagal poreikį.
• Įvykiais valdoma: Funkcijos paleidžiamos įvykiais, tokiais kaip HTTP užklausos, duomenų bazės pakeitimai ar pranešimai.

Beserverės architektūros privalumai

Pasirinkus beserverį požiūrį, atsiranda keletas privalumų:

• Sumažintos veiklos sąnaudos: Nereikia valdyti serverių, todėl kūrėjai gali susitelkti į funkcionalumo kūrimą.
• Kaštų optimizavimas: Mokėjimo pagal naudojimą kainodaros modelis sumažina išlaidas, ypač programoms su kintančiu srautu.
• Pagerintas mastelio keitimas ir pasiekiamumas: Automatinis mastelio keitimas ir atsparumas gedimams užtikrina aukštą pasiekiamumą ir našumą.
• Greitesnis patekimas į rinką: Supaprastintas diegimas ir valdymas pagreitina kūrimo ciklus.

Įprasti beserverės architektūros modeliai

Atsirado keletas architektūrinių modelių, leidžiančių išnaudoti beserverės kompiuterijos privalumus. Štai keletas dažniausiai pasitaikančių:

1. Įvykiais valdoma architektūra

Įvykiais valdoma architektūra yra programinės įrangos architektūros paradigma, skatinanti įvykių kūrimą, aptikimą, vartojimą ir reagavimą į juos. Beserveriame kontekste šis modelis dažnai apima paslaugas, kurios paleidžia funkcijas per įvykius.

Pavyzdys: vaizdų apdorojimo konvejeris

Įsivaizduokite vaizdų apdorojimo konvejerį. Kai vartotojas įkelia paveikslėlį į debesijos saugyklos paslaugą (pvz., „Amazon S3“, „Azure Blob Storage“ ar „Google Cloud Storage“), sukeliamas įvykis. Šis įvykis iškviečia beserverę funkciją (pvz., „AWS Lambda“, „Azure Function“, „Google Cloud Function“), kuri atlieka vaizdo dydžio keitimą, formato konvertavimą ir kitas apdorojimo užduotis. Apdorotas vaizdas vėl išsaugomas saugyklos paslaugoje, sukeldamas kitą įvykį, kuris gali pranešti vartotojui arba atnaujinti duomenų bazę.

Komponentai:

• Įvykio šaltinis: Debesijos saugyklos paslauga (S3, Blob Storage, Cloud Storage).
• Įvykis: Paveikslėlio įkėlimas.
• Funkcija: Vaizdo apdorojimo funkcija (dydžio keitimas, konvertavimas).
• Paskirties vieta: Debesijos saugyklos paslauga, duomenų bazė.

Privalumai:

• Atsiejimas: Paslaugos yra nepriklausomos ir bendrauja per įvykius.
• Mastelio keitimas: Funkcijų mastelis automatiškai keičiasi pagal įvykių apimtį.
• Atsparumas: Vienos funkcijos gedimas neturi įtakos kitoms sistemos dalims.

2. API šliuzo modelis

API šliuzo modelis apima API šliuzo naudojimą gaunamoms užklausoms valdyti ir nukreipti jas į atitinkamas beserveres funkcijas. Tai suteikia vieną įėjimo tašką klientams ir leidžia naudoti tokias funkcijas kaip autentifikavimas, autorizavimas, užklausų skaičiaus ribojimas ir užklausų transformavimas.

Pavyzdys: REST API

Apsvarstykite galimybę sukurti REST API naudojant beserveres funkcijas. API šliuzas (pvz., „Amazon API Gateway“, „Azure API Management“, „Google Cloud Endpoints“) veikia kaip API „paradinis įėjimas“. Kai klientas siunčia užklausą, API šliuzas ją nukreipia į atitinkamą beserverę funkciją, atsižvelgdamas į užklausos kelią ir metodą. Funkcija apdoroja užklausą ir grąžina atsakymą, kurį API šliuzas siunčia atgal klientui. Šliuzas taip pat gali tvarkyti autentifikavimą, autorizavimą ir užklausų skaičiaus ribojimą, kad apsaugotų API.

Komponentai:

• API šliuzas: Valdo gaunamas užklausas, autentifikavimą, autorizavimą ir maršrutizavimą.
• Funkcijos: Apdoroja konkrečius API galinius taškus.
• Duomenų bazė: Saugo ir nuskaito duomenis.

Privalumai:

• Centralizuotas valdymas: Vienas įėjimo taškas visoms API užklausoms.
• Saugumas: Autentifikavimas ir autorizavimas šliuzo lygmeniu.
• Mastelio keitimas: API šliuzas gali apdoroti didelius srautus.

3. Išsišakojimo (Fan-Out) modelis

Išsišakojimo (angl. Fan-Out) modelis apima vieno įvykio paskirstymą kelioms funkcijoms lygiagrečiam apdorojimui. Tai naudinga užduotims, kurias galima atlikti nepriklausomai, pavyzdžiui, siunčiant pranešimus keliems vartotojams arba lygiagrečiai apdorojant duomenis.

Pavyzdys: pranešimų siuntimas

Tarkime, jums reikia išsiųsti pranešimus keliems vartotojams, kai paskelbiamas naujas straipsnis. Paskelbus straipsnį, sukeliamas įvykis. Šis įvykis iškviečia funkciją, kuri išsiunčia pranešimą kelioms funkcijoms, kurių kiekviena yra atsakinga už pranešimo siuntimą konkrečiam vartotojui ar vartotojų grupei. Tai leidžia siųsti pranešimus lygiagrečiai, sumažinant bendrą apdorojimo laiką.

Komponentai:

• Įvykio šaltinis: Straipsnio paskelbimas.
• Išsišakojimo funkcija: Paskirsto pranešimą kelioms funkcijoms.
• Pranešimų funkcijos: Siunčia pranešimus atskiriems vartotojams.

Privalumai:

• Lygiagretus apdorojimas: Užduotys atliekamos vienu metu, sutrumpinant apdorojimo laiką.
• Mastelio keitimas: Kiekvienos funkcijos mastelį galima keisti nepriklausomai.
• Pagerintas našumas: Greitesnis pranešimų pristatymas.

4. Agregavimo modelis

Agregavimo modelis apima duomenų rinkimą iš kelių šaltinių ir jų sujungimą į vieną rezultatą. Tai naudinga užduotims, kurioms reikia duomenų iš kelių API ar duomenų bazių.

Pavyzdys: duomenų agregavimas

Apsvarstykite programą, kuriai reikia rodyti informaciją apie produktą, įskaitant jo kainą, prieinamumą ir atsiliepimus. Ši informacija gali būti saugoma skirtingose duomenų bazėse arba gaunama iš skirtingų API. Agregavimo funkcija gali surinkti duomenis iš šių įvairių šaltinių ir sujungti juos į vieną JSON objektą, kuris vėliau siunčiamas klientui. Tai supaprastina kliento užduotį gauti ir rodyti produkto informaciją.

Komponentai:

• Duomenų šaltiniai: Duomenų bazės, API.
• Agregavimo funkcija: Renka ir sujungia duomenis.
• Paskirties vieta: Kliento programa.

Privalumai:

• Supaprastinta kliento logika: Klientui tereikia gauti vieną rezultatą.
• Sumažintas tinklo užklausų skaičius: Mažiau užklausų į duomenų šaltinius.
• Pagerintas našumas: Duomenys agreguojami serverio pusėje.

5. Grandinės modelis

Gandinės modelis apima kelių funkcijų sujungimą į grandinę, kad būtų atlikta užduočių seka. Vienos funkcijos išvestis tampa kitos funkcijos įvestimi. Tai naudinga sudėtingoms darbo eigoms arba duomenų apdorojimo konvejeriams.

Pavyzdys: duomenų transformavimo konvejeris

Įsivaizduokite duomenų transformavimo konvejerį, kuris apima duomenų valymą, tikrinimą ir papildymą. Kiekvienas konvejerio žingsnis gali būti įgyvendintas kaip atskira beserverė funkcija. Funkcijos yra sujungiamos į grandinę, o vienos funkcijos išvestis perduodama kaip įvestis kitai. Tai leidžia sukurti modulinį ir mastelį keičiantį duomenų apdorojimo konvejerį.

Komponentai:

• Funkcijos: Kiekviena funkcija atlieka konkrečią transformavimo užduotį.
• Orchestravimas: Mechanizmas, skirtas sujungti funkcijas į grandinę (pvz., AWS Step Functions, Azure Durable Functions, Google Cloud Workflows).

Privalumai:

• Moduliškumas: Kiekviena funkcija yra atsakinga už konkrečią užduotį.
• Mastelio keitimas: Kiekvienos funkcijos mastelį galima keisti nepriklausomai.
• Priežiūros paprastumas: Lengviau atnaujinti ir prižiūrėti atskiras funkcijas.

6. Smaugiančiojo fikusmedžio (Strangler Fig) modelis

Smaugiančiojo fikusmedžio (angl. Strangler Fig) modelis yra laipsniška migracijos strategija, skirta modernizuoti senas programas, palaipsniui keičiant funkcionalumą beserveriais komponentais. Šis modelis leidžia įdiegti beserveres paslaugas visiškai nesutrikdant esamos programos veiklos.

Pavyzdys: monolito migravimas

Tarkime, turite monolitinę programą, kurią norite perkelti į beserverę architektūrą. Galite pradėti identifikuodami konkrečius funkcionalumus, kuriuos galima lengvai pakeisti beserverėmis funkcijomis. Pavyzdžiui, galite pakeisti vartotojo autentifikavimo modulį beservere funkcija, kuri autentifikuoja vartotojus per išorinį tapatybės tiekėją. Kai pakeisite daugiau funkcionalumų beserveriais komponentais, monolitinė programa palaipsniui mažės, kol galiausiai bus visiškai pakeista.

Komponentai:

• Sena programa: Esama programa, kurią reikia modernizuoti.
• Beserverės funkcijos: Nauji beserveriai komponentai, kurie pakeičia senus funkcionalumus.
• Tarpinis serveris / maršrutizatorius: Nukreipia užklausas į seną programą arba naujas beserveres funkcijas.

Privalumai:

• Sumažinta rizika: Laipsniška migracija sumažina riziką sutrikdyti esamos programos veikimą.
• Lankstumas: Leidžia modernizuoti programą savo tempu.
• Išlaidų taupymas: Beserveriai komponentai gali būti ekonomiškesni nei sena programa.

Tinkamo modelio pasirinkimas

Tinkamo beserverės architektūros modelio pasirinkimas priklauso nuo konkrečių jūsų programos reikalavimų. Atsižvelkite į šiuos veiksnius:

• Programos sudėtingumas: Paprastoms programoms gali pakakti pagrindinio API šliuzo modelio, o sudėtingesnėms programoms gali būti naudinga sujungti funkcijas į grandinę arba naudoti įvykiais valdomą architektūrą.
• Mastelio keitimo reikalavimai: Pasirinkite modelius, kurių mastelį galima automatiškai keisti, kad būtų galima valdyti kintantį srautą.
• Duomenų apdorojimo poreikiai: Apsvarstykite modelius, kurie palaiko lygiagretų apdorojimą arba duomenų agregavimą.
• Esama infrastruktūra: Jei migruojate iš senos programos, smaugiančiojo fikusmedžio modelis gali būti geras pasirinkimas.

Gerosios beserverės architektūros praktikos

Norėdami užtikrinti sėkmę su beservere architektūra, laikykitės šių gerųjų praktikų:

• Funkcijos turi būti mažos ir konkrečios: Kiekviena funkcija turėtų turėti vieną, aiškiai apibrėžtą paskirtį. Tai pagerina priežiūros paprastumą ir mastelio keitimą.
• Konfigūracijai naudokite aplinkos kintamuosius: Venkite fiksuoti konfigūracijos reikšmes savo funkcijose. Konfigūracijos nustatymams valdyti naudokite aplinkos kintamuosius.
• Tinkamai tvarkykite klaidas: Įdiekite patikimą klaidų tvarkymą, kad gedimai neplistų visoje sistemoje.
• Stebėkite ir registruokite savo funkcijas: Naudokite stebėjimo įrankius, kad sektumėte funkcijų našumą ir nustatytumėte galimas problemas. Registruokite svarbius įvykius, kad palengvintumėte derinimą.
• Apsaugokite savo funkcijas: Įdiekite tinkamas saugumo priemones, kad apsaugotumėte savo funkcijas nuo neteisėtos prieigos.
• Optimizuokite „šaltus startus“: Sumažinkite „šalto starto“ delsą naudodami tinkamas kalbos vykdymo aplinkas ir optimizuodami funkcijos kodą.
• Įdiekite tinkamus CI/CD konvejerius: Automatizuokite savo beserverių funkcijų diegimą ir testavimą, kad užtikrintumėte nuoseklius ir patikimus išleidimus.

Beserverės paslaugos pas skirtingus debesijos tiekėjus

Pagrindinės beserverės architektūros koncepcijos yra taikomos įvairiems debesijos paslaugų teikėjams, nors konkretūs įgyvendinimai ir paslaugos gali skirtis. Štai trumpa apžvalga:

• Amazon Web Services (AWS): AWS Lambda yra pavyzdinė beserverės kompiuterijos paslauga. AWS taip pat siūlo API Gateway, Step Functions (orkestravimui) ir S3 saugojimui.
• Microsoft Azure: Azure Functions yra „Microsoft“ beserverės kompiuterijos paslauga. Azure taip pat teikia API Management, Durable Functions (orkestravimui) ir Blob Storage.
• Google Cloud Platform (GCP): Google Cloud Functions yra „Google“ beserverės kompiuterijos paslauga. GCP siūlo Cloud Endpoints (API šliuzas), Cloud Workflows (orkestravimui) ir Cloud Storage.

Nors kiekvienas tiekėjas turi savo unikalių savybių ir kainodaros modelių, pagrindiniai beserverės architektūros principai išlieka tie patys. Tinkamo tiekėjo pasirinkimas priklauso nuo jūsų konkrečių poreikių, esamos infrastruktūros ir susipažinimo su platforma.

Beserverė architektūra ir globalūs aspektai

Kuriant beserveres programas pasaulinei auditorijai, ypač svarbūs tampa keli veiksniai:

• Delsa: Sumažinkite delsą diegdami funkcijas regionuose, esančiuose arčiau jūsų vartotojų. Debesijos tiekėjai siūlo regioninius beserverių funkcijų diegimus. Turinio pristatymo tinklai (CDN) taip pat gali padėti talpinti turinį arčiau vartotojų, taip pagerinant našumą.
• Duomenų rezidencija: Atsižvelkite į duomenų rezidencijos reikalavimus skirtingose šalyse ir regionuose. Užtikrinkite, kad duomenys būtų saugomi ir apdorojami laikantis vietos taisyklių.
• Lokalizavimas: Kurkite savo programas taip, kad jos palaikytų kelias kalbas ir valiutas. Beserverės funkcijos gali būti naudojamos dinamiškai generuoti turinį pagal vartotojo nuostatas ar vietą.
• Atitiktis: Užtikrinkite, kad jūsų programos atitiktų atitinkamus pramonės standartus ir reglamentus, tokius kaip GDPR, HIPAA ir PCI DSS.
• Kaštų optimizavimas: Optimizuokite funkcijos našumą ir išteklių naudojimą, kad sumažintumėte išlaidas. Atidžiai stebėkite regioninius kainodaros modelius ir naudojimo tendencijas.

Atidžiai atsižvelgę į šiuos veiksnius, galite sukurti beserveres programas, kurios yra prieinamos visame pasaulyje, našios ir atitinkančios reikalavimus.

Išvada

Beserverė architektūra siūlo galingą požiūrį į modernių programų kūrimą ir diegimą. Suprasdami įprastus beserverės architektūros modelius ir laikydamiesi geriausių praktikų, galite išnaudoti sumažintų veiklos sąnaudų, kaštų optimizavimo ir pagerinto mastelio keitimo privalumus. Beserverių technologijoms toliau tobulėjant, šių modelių tyrinėjimas ir pritaikymas bus labai svarbus kuriant efektyvius ir inovatyvius sprendimus debesijoje.