Odkrivanje storitev: Poglobljen pregled mehanizmov za preverjanje stanja

V svetu mikrostoritev in porazdeljenih sistemov je odkrivanje storitev ključna komponenta, ki aplikacijam omogoča, da se med seboj locirajo in komunicirajo. Vendar pa zgolj poznavanje lokacije storitve ni dovolj. Zagotoviti moramo tudi, da je storitev zdrava in sposobna obdelovati zahteve. Tu nastopijo preverjanja stanja (ang. health checks).

Kaj je odkrivanje storitev?

Odkrivanje storitev je proces samodejnega zaznavanja in lociranja storitev znotraj dinamičnega okolja. V tradicionalnih monolitnih aplikacijah se storitve običajno nahajajo na istem strežniku in njihove lokacije so vnaprej znane. Mikrostoritve pa so po drugi strani pogosto nameščene na več strežnikih in njihove lokacije se lahko pogosto spreminjajo zaradi skaliranja, uvajanja novih različic in napak. Odkrivanje storitev rešuje ta problem z zagotavljanjem centralnega registra, kjer se storitve lahko registrirajo, odjemalci pa lahko poizvedujejo po razpoložljivih storitvah.

Priljubljena orodja za odkrivanje storitev vključujejo:

• Consul: Rešitev za servisno mrežo (service mesh) z odkrivanjem storitev, konfiguracijo in funkcionalnostjo segmentacije.
• Etcd: Porazdeljena shramba ključ-vrednost, ki se pogosto uporablja za odkrivanje storitev v Kubernetesu.
• ZooKeeper: Centralizirana storitev za vzdrževanje konfiguracijskih informacij, poimenovanje, zagotavljanje porazdeljene sinhronizacije in skupinskih storitev.
• Kubernetes DNS: Mehanizem za odkrivanje storitev na osnovi DNS, vgrajen v Kubernetes.
• Eureka: Register storitev, ki se primarno uporablja v okoljih Spring Cloud.

Pomen preverjanja stanja

Čeprav odkrivanje storitev zagotavlja mehanizem za lociranje storitev, ne zagotavlja, da so te storitve zdrave. Storitev je lahko registrirana v registru storitev, vendar ima lahko težave, kot so visoka poraba procesorja, uhajanje pomnilnika ali težave s povezavo z bazo podatkov. Brez preverjanja stanja bi lahko odjemalci nenamerno usmerjali zahteve na nezdrave storitve, kar bi vodilo do slabe zmogljivosti, napak in celo izpadov aplikacij. Preverjanja stanja omogočajo nenehno spremljanje stanja storitev in samodejno odstranjevanje nezdravih primerkov iz registra storitev. To zagotavlja, da odjemalci komunicirajo samo z zdravimi in odzivnimi storitvami.

Predstavljajte si scenarij, kjer se spletna trgovina zanaša na ločeno storitev za obdelavo plačil. Če postane plačilna storitev preobremenjena ali naleti na napako v bazi podatkov, je lahko še vedno registrirana v registru storitev. Brez preverjanja stanja bi spletna trgovina še naprej pošiljala zahteve za plačilo na nedelujočo storitev, kar bi povzročilo neuspešne transakcije in negativno uporabniško izkušnjo. Z uvedenim preverjanjem stanja bi bila nedelujoča plačilna storitev samodejno odstranjena iz registra storitev, spletna trgovina pa bi lahko preusmerila zahteve na zdrav primerek ali elegantno obravnavala napako.

Tipi preverjanja stanja

Obstaja več tipov preverjanja stanja, ki jih lahko uporabimo za spremljanje zdravja storitev. Najpogostejši tipi vključujejo:

HTTP preverjanja stanja

HTTP preverjanja stanja vključujejo pošiljanje HTTP zahteve na določeno končno točko (endpoint) storitve in preverjanje odzivne statusne kode. Statusna koda 200 (OK) običajno pomeni, da je storitev zdrava, medtem ko druge statusne kode (npr. 500 Internal Server Error) kažejo na težavo. HTTP preverjanja stanja so enostavna za implementacijo in se lahko uporabljajo za preverjanje osnovne funkcionalnosti storitve. Na primer, preverjanje stanja lahko preveri končno točko `/health` storitve. V aplikaciji Node.js, ki uporablja Express, bi to lahko bilo tako preprosto:

app.get('/health', (req, res) => {
  res.status(200).send('OK');
});

Primeri konfiguracije:

Consul

{
  "service": {
    "name": "payment-service",
    "port": 8080,
    "check": {
      "http": "http://localhost:8080/health",
      "interval": "10s",
      "timeout": "5s"
    }
  }
}

Kubernetes

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: payment-service
spec:
  containers:
  - name: payment-service-container
    image: payment-service:latest
    ports:
    - containerPort: 8080
    livenessProbe:
      httpGet:
        path: /health
        port: 8080
      initialDelaySeconds: 3
      periodSeconds: 10

TCP preverjanja stanja

TCP preverjanja stanja vključujejo poskus vzpostavitve TCP povezave na določena vrata (port) na storitvi. Če je povezava uspešno vzpostavljena, se storitev šteje za zdravo. TCP preverjanja stanja so uporabna za preverjanje, ali storitev posluša na pravilnih vratih in sprejema povezave. So enostavnejša od HTTP preverjanj, saj ne pregledujejo aplikacijskega sloja. Osnovno preverjanje potrdi dostopnost vrat.

Primeri konfiguracije:

Consul

{
  "service": {
    "name": "database-service",
    "port": 5432,
    "check": {
      "tcp": "localhost:5432",
      "interval": "10s",
      "timeout": "5s"
    }
  }
}

Kubernetes

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: database-service
spec:
  containers:
  - name: database-service-container
    image: database-service:latest
    ports:
    - containerPort: 5432
    livenessProbe:
      tcpSocket:
        port: 5432
      initialDelaySeconds: 15
      periodSeconds: 20

Preverjanja stanja z izvajanjem ukazov

Preverjanja stanja z izvajanjem ukazov vključujejo izvajanje ukaza na gostitelju storitve in preverjanje izhodne kode. Izhodna koda 0 običajno pomeni, da je storitev zdrava, medtem ko druge izhodne kode kažejo na težavo. Preverjanja stanja z izvajanjem ukazov so najbolj prilagodljiv tip preverjanja stanja, saj jih je mogoče uporabiti za izvajanje širokega spektra preverjanj, kot so preverjanje prostora na disku, porabe pomnilnika ali stanja zunanjih odvisnosti. Na primer, lahko zaženete skript, ki preverja, ali je povezava z bazo podatkov zdrava.

Primeri konfiguracije:

Consul

{
  "service": {
    "name": "monitoring-service",
    "port": 80,
    "check": {
      "args": ["/usr/local/bin/check_disk_space.sh"],
      "interval": "30s",
      "timeout": "10s"
    }
  }
}

Kubernetes

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: monitoring-service
spec:
  containers:
  - name: monitoring-service-container
    image: monitoring-service:latest
    command: ["/usr/local/bin/check_disk_space.sh"]
    livenessProbe:
      exec:
        command: ["/usr/local/bin/check_disk_space.sh"]
      initialDelaySeconds: 60
      periodSeconds: 30

Preverjanja stanja po meri

Za bolj zapletene scenarije lahko implementirate preverjanja stanja po meri, ki izvajajo logiko, specifično za aplikacijo. To lahko vključuje preverjanje stanja notranjih čakalnih vrst, preverjanje razpoložljivosti zunanjih virov ali izvajanje bolj sofisticiranih meritev zmogljivosti. Preverjanja stanja po meri zagotavljajo najbolj natančen nadzor nad procesom spremljanja zdravja.

Na primer, preverjanje stanja po meri za porabnika sporočilne vrste bi lahko preverilo, da je globina vrste pod določenim pragom in da se sporočila obdelujejo z razumno hitrostjo. Ali pa bi storitev, ki komunicira s tretjimi API-ji, lahko preverila odzivni čas in stopnjo napak API-ja.

Implementacija preverjanja stanja

Implementacija preverjanja stanja običajno vključuje naslednje korake:

1. Določite merila zdravja: Določite, kaj pomeni zdrava storitev. To lahko vključuje odzivni čas, porabo procesorja, porabo pomnilnika, stanje povezave z bazo podatkov in razpoložljivost zunanjih virov.
2. Implementirajte končne točke ali skripte za preverjanje stanja: Ustvarite končne točke (npr. `/health`) ali skripte, ki izvajajo preverjanja stanja in vračajo ustrezno statusno kodo ali izhodno kodo.
3. Konfigurirajte orodje za odkrivanje storitev: Konfigurirajte svoje orodje za odkrivanje storitev (npr. Consul, Etcd, Kubernetes), da periodično izvaja preverjanja stanja in ustrezno posodablja register storitev.
4. Spremljajte rezultate preverjanja stanja: Spremljajte rezultate preverjanja stanja, da odkrijete morebitne težave in ukrepate.

Ključnega pomena je, da so preverjanja stanja lahka in ne porabljajo prekomernih virov. Izogibajte se izvajanju zapletenih operacij ali neposrednemu dostopanju do zunanjih baz podatkov iz končne točke za preverjanje stanja. Namesto tega se osredotočite na preverjanje osnovne funkcionalnosti storitve in se za bolj poglobljeno analizo zanašajte na druga orodja za nadzor.

Najboljše prakse za preverjanje stanja

Tukaj je nekaj najboljših praks za implementacijo preverjanja stanja:

• Ohranjajte lahkotnost preverjanj stanja: Preverjanja stanja morajo biti hitra in porabljati minimalno virov. Izogibajte se zapleteni logiki ali V/I operacijam. Prizadevajte si za preverjanja, ki se zaključijo v milisekundah.
• Uporabite več tipov preverjanj stanja: Kombinirajte različne tipe preverjanj stanja, da dobite bolj celovit pogled na zdravje storitve. Na primer, uporabite HTTP preverjanje stanja za preverjanje osnovne funkcionalnosti storitve in preverjanje stanja z izvajanjem ukaza za preverjanje razpoložljivosti zunanjih virov.
• Upoštevajte odvisnosti: Če je storitev odvisna od drugih storitev ali virov, v preverjanje stanja vključite tudi preverjanja teh odvisnosti. To lahko pomaga odkriti težave, ki morda niso takoj očitne iz metrik zdravja same storitve. Na primer, če je vaša storitev odvisna od baze podatkov, vključite preverjanje, da zagotovite, da je povezava z bazo podatkov zdrava.
• Uporabite ustrezne intervale in časovne omejitve: Konfigurirajte interval preverjanja stanja in časovno omejitev (timeout) ustrezno za storitev. Interval mora biti dovolj pogost, da hitro zazna težave, vendar ne tako pogost, da bi nepotrebno obremenjeval storitev. Časovna omejitev mora biti dovolj dolga, da se preverjanje stanja lahko zaključi, vendar ne tako dolga, da bi odlašala z zaznavanjem težav. Običajna izhodiščna točka je interval 10 sekund in časovna omejitev 5 sekund, vendar bo te vrednosti morda treba prilagoditi glede na specifično storitev in okolje.
• Elegantno obravnavajte prehodne napake: Implementirajte logiko za elegantno obravnavo prehodnih napak. Ena sama neuspešna preverba stanja morda ne pomeni resne težave. Razmislite o uporabi praga ali mehanizma ponovnih poskusov, da se izognete prezgodnjemu odstranjevanju storitve iz registra. Na primer, lahko zahtevate, da storitev ne uspe na treh zaporednih preverjanjih, preden se šteje za nezdravo.
• Zavarujte končne točke za preverjanje stanja: Zaščitite končne točke za preverjanje stanja pred nepooblaščenim dostopom. Če končna točka za preverjanje stanja izpostavlja občutljive informacije, kot so notranje metrike ali konfiguracijski podatki, omejite dostop samo na pooblaščene odjemalce. To je mogoče doseči z avtentikacijo ali z belim seznamom IP naslovov.
• Dokumentirajte preverjanja stanja: Jasno dokumentirajte namen in implementacijo vsakega preverjanja stanja. To bo drugim razvijalcem pomagalo razumeti, kako preverjanja delujejo in kako odpraviti težave. Vključite informacije o merilih zdravja, končni točki ali skriptu za preverjanje stanja ter pričakovanih statusnih ali izhodnih kodah.
• Avtomatizirajte odpravljanje napak: Povežite preverjanja stanja z avtomatiziranimi sistemi za odpravljanje napak. Ko je storitev zaznana kot nezdrava, samodejno sprožite ukrepe za povrnitev storitve v zdravo stanje. To lahko vključuje ponovni zagon storitve, povečanje števila primerkov ali vrnitev na prejšnjo različico.
• Uporabite teste iz resničnega sveta: Preverjanja stanja morajo simulirati resničen uporabniški promet in odvisnosti. Ne preverjajte samo, ali strežnik deluje; zagotovite, da lahko obdela tipične zahteve in komunicira s potrebnimi viri.

Primeri v različnih tehnologijah

Oglejmo si primere implementacije preverjanja stanja v različnih tehnologijah:

Java (Spring Boot)

@RestController
public class HealthController {

    @GetMapping("/health")
    public ResponseEntity<String> health() {
        // Tu izvedite preverjanja, npr. povezava z bazo podatkov
        boolean isHealthy = true; // Zamenjajte z dejanskim preverjanjem

        if (isHealthy) {
            return new ResponseEntity<>("OK", HttpStatus.OK);
        } else {
            return new ResponseEntity<>("Error", HttpStatus.INTERNAL_SERVER_ERROR);
        }
    }
}

Python (Flask)

from flask import Flask, jsonify

app = Flask(__name__)

@app.route('/health')
def health_check():
    # Tu izvedite preverjanja
    is_healthy = True  # Zamenjajte z dejanskim preverjanjem

    if is_healthy:
        return jsonify({'status': 'OK'}), 200
    else:
        return jsonify({'status': 'Error'}), 500

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True, host='0.0.0.0', port=5000)

Go

package main

import (
    "fmt"
    "net/http"
)

func healthHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
    // Tu izvedite preverjanja
    isHealthy := true // Zamenjajte z dejanskim preverjanjem

    if isHealthy {
        w.WriteHeader(http.StatusOK)
        fmt.Fprint(w, "OK")
    } else {
        w.WriteHeader(http.StatusInternalServerError)
        fmt.Fprint(w, "Error")
    }
}

func main() {
    http.HandleFunc("/health", healthHandler)
    fmt.Println("Strežnik posluša na vratih 8080")
    http.ListenAndServe(":8080", nil)
}

Preverjanje stanja in uravnoteženje bremena

Preverjanja stanja so pogosto integrirana z rešitvami za uravnoteženje bremena (load balancing), da se zagotovi, da je promet usmerjen samo na zdrave storitve. Uravnoteževalniki bremena uporabljajo rezultate preverjanja stanja, da določijo, katere storitve so na voljo za sprejemanje prometa. Ko storitev ne uspe na preverjanju stanja, jo uravnoteževalnik bremena samodejno odstrani iz nabora razpoložljivih storitev. To preprečuje, da bi odjemalci pošiljali zahteve na nezdrave storitve in izboljšuje splošno zanesljivost aplikacije.

Primeri uravnoteževalnikov bremena, ki se integrirajo s preverjanjem stanja, vključujejo:

• HAProxy
• NGINX Plus
• Amazon ELB
• Google Cloud Load Balancing
• Azure Load Balancer

Nadzor in obveščanje

Poleg samodejnega odstranjevanja nezdravih storitev iz registra storitev se lahko preverjanja stanja uporabljajo tudi za sprožanje opozoril in obvestil. Ko storitev ne uspe na preverjanju stanja, lahko nadzorni sistem pošlje opozorilo operativni ekipi in jih obvesti o morebitni težavi. To jim omogoča, da raziščejo težavo in ukrepajo, preden ta vpliva na uporabnike.

Priljubljena orodja za nadzor, ki se integrirajo s preverjanjem stanja, vključujejo:

• Prometheus
• Datadog
• New Relic
• Grafana
• Nagios

Zaključek

Preverjanja stanja so bistvena komponenta odkrivanja storitev v arhitekturah mikrostoritev. Omogočajo nenehno spremljanje zdravja storitev in samodejno odstranjevanje nezdravih primerkov iz registra storitev. Z implementacijo robustnih mehanizmov za preverjanje stanja lahko zagotovite, da so vaše aplikacije odporne, razširljive in zanesljive. Izbira pravih tipov preverjanj stanja, njihova ustrezna konfiguracija in integracija z nadzornimi in opozorilnimi sistemi so ključni za izgradnjo zdravega in robustnega okolja mikrostoritev.

Sprejmite proaktiven pristop k spremljanju zdravja. Ne čakajte, da uporabniki poročajo o težavah. Implementirajte celovita preverjanja stanja, ki nenehno spremljajo zdravje vaših storitev in samodejno ukrepajo, ko se pojavijo težave. To vam bo pomagalo zgraditi odporno in zanesljivo arhitekturo mikrostoritev, ki se lahko upre izzivom dinamičnega in porazdeljenega okolja. Redno pregledujte in posodabljajte svoja preverjanja stanja, da se prilagodijo razvijajočim se potrebam in odvisnostim aplikacije.

Končno je vlaganje v robustne mehanizme za preverjanje stanja vlaganje v stabilnost, razpoložljivost in splošni uspeh vaših aplikacij, ki temeljijo na mikrostoritvah.