Frontend Hizmet Ağı Yük Azaltma: Küresel Uygulamalar için Aşırı Yük Koruma Stratejisi

Günümüzün dağıtık ve dinamik ortamında, küresel uygulamaların esnekliğini ve kullanılabilirliğini sağlamak büyük önem taşımaktadır. Frontend hizmet ağları, uygulamanızın sınırında (edge) trafiği yönetmek ve güvence altına almak için güçlü bir araç olarak ortaya çıkmıştır. Ancak, en iyi mimariyle bile uygulamalar aşırı yüke maruz kalabilir. Talep kapasiteyi aştığında, sistem kararsız hale gelebilir, bu da zincirleme arızalara ve kötü bir kullanıcı deneyimine yol açabilir. İşte bu noktada yük azaltma (load shedding) devreye girer.

Bu kapsamlı rehber, uygulamalarınızı aşırı yükten korumaya yönelik stratejilere ve tekniklere odaklanarak frontend hizmet ağı yük azaltma kavramını incelemektedir. Çeşitli yaklaşımları, faydalarını ve küresel bir bağlamda uygulama için pratik hususları derinlemesine ele alacağız.

Yük Azaltma (Load Shedding) Nedir?

Yük azaltma, yazılım sistemleri bağlamında, bir sistemin aşırı yüklenmesini önlemek için istekleri kasıtlı olarak reddetme veya geciktirme tekniğidir. Tüm sistemin çökmesine izin vermek yerine bazı isteklerden fedakarlık ederek uygulamanın sağlığını ve kararlılığını korumak için proaktif bir önlemdir.

Bunu sel sırasında bir baraj gibi düşünün. Baraj operatörleri, barajın tamamen yıkılmasını önlemek için bir miktar su bırakabilir. Benzer şekilde, bir hizmet ağında yük azaltma, arka uç (backend) hizmetlerini aşırı yüklenmekten korumak için istekleri seçici olarak düşürmeyi veya geciktirmeyi içerir.

Yük Azaltma Küresel Bağlamda Neden Önemlidir?

Küresel uygulamalar ölçek, dağıtım ve ağ gecikmesi ile ilgili benzersiz zorluklarla karşı karşıyadır. Şu faktörleri göz önünde bulundurun:

• Coğrafi Dağılım: Kullanıcılar, değişen ağ koşulları ve gecikme süreleriyle dünyanın çeşitli yerlerinden uygulamanıza erişir.
• Değişen Talep Desenleri: Farklı bölgeler günün farklı saatlerinde en yoğun trafiği yaşayabilir, bu da talepte öngörülemeyen artışlara yol açar. Örneğin, bir e-ticaret web sitesi Kuzey Amerika'daki Kara Cuma (Black Friday) indirimleri sırasında en yoğun trafiği yaşarken, Asya'daki Ay Yeni Yılı sırasında artan bir aktivite görebilir.
• Öngörülemeyen Olaylar: Pazarlama kampanyaları veya haberler gibi beklenmedik olaylar, trafikte ani artışlara neden olarak potansiyel olarak uygulamanızı bunaltabilir. Ürününüzü içeren viral bir sosyal medya gönderisi, kökeni ne olursa olsun küresel bir artış yaratabilir.
• Bağımlılık Arızaları: Uygun izolasyon ve hata toleransı mekanizmaları mevcut değilse, bir bölgedeki bir arıza diğerlerine yayılabilir. Örneğin, bir ülkedeki bir ödeme ağ geçidindeki kesinti, sistem esneklik göz önünde bulundurularak tasarlanmadıysa diğer ülkelerdeki kullanıcıları dolaylı olarak etkileyebilir.

Etkili bir yük azaltma olmadan, bu faktörler şunlara yol açabilir:

• Azalan Kullanılabilirlik: Uygulama kesintileri ve hizmet aksaklıkları.
• Artan Gecikme: Yavaş yanıt süreleri ve bozulmuş bir kullanıcı deneyimi.
• Zincirleme Arızalar: Bir hizmetin arızalanmasının bağımlı hizmetlerde arızalara neden olması.
• Veri Kaybı: Sistem kararsızlığı nedeniyle potansiyel kullanıcı verisi kaybı.

Küresel bir ortam için özel olarak tasarlanmış yük azaltma stratejilerinin uygulanması, bu riskleri azaltmak ve dünya çapında tutarlı bir şekilde olumlu bir kullanıcı deneyimi sağlamak için çok önemlidir.

Frontend Hizmet Ağı ve Yük Azaltma

Genellikle bir edge proxy olarak dağıtılan bir frontend hizmet ağı, uygulamanıza gelen tüm trafik için giriş noktası olarak işlev görür. Trafiği yönetmek, güvenlik politikalarını uygulamak ve yük azaltma da dahil olmak üzere esneklik mekanizmalarını uygulamak için merkezi bir nokta sağlar.

Frontend hizmet ağında yük azaltma uygulayarak şunları yapabilirsiniz:

• Arka Uç (Backend) Hizmetlerini Koruma: Arka uç hizmetlerinizi aşırı trafikle bunalmaktan koruyun.
• Kullanıcı Deneyimini İyileştirme: Yoğun yük sırasında bazı isteklerden fedakarlık ederek çoğu kullanıcı için kabul edilebilir yanıt sürelerini koruyun.
• Yönetimi Basitleştirme: Yük azaltma mantığını hizmet ağında merkezileştirerek, bireysel hizmetlerin kendi koruma mekanizmalarını uygulama ihtiyacını azaltın.
• Görünürlük Kazanma: Trafik desenlerini ve yük azaltma kararlarını gerçek zamanlı olarak izleyerek yapılandırmanızda proaktif ayarlamalar yapmanızı sağlayın.

Frontend Hizmet Ağları için Yük Azaltma Stratejileri

Bir frontend hizmet ağında birkaç yük azaltma stratejisi uygulanabilir. Her stratejinin kendi ödünleri vardır ve farklı senaryolar için uygundur.

1. Hız Sınırlama (Rate Limiting)

Tanım: Hız sınırlama, bir istemcinin veya hizmetin belirli bir zaman dilimi içinde yapabileceği istek sayısını kısıtlar. Kötüye kullanımı önlemek ve hizmet reddi (denial-of-service) saldırılarına karşı koruma sağlamak için temel bir tekniktir.

Nasıl çalışır: Hizmet ağı, her istemciden gelen istek sayısını (örneğin, IP adresi, kullanıcı kimliği veya API anahtarına göre) izler ve yapılandırılan hız sınırını aşan istekleri reddeder.

Örnek:

Bir fotoğraf paylaşım uygulaması düşünün. Kötüye kullanımı önlemek ve tüm kullanıcılar için adil kullanımı sağlamak amacıyla her kullanıcının saatte en fazla 100 fotoğraf yüklemesini sınırlayabilirsiniz.

Yapılandırma: Hız sınırları, aşağıdakiler gibi çeşitli kriterlere göre yapılandırılabilir:

• Saniye başına istek (RPS): Saniye başına izin verilen istek sayısını sınırlar.
• Dakika başına istek (RPM): Dakika başına izin verilen istek sayısını sınırlar.
• Saat başına istek (RPH): Saat başına izin verilen istek sayısını sınırlar.
• Eşzamanlı bağlantılar: Bir istemciden gelen eşzamanlı bağlantı sayısını sınırlar.

Dikkat Edilmesi Gerekenler:

• Ayrıntı Düzeyi (Granularity): Hız sınırlaması için uygun bir ayrıntı düzeyi seçin. Çok kaba taneli (örneğin, tek bir IP adresinden gelen tüm istekleri sınırlamak) meşru kullanıcıları haksız yere etkileyebilir. Çok ince taneli (örneğin, bireysel API uç noktalarını sınırlamak) yönetimi karmaşık olabilir.
• Dinamik Ayarlama: Gerçek zamanlı sistem yüküne göre ayarlanan dinamik hız sınırlaması uygulayın.
• İstisnalar: Belirli türdeki istekleri veya kullanıcıları hız sınırlamasından muaf tutmayı düşünün (örneğin, yönetici istekleri veya ödeme yapan müşteriler).
• Hata Yönetimi: Hız sınırına takılan kullanıcılara, isteklerinin neden reddedildiğini ve sorunu nasıl çözebileceklerini açıklayan bilgilendirici hata mesajları sağlayın. Örneğin, "Hız sınırınızı aştınız. Lütfen bir dakika içinde tekrar deneyin."

2. Devre Kesici (Circuit Breaking)

Tanım: Devre kesici, bir uygulamanın başarısız olması muhtemel bir işlemi tekrar tekrar denemesini önleyen bir kalıptır. Bu, bir arıza olduğunda atarak daha fazla hasarı önleyen bir elektrik sigortasına benzer.

Nasıl çalışır: Hizmet ağı, arka uç hizmetlerine yapılan isteklerin başarı ve başarısızlık oranlarını izler. Başarısızlık oranı belirli bir eşiği aşarsa, devre kesici "atar" ve hizmet ağı geçici olarak o hizmete istek göndermeyi durdurur.

Örnek:

Bir "ürün hizmetinin" bir "öneri hizmetine" bağlı olduğu bir mikroservis mimarisi düşünün. Öneri hizmeti sürekli olarak başarısız olmaya başlarsa, devre kesici ürün hizmetinin onu çağırmasını engelleyerek daha fazla bozulmayı önler ve öneri hizmetine toparlanması için zaman tanır.

Bir Devre Kesicinin Durumları:

• Kapalı (Closed): Devre normal şekilde çalışıyor ve istekler arka uç hizmetine gönderiliyor.
• Açık (Open): Devre atmış durumda ve istekler arka uç hizmetine gönderilmiyor. Bunun yerine, bir geri dönüş yanıtı (fallback response) döndürülür (örneğin, bir hata mesajı veya önbelleğe alınmış veri).
• Yarı Açık (Half-Open): Belirli bir süre sonra devre kesici yarı açık duruma geçer. Bu durumda, arka uç hizmetinin toparlanıp toparlanmadığını test etmek için sınırlı sayıda isteğin geçmesine izin verir. İstekler başarılı olursa, devre kesici kapalı duruma döner. Başarısız olurlarsa, devre kesici tekrar açık duruma döner.

Yapılandırma: Devre kesiciler, başarısızlık oranı, kurtarma süresi ve deneme sayısı için eşiklerle yapılandırılır.

Dikkat Edilmesi Gerekenler:

• Geri Dönüş Mekanizmaları: Devre kesici açık olduğunda uygun geri dönüş mekanizmaları uygulayın. Bu, önbelleğe alınmış verileri döndürmeyi, bir hata mesajı görüntülemeyi veya kullanıcıları farklı bir hizmete yönlendirmeyi içerebilir.
• İzleme: Sorunları hızlı bir şekilde belirlemek ve çözmek için devre kesicilerin durumunu ve arka uç hizmetlerinin sağlığını izleyin.
• Dinamik Eşlikler: Gerçek zamanlı sistem yüküne ve performansına göre ayarlanan dinamik eşikler kullanmayı düşünün.

3. Uyarlanabilir Yük Azaltma (Adaptive Load Shedding)

Tanım: Uyarlanabilir yük azaltma, yük azaltma stratejisini gerçek zamanlı sistem koşullarına göre dinamik olarak ayarlayan daha karmaşık bir yaklaşımdır. Kabul edilebilir gecikme ve hata oranlarını korurken verimi en üst düzeye çıkarmayı hedefler.

Nasıl çalışır: Hizmet ağı, CPU kullanımı, bellek kullanımı, kuyruk uzunlukları ve yanıt süreleri gibi çeşitli metrikleri sürekli olarak izler. Bu metriklere dayanarak, hız sınırlama eşiklerini veya istekleri düşürme olasılığını dinamik olarak ayarlar.

Örnek:

Oyuncu aktivitesinde ani bir artış yaşayan bir çevrimiçi oyun platformu hayal edin. Uyarlanabilir bir yük azaltma sistemi, artan CPU kullanımını ve bellek baskısını algılayabilir ve başlatılan yeni oyun oturumlarının sayısını otomatik olarak azaltarak mevcut oyunculara öncelik verir ve sunucuların aşırı yüklenmesini önler.

Uyarlanabilir Yük Azaltma Teknikleri:

• Kuyruk Uzunluğuna Dayalı Azaltma: Kuyruk uzunlukları belirli bir eşiği aştığında istekleri bırakın. Bu, isteklerin birikmesini ve gecikme artışlarına neden olmasını önler.
• Gecikmeye Dayalı Azaltma: Belirli bir gecikme eşiğini aşması muhtemel istekleri bırakın. Bu, hızlı bir şekilde hizmet verilebilecek isteklere öncelik verir ve uzun kuyruk gecikmesinin genel kullanıcı deneyimini etkilemesini önler.
• CPU Kullanımına Dayalı Azaltma: CPU kullanımı belirli bir eşiği aştığında istekleri bırakın. Bu, sunucuların bunalmasını önler ve mevcut istekleri işlemek için yeterli kaynaklara sahip olmalarını sağlar.

Dikkat Edilmesi Gerekenler:

• Karmaşıklık: Uyarlanabilir yük azaltmanın uygulanması, statik hız sınırlaması veya devre kesiciden daha karmaşıktır. Etkili bir şekilde çalıştığından emin olmak için dikkatli bir ayarlama ve izleme gerektirir.
• Ek Yük (Overhead): Uyarlanabilir yük azaltma ile ilişkili izleme ve karar verme süreçleri bir miktar ek yük getirebilir. Performansı etkilememek için bu ek yükü en aza indirmek önemlidir.
• Kararlılık: Salınımları önlemek ve sistemin değişen yük koşulları altında kararlı kalmasını sağlamak için mekanizmalar uygulayın.

4. Önceliklendirilmiş Yük Azaltma (Prioritized Load Shedding)

Tanım: Önceliklendirilmiş yük azaltma, istekleri önemlerine göre kategorize etmeyi ve aşırı yük koşullarında daha düşük öncelikli istekleri bırakmayı içerir.

Nasıl çalışır: Hizmet ağı, istekleri kullanıcı türü (örneğin, ödeme yapan müşteri vs. ücretsiz kullanıcı), istek türü (örneğin, kritik API vs. daha az önemli özellik) veya hizmet seviyesi anlaşması (SLA) gibi faktörlere göre sınıflandırır. Aşırı yük sırasında, daha yüksek öncelikli isteklerin sunulmasını sağlamak için daha düşük öncelikli istekler bırakılır veya geciktirilir.

Örnek:

Bir video akış hizmeti düşünün. Ödeme yapan abonelere, ücretsiz kullanıcılardan daha yüksek bir öncelik verilebilir. Yoğun yük sırasında, hizmet ödeme yapan abonelere içerik akışını önceliklendirirken, ücretsiz kullanıcılar için içeriğin kalitesini veya kullanılabilirliğini geçici olarak azaltabilir.

Önceliklendirilmiş Yük Azaltma Uygulaması:

• İstek Sınıflandırması: İstekleri önemlerine göre sınıflandırmak için net kriterler tanımlayın.
• Öncelik Kuyrukları: İstekleri öncelik seviyelerine göre yönetmek için öncelik kuyrukları kullanın.
• Ağırlıklı Rastgele Bırakma: İstekleri rastgele bırakın, ancak daha düşük öncelikli istekleri bırakma olasılığı daha yüksek olsun.

Dikkat Edilmesi Gerekenler:

• Adalet: Önceliklendirilmiş yük azaltmanın adil bir şekilde uygulandığından ve belirli kullanıcılara veya istek türlerine karşı haksız bir ayrımcılık yapmadığından emin olun.
• Şeffaflık: İstekleri öncelik dışı bırakıldığında kullanıcılarla iletişim kurun ve nedenlerini açıklayın.
• İzleme: Önceliklendirilmiş yük azaltmanın farklı kullanıcı segmentleri üzerindeki etkisini izleyin ve yapılandırmayı gerektiği gibi ayarlayın.

Popüler Hizmet Ağları ile Yük Azaltma Uygulaması

Birkaç popüler hizmet ağı, yük azaltma için yerleşik destek sağlar.

1. Envoy

Envoy, hizmet ağlarında bir sepet (sidecar) proxy olarak yaygın şekilde kullanılan yüksek performanslı bir proxy'dir. Hız sınırlama, devre kesme ve uyarlanabilir yük azaltma desteği de dahil olmak üzere yük dengeleme, trafik yönetimi ve gözlemlenebilirlik için zengin özellikler sunar.

Örnek Yapılandırma (Envoy'da Hız Sınırlama):

```yaml name: envoy.filters.http.local_ratelimit typed_config: "@type": type.googleapis.com/envoy.extensions.filters.http.local_ratelimit.v3.LocalRateLimit stat_prefix: http_local_rate_limit token_bucket: max_tokens: 100 tokens_per_fill: 10 fill_interval: 1s ```

Bu yapılandırma, her istemciyi saniyede 100 istekle sınırlar ve saniyede 10 jetonluk bir yeniden dolum oranı uygular.

2. Istio

Istio, mikroservis uygulamalarını yönetmek ve güvence altına almak için kapsamlı bir özellik seti sunan bir hizmet ağıdır. Veri düzlemi (data plane) olarak Envoy'u kullanır ve yük azaltma dahil olmak üzere trafik yönetimi politikalarını yapılandırmak için üst düzey bir API sağlar.

Örnek Yapılandırma (Istio'da Devre Kesme):

```yaml apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3 kind: DestinationRule metadata: name: productpage spec: host: productpage trafficPolicy: outlierDetection: consecutive5xxErrors: 5 interval: 1s baseEjectionTime: 30s maxEjectionPercent: 100 ```

Bu yapılandırma, Istio'yu 1 saniyelik bir aralık içinde art arda 5 adet 5xx hatası yaşarsa bir arka uç hizmetini devreden çıkarmak üzere yapılandırır. Hizmet 30 saniye boyunca devreden çıkarılacak ve örneklerin (instance) %100'üne kadarı devreden çıkarılabilir.

Yük Azaltma Uygulaması için En İyi Pratikler

İşte küresel bir uygulamada yük azaltma uygulaması için bazı en iyi pratikler:

• Basit Başlayın: Uyarlanabilir yük azaltma gibi daha gelişmiş teknikleri uygulamadan önce temel hız sınırlaması ve devre kesme ile başlayın.
• Her Şeyi İzleyin: Sorunları belirlemek ve yapılandırmanızı optimize etmek için trafik desenlerini, sistem performansını ve yük azaltma kararlarını sürekli olarak izleyin.
• Kapsamlı Test Edin: Yük azaltma stratejilerinizi doğrulamak ve çeşitli arıza senaryoları altında etkili olduklarından emin olmak için kapsamlı yük testleri ve kaos mühendisliği deneyleri yapın.
• Her Şeyi Otomatikleştirin: Tutarlılığı sağlamak ve insan hatası riskini azaltmak için yük azaltma politikalarınızın dağıtımını ve yapılandırılmasını otomatikleştirin.
• Küresel Dağıtımı Göz Önünde Bulundurun: Yük azaltma stratejilerinizi tasarlarken kullanıcılarınızın ve hizmetlerinizin coğrafi dağılımını hesaba katın. Gerektiğinde bölgeye özgü hız sınırları ve devre kesiciler uygulayın.
• Kritik Hizmetlere Öncelik Verin: En kritik hizmetlerinizi belirleyin ve aşırı yük koşullarında onlara öncelik verin.
• Şeffaf İletişim Kurun: İstekleri düşürüldüğünde veya geciktirildiğinde kullanıcılarla iletişim kurun ve nedenlerini açıklayın.
• Gözlemlenebilirlik Araçlarını Kullanın: Sistem davranışına daha iyi bir bakış açısı kazanmak için yük azaltmayı gözlemlenebilirlik araçlarınızla entegre edin. Prometheus, Grafana, Jaeger ve Zipkin gibi araçlar, yük azaltmanın uygulamanızı nasıl etkilediğini anlamanıza yardımcı olacak değerli metrikler ve izler (trace) sağlayabilir.

Sonuç

Frontend hizmet ağı yük azaltma, esnek ve ölçeklenebilir bir küresel uygulamanın kritik bir bileşenidir. Etkili yük azaltma stratejileri uygulayarak, arka uç hizmetlerinizi aşırı yükten koruyabilir, kullanıcı deneyimini iyileştirebilir ve uygulamanızın aşırı koşullar altında bile kullanılabilirliğini sağlayabilirsiniz. Farklı stratejileri anlayarak, küresel uygulamaların benzersiz zorluklarını göz önünde bulundurarak ve bu kılavuzda belirtilen en iyi pratikleri takip ederek, küresel bir kitlenin taleplerine dayanabilecek sağlam ve güvenilir bir sistem oluşturabilirsiniz. Yük azaltma stratejilerinizin etkili ve yönetimi kolay olmasını sağlamak için basit başlamayı, her şeyi izlemeyi, kapsamlı test etmeyi ve her şeyi otomatikleştirmeyi unutmayın.

Bulut tabanlı (cloud-native) ortam geliştikçe, yeni yük azaltma teknikleri ve araçları ortaya çıkacaktır. En son gelişmeler hakkında bilgi sahibi olun ve küresel uygulamalarınızın esnekliğini korumak için stratejilerinizi buna göre uyarlayın.