Tự động mở rộng quy mô: Phân bổ tài nguyên động cho các ứng dụng toàn cầu

Trong bối cảnh kỹ thuật số đang phát triển nhanh chóng hiện nay, các ứng dụng phải có khả năng xử lý khối lượng công việc dao động một cách hiệu quả và tiết kiệm chi phí. Tự động mở rộng quy mô, hay phân bổ tài nguyên động, đã nổi lên như một thành phần quan trọng của cơ sở hạ tầng đám mây hiện đại. Bài đăng trên blog này cung cấp hướng dẫn toàn diện để hiểu về tự động mở rộng quy mô, lợi ích, chiến lược triển khai và các cân nhắc cho các ứng dụng phân phối trên toàn cầu, đảm bảo hiệu suất và sử dụng tài nguyên tối ưu bất kể nhu cầu.

Tự động mở rộng quy mô là gì?

Tự động mở rộng quy mô là khả năng của môi trường điện toán đám mây để tự động điều chỉnh lượng tài nguyên điện toán (ví dụ: máy ảo, vùng chứa, cơ sở dữ liệu) được phân bổ cho một ứng dụng dựa trên nhu cầu theo thời gian thực. Nó cho phép các ứng dụng mở rộng quy mô (tăng tài nguyên) khi nhu cầu tăng và thu nhỏ quy mô (giảm tài nguyên) khi nhu cầu giảm, tất cả đều không cần sự can thiệp thủ công. Việc điều chỉnh động này đảm bảo rằng các ứng dụng có các tài nguyên cần thiết để hoạt động tối ưu đồng thời giảm thiểu chi phí bằng cách tránh cung cấp quá mức.

Các khái niệm chính:

• Khả năng mở rộng: Khả năng của một hệ thống để xử lý một lượng công việc ngày càng tăng hoặc khả năng mở rộng của nó để đáp ứng sự tăng trưởng đó.
• Tính đàn hồi: Khả năng của một hệ thống tự động và năng động thích ứng với các nhu cầu khối lượng công việc thay đổi. Tính đàn hồi đi đôi với khả năng mở rộng nhưng nhấn mạnh bản chất tự động và năng động của quá trình mở rộng quy mô.
• Phân bổ tài nguyên: Quá trình phân công và quản lý các tài nguyên điện toán, chẳng hạn như CPU, bộ nhớ, bộ nhớ và băng thông mạng, cho các ứng dụng hoặc dịch vụ khác nhau.

Tại sao tự động mở rộng quy mô lại quan trọng?

Tự động mở rộng quy mô mang lại một số lợi ích đáng kể cho các doanh nghiệp hoạt động trên thị trường toàn cầu:

1. Nâng cao hiệu suất và tính khả dụng

Bằng cách tự động mở rộng quy mô tài nguyên trong thời gian lưu lượng truy cập cao điểm, tự động mở rộng quy mô đảm bảo rằng các ứng dụng vẫn phản hồi nhanh chóng và khả dụng cho người dùng. Điều này ngăn chặn sự suy giảm hiệu suất, giảm nguy cơ ngừng hoạt động và cải thiện trải nghiệm người dùng tổng thể. Ví dụ: một trang web thương mại điện tử gặp phải sự gia tăng lưu lượng truy cập trong thời gian bán hàng Black Friday có thể tự động cung cấp thêm máy chủ để xử lý khối lượng tăng lên, duy trì trải nghiệm mua sắm mượt mà và phản hồi nhanh chóng cho khách hàng trên toàn thế giới.

2. Tối ưu hóa chi phí

Tự động mở rộng quy mô giúp tối ưu hóa chi phí đám mây bằng cách đảm bảo rằng bạn chỉ trả tiền cho các tài nguyên bạn thực sự sử dụng. Trong thời gian nhu cầu thấp, các tài nguyên sẽ tự động thu nhỏ, giảm chi phí cơ sở hạ tầng. Điều này đặc biệt có lợi cho các ứng dụng có mô hình lưu lượng truy cập thay đổi, chẳng hạn như các nền tảng truyền thông xã hội hoặc dịch vụ chơi game trực tuyến, vốn trải qua những biến động đáng kể về hoạt động của người dùng trong suốt cả ngày và trên các múi giờ khác nhau. Ví dụ: một trang web tin tức có thể gặp lưu lượng truy cập cao điểm vào buổi sáng ở Châu Âu và Bắc Mỹ, yêu cầu nhiều tài nguyên hơn trong những thời điểm đó nhưng ít tài nguyên hơn vào ban đêm.

3. Cải thiện việc sử dụng tài nguyên

Tự động mở rộng quy mô tối đa hóa việc sử dụng tài nguyên bằng cách phân bổ động các tài nguyên ở nơi cần thiết nhất. Điều này ngăn các tài nguyên không hoạt động trong thời gian nhu cầu thấp, cải thiện hiệu quả tổng thể và giảm lãng phí. Hãy xem xét một hệ thống CRM toàn cầu. Tự động mở rộng quy mô đảm bảo các tài nguyên được phân phối đến các khu vực có hoạt động cao, đảm bảo dịch vụ vẫn nhanh chóng ngay cả khi việc sử dụng chuyển từ khu vực Châu Mỹ sang khu vực Châu Âu hoặc Châu Á khi ngày làm việc của họ bắt đầu.

4. Giảm chi phí vận hành

Tự động mở rộng quy mô tự động hóa quá trình quản lý tài nguyên cơ sở hạ tầng, giải phóng các nhóm CNTT để tập trung vào các sáng kiến chiến lược hơn. Điều này làm giảm sự cần thiết phải can thiệp thủ công, đơn giản hóa các hoạt động và cải thiện sự nhanh nhẹn tổng thể. Ví dụ: một nhóm DevOps quản lý một kiến trúc microservices được triển khai trên toàn cầu có thể tận dụng tính năng tự động mở rộng quy mô để tự động mở rộng quy mô các microservices riêng lẻ dựa trên các số liệu hiệu suất cụ thể của chúng, chẳng hạn như mức sử dụng CPU hoặc độ trễ yêu cầu. Điều này cho phép nhóm tập trung vào việc cải thiện chức năng và độ tin cậy của ứng dụng thay vì dành thời gian để quản lý thủ công các tài nguyên cơ sở hạ tầng.

5. Nâng cao khả năng phục hồi

Bằng cách tự động thay thế các phiên bản bị lỗi, tự động mở rộng quy mô sẽ cải thiện khả năng phục hồi của các ứng dụng và giảm nguy cơ gián đoạn dịch vụ. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng quan trọng, đòi hỏi tính khả dụng cao, chẳng hạn như các nền tảng giao dịch tài chính hoặc hệ thống chăm sóc sức khỏe. Ví dụ: một nền tảng giao dịch tài chính có thể sử dụng tự động mở rộng quy mô để tự động khởi chạy các phiên bản mới trong một vùng khả dụng khác nếu một phiên bản hiện có bị lỗi, đảm bảo rằng các hoạt động giao dịch tiếp tục không bị gián đoạn.

Cách tự động mở rộng quy mô hoạt động

Tự động mở rộng quy mô thường liên quan đến các thành phần chính sau:

1. Thu thập số liệu

Bước đầu tiên trong việc tự động mở rộng quy mô là thu thập các số liệu hiệu suất từ ứng dụng và cơ sở hạ tầng cơ bản của nó. Các số liệu này có thể bao gồm mức sử dụng CPU, mức sử dụng bộ nhớ, lưu lượng mạng, độ trễ yêu cầu và các số liệu cụ thể của ứng dụng tùy chỉnh. Việc lựa chọn các số liệu sẽ phụ thuộc vào các yêu cầu cụ thể của ứng dụng và mục tiêu của việc tự động mở rộng quy mô. Các công cụ giám sát phổ biến bao gồm Prometheus, Grafana, Datadog và CloudWatch (AWS). Ví dụ: một nền tảng SaaS toàn cầu có thể theo dõi thời gian phản hồi trung bình cho các yêu cầu API ở các khu vực khác nhau để đảm bảo hiệu suất nhất quán cho tất cả người dùng.

2. Chính sách mở rộng quy mô

Chính sách mở rộng quy mô xác định các quy tắc chi phối thời điểm và cách thức tài nguyên được mở rộng quy mô hoặc thu nhỏ. Các chính sách này dựa trên các số liệu được thu thập và có thể được cấu hình để kích hoạt các hành động mở rộng quy mô khi đạt đến các ngưỡng nhất định. Chính sách mở rộng quy mô có thể đơn giản (ví dụ: mở rộng quy mô khi mức sử dụng CPU vượt quá 70%) hoặc phức tạp hơn (ví dụ: mở rộng quy mô dựa trên sự kết hợp giữa mức sử dụng CPU, độ trễ yêu cầu và độ dài hàng đợi). Nhìn chung có hai loại chính sách mở rộng quy mô:

• Mở rộng quy mô dựa trên ngưỡng: Mở rộng quy mô tài nguyên dựa trên các ngưỡng được xác định trước cho các số liệu cụ thể. Ví dụ: mở rộng quy mô khi mức sử dụng CPU vượt quá 80% hoặc thu nhỏ quy mô khi mức sử dụng CPU giảm xuống dưới 30%.
• Mở rộng quy mô dựa trên lịch trình: Mở rộng quy mô tài nguyên dựa trên một lịch trình được xác định trước. Ví dụ: mở rộng quy mô tài nguyên trong giờ cao điểm và thu nhỏ quy mô tài nguyên trong giờ thấp điểm. Điều này hữu ích cho các ứng dụng có mô hình lưu lượng truy cập có thể dự đoán được.

3. Hành động mở rộng quy mô

Hành động mở rộng quy mô là các hành động được thực hiện khi các chính sách mở rộng quy mô được kích hoạt. Các hành động này có thể bao gồm khởi chạy các phiên bản mới, chấm dứt các phiên bản hiện có, điều chỉnh kích thước của các phiên bản hiện có hoặc sửa đổi cấu hình của ứng dụng. Các hành động mở rộng quy mô cụ thể sẽ phụ thuộc vào loại tài nguyên đang được mở rộng quy mô và cơ sở hạ tầng cơ bản. Các nhà cung cấp dịch vụ đám mây như AWS, Azure và GCP cung cấp API và công cụ để tự động hóa các hành động mở rộng quy mô này. Ví dụ: một nền tảng giáo dục trực tuyến có thể sử dụng các hành động mở rộng quy mô để tự động khởi chạy các máy ảo mới khi số lượng người dùng đồng thời vượt quá một ngưỡng nhất định, đảm bảo rằng sinh viên có thể truy cập tài liệu khóa học mà không gặp phải các vấn đề về hiệu suất.

4. Nhóm mở rộng quy mô

Một nhóm mở rộng quy mô là một tập hợp các tài nguyên được quản lý như một đơn vị duy nhất. Điều này cho phép bạn dễ dàng mở rộng hoặc thu nhỏ quy mô toàn bộ nhóm tài nguyên dựa trên nhu cầu. Nhóm mở rộng quy mô thường bao gồm các máy ảo, vùng chứa hoặc các tài nguyên điện toán khác. Chúng thường cũng bao gồm trình cân bằng tải để phân phối lưu lượng truy cập trên các phiên bản trong nhóm. Sử dụng ví dụ về nền tảng giáo dục trực tuyến, các phiên bản của máy chủ web và máy chủ cơ sở dữ liệu có thể được đưa vào các nhóm mở rộng quy mô để mở rộng quy mô các phần đó của hệ thống một cách linh hoạt.

Chiến lược tự động mở rộng quy mô

Có một số chiến lược tự động mở rộng quy mô khác nhau có thể được sử dụng, tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể của ứng dụng:

1. Mở rộng quy mô theo chiều ngang

Mở rộng quy mô theo chiều ngang liên quan đến việc thêm hoặc xóa các phiên bản của một ứng dụng hoặc dịch vụ. Đây là loại tự động mở rộng quy mô phổ biến nhất và phù hợp với các ứng dụng có thể dễ dàng phân phối trên nhiều phiên bản. Mở rộng quy mô theo chiều ngang thường được triển khai bằng cách sử dụng trình cân bằng tải để phân phối lưu lượng truy cập trên các phiên bản có sẵn. Ví dụ: một nền tảng truyền thông xã hội có thể sử dụng mở rộng quy mô theo chiều ngang để thêm nhiều máy chủ web hơn để xử lý lưu lượng truy cập tăng trong một sự kiện lớn, chẳng hạn như một sự kiện thể thao toàn cầu. Một kiến trúc microservice được chứa trong vùng chứa đặc biệt phù hợp với việc mở rộng quy mô theo chiều ngang.

2. Mở rộng quy mô theo chiều dọc

Mở rộng quy mô theo chiều dọc liên quan đến việc tăng hoặc giảm các tài nguyên được phân bổ cho một phiên bản duy nhất của một ứng dụng hoặc dịch vụ. Điều này có thể bao gồm việc tăng CPU, bộ nhớ hoặc dung lượng lưu trữ của phiên bản. Mở rộng quy mô theo chiều dọc thường được sử dụng cho các ứng dụng bị giới hạn bởi các tài nguyên của một phiên bản duy nhất. Tuy nhiên, mở rộng quy mô theo chiều dọc có những hạn chế, vì có một lượng tài nguyên tối đa có thể được phân bổ cho một phiên bản duy nhất. Một ứng dụng chỉnh sửa video chạy trên một máy ảo có thể sử dụng mở rộng quy mô theo chiều dọc để tăng lượng RAM có sẵn cho ứng dụng khi làm việc với các tệp video lớn.

3. Mở rộng quy mô dự đoán

Mở rộng quy mô dự đoán sử dụng dữ liệu lịch sử và các thuật toán học máy để dự đoán nhu cầu trong tương lai và tự động mở rộng quy mô tài nguyên trước. Điều này có thể giúp ngăn ngừa sự suy giảm hiệu suất trong thời gian lưu lượng truy cập cao điểm và cải thiện việc sử dụng tài nguyên tổng thể. Mở rộng quy mô dự đoán đặc biệt hữu ích cho các ứng dụng có mô hình lưu lượng truy cập có thể dự đoán được, chẳng hạn như các trang web thương mại điện tử trải qua các đợt cao điểm theo mùa về nhu cầu. Ví dụ: một nhà bán lẻ trực tuyến có thể sử dụng mở rộng quy mô dự đoán để tự động cung cấp thêm máy chủ để dự đoán mùa mua sắm lễ.

4. Mở rộng quy mô phản ứng

Mở rộng quy mô phản ứng liên quan đến việc mở rộng quy mô tài nguyên để đáp ứng với những thay đổi theo thời gian thực về nhu cầu. Đây là loại tự động mở rộng quy mô phổ biến nhất và phù hợp với các ứng dụng có mô hình lưu lượng truy cập không thể dự đoán được. Mở rộng quy mô phản ứng thường sử dụng các chính sách mở rộng quy mô dựa trên ngưỡng để kích hoạt các hành động mở rộng quy mô khi các số liệu hiệu suất nhất định vượt quá các ngưỡng được xác định trước. Một trang web tin tức có thể sử dụng mở rộng quy mô phản ứng để tự động mở rộng quy mô tài nguyên khi một sự kiện tin tức lớn gây ra sự tăng đột biến về lưu lượng truy cập.

Các cân nhắc cho các ứng dụng toàn cầu

Khi triển khai tự động mở rộng quy mô cho các ứng dụng phân phối trên toàn cầu, có một số cân nhắc bổ sung cần ghi nhớ:

1. Phân phối địa lý

Các ứng dụng toàn cầu nên được triển khai trên nhiều khu vực địa lý để đảm bảo tính khả dụng cao và độ trễ thấp cho người dùng trên toàn thế giới. Tự động mở rộng quy mô phải được cấu hình để mở rộng quy mô tài nguyên một cách độc lập trong mỗi khu vực dựa trên nhu cầu cục bộ. Điều này đòi hỏi sự lập kế hoạch và phối hợp cẩn thận để đảm bảo rằng các tài nguyên được phân phối chính xác trên toàn cầu. Ví dụ: một công ty trò chơi toàn cầu có thể triển khai máy chủ trò chơi ở nhiều khu vực và sử dụng tự động mở rộng quy mô để tự động mở rộng quy mô tài nguyên trong mỗi khu vực dựa trên số lượng người chơi trong khu vực đó.

2. Múi giờ

Mô hình lưu lượng truy cập có thể thay đổi đáng kể trên các múi giờ khác nhau. Chính sách tự động mở rộng quy mô phải được cấu hình để tính đến những khác biệt về múi giờ này và mở rộng quy mô tài nguyên cho phù hợp. Điều này có thể liên quan đến việc sử dụng mở rộng quy mô dựa trên lịch trình để tự động mở rộng quy mô tài nguyên trong giờ cao điểm ở mỗi khu vực và thu nhỏ quy mô tài nguyên trong giờ thấp điểm. Ví dụ: một nền tảng hỗ trợ khách hàng toàn cầu có thể cần nhiều tài nguyên hơn trong giờ làm việc thông thường ở mỗi khu vực, thu nhỏ quy mô trong giờ thấp điểm. Điều này đảm bảo khả năng đáp ứng đối với bộ phận hỗ trợ khách hàng trên toàn cầu.

3. Sao chép dữ liệu

Sao chép dữ liệu là điều cần thiết để đảm bảo tính nhất quán và tính khả dụng của dữ liệu trong một ứng dụng phân phối trên toàn cầu. Tự động mở rộng quy mô phải được tích hợp với các cơ chế sao chép dữ liệu để đảm bảo rằng dữ liệu được tự động sao chép cho các phiên bản mới khi chúng được khởi chạy. Điều này đòi hỏi sự lập kế hoạch và phối hợp cẩn thận để đảm bảo rằng dữ liệu được sao chép một cách hiệu quả và nhất quán. Một ngân hàng quốc tế sẽ sử dụng sao chép dữ liệu để đảm bảo các phiên bản mới nhanh chóng đồng bộ hóa dữ liệu tài chính của khách hàng trên các khu vực khác nhau.

4. Tối ưu hóa chi phí

Tự động mở rộng quy mô có thể giúp tối ưu hóa chi phí đám mây bằng cách đảm bảo rằng bạn chỉ trả tiền cho các tài nguyên bạn thực sự sử dụng. Tuy nhiên, điều quan trọng là phải theo dõi cẩn thận việc sử dụng tài nguyên và tối ưu hóa các chính sách mở rộng quy mô để tránh cung cấp quá mức. Điều này có thể liên quan đến việc sử dụng các loại phiên bản khác nhau ở các khu vực khác nhau để tận dụng sự khác biệt về giá theo khu vực. Một nền tảng thương mại điện tử toàn cầu cần theo dõi và tối ưu hóa liên tục việc sử dụng tài nguyên để duy trì chi phí hiệu quả. Tối ưu hóa chi phí thường liên quan đến việc sử dụng các phiên bản tại chỗ hoặc các phiên bản được bảo lưu khi thích hợp.

5. Giám sát và cảnh báo

Điều quan trọng là phải giám sát hiệu suất của cơ sở hạ tầng tự động mở rộng quy mô của bạn và thiết lập cảnh báo để thông báo cho bạn về bất kỳ sự cố nào. Điều này sẽ giúp bạn xác định và giải quyết các vấn đề một cách nhanh chóng và đảm bảo rằng ứng dụng của bạn vẫn khả dụng và phản hồi nhanh chóng. Giám sát phải bao gồm các số liệu như mức sử dụng CPU, mức sử dụng bộ nhớ, lưu lượng mạng và độ trễ yêu cầu. Cảnh báo phải được cấu hình để kích hoạt khi các ngưỡng nhất định bị vượt quá. Ví dụ: một cảnh báo có thể được kích hoạt nếu số lượng phiên bản trong một nhóm mở rộng quy mô giảm xuống dưới một ngưỡng nhất định, cho thấy một vấn đề tiềm ẩn. Hãy xem xét một nền tảng giao dịch chứng khoán toàn cầu; việc giám sát và cảnh báo đảm bảo nhận thức ngay lập tức về bất kỳ vấn đề hiệu suất nào có thể ảnh hưởng đến các giao dịch.

Công cụ và công nghệ

Một số công cụ và công nghệ có thể được sử dụng để triển khai tự động mở rộng quy mô trong môi trường đám mây:

• Amazon EC2 Auto Scaling: Một dịch vụ do Amazon Web Services (AWS) cung cấp, tự động điều chỉnh số lượng phiên bản EC2 trong nhóm Auto Scaling của bạn dựa trên nhu cầu.
• Azure Virtual Machine Scale Sets: Một dịch vụ do Microsoft Azure cung cấp cho phép bạn tạo và quản lý một nhóm các máy ảo cân bằng tải, giống hệt nhau.
• Google Cloud Autoscaling: Một tính năng của Google Compute Engine tự động điều chỉnh số lượng phiên bản VM trong một nhóm phiên bản được quản lý dựa trên nhu cầu.
• Kubernetes Horizontal Pod Autoscaler (HPA): Một bộ điều khiển Kubernetes tự động mở rộng số lượng pod trong một triển khai, bộ điều khiển nhân bản, bộ sao chép hoặc tập hợp trạng thái dựa trên mức sử dụng CPU được quan sát hoặc các số liệu đã chọn khác.
• Prometheus: Một bộ công cụ giám sát và cảnh báo mã nguồn mở có thể được sử dụng để thu thập các số liệu hiệu suất từ các ứng dụng và cơ sở hạ tầng.
• Grafana: Một công cụ trực quan hóa và giám sát dữ liệu mã nguồn mở có thể được sử dụng để tạo bảng điều khiển và cảnh báo dựa trên các số liệu Prometheus.

Các phương pháp hay nhất để tự động mở rộng quy mô

Để đảm bảo việc triển khai tự động mở rộng quy mô của bạn hiệu quả, hãy làm theo các phương pháp hay nhất sau:

• Xác định các chính sách mở rộng quy mô rõ ràng: Xác định các chính sách mở rộng quy mô rõ ràng và được xác định rõ ràng dựa trên các yêu cầu cụ thể của ứng dụng của bạn. Xem xét các yếu tố như mô hình lưu lượng truy cập, yêu cầu hiệu suất và các ràng buộc về chi phí.
• Sử dụng các số liệu thích hợp: Chọn các số liệu thích hợp để theo dõi hiệu suất của ứng dụng của bạn. Các số liệu này phải liên quan đến các quyết định mở rộng quy mô mà bạn đang thực hiện.
• Kiểm tra cấu hình tự động mở rộng quy mô của bạn: Kiểm tra kỹ lưỡng cấu hình tự động mở rộng quy mô của bạn để đảm bảo rằng nó hoạt động như mong đợi. Điều này bao gồm việc kiểm tra việc mở rộng quy mô, thu nhỏ quy mô và xử lý các tình huống lỗi.
• Giám sát cơ sở hạ tầng của bạn: Liên tục giám sát cơ sở hạ tầng tự động mở rộng quy mô của bạn để xác định và giải quyết mọi vấn đề một cách nhanh chóng.
• Tối ưu hóa ứng dụng của bạn: Tối ưu hóa ứng dụng của bạn để làm cho nó có khả năng mở rộng và linh hoạt hơn. Điều này bao gồm việc sử dụng bộ nhớ đệm, cân bằng tải và xử lý không đồng bộ.
• Tự động hóa mọi thứ: Tự động hóa càng nhiều quy trình tự động mở rộng quy mô càng tốt, bao gồm cấu hình chính sách mở rộng quy mô, hành động mở rộng quy mô và giám sát. Điều này sẽ làm giảm sự cần thiết phải can thiệp thủ công và cải thiện hiệu quả tổng thể.

Kết luận

Tự động mở rộng quy mô là một công cụ mạnh mẽ để quản lý tài nguyên một cách linh hoạt trong môi trường đám mây. Bằng cách tự động mở rộng quy mô tài nguyên dựa trên nhu cầu, tự động mở rộng quy mô có thể cải thiện hiệu suất, tối ưu hóa chi phí và giảm chi phí vận hành. Đối với các ứng dụng phân phối trên toàn cầu, điều quan trọng là phải xem xét các yếu tố như phân phối địa lý, múi giờ và sao chép dữ liệu khi triển khai tự động mở rộng quy mô. Bằng cách làm theo các phương pháp hay nhất được nêu trong bài đăng trên blog này, bạn có thể đảm bảo rằng việc triển khai tự động mở rộng quy mô của mình hiệu quả và giúp bạn mang lại trải nghiệm đáng tin cậy và hiệu quả cho người dùng trên toàn thế giới. Tự động mở rộng quy mô là một công nghệ nền tảng cho các doanh nghiệp đang tìm cách phát triển mạnh trong thế giới năng động của các ứng dụng kỹ thuật số hiện đại.