Что такое распределенная система — обзор распределенных систем и микросервисных архитектур

Микросервисы: революционный подход к разработке и масштабированию приложений

Это архитектурный стиль, при котором приложение делится на небольшие независимые модули, каждый из которых отвечает за конкретную бизнес-функцию. Эти модули, или «сервисы», работают автономно, что позволяет разрабатывать, тестировать, развёртывать и масштабировать их независимо друг от друга.

Основные характеристики микросервисов включают:

1. Декомпозицию сложных систем — микросервисная архитектура разделяет сложное приложение на небольшие компоненты с чёткими задачами, облегчая управление и поддержку.
2. Автономность — каждый микросервис функционирует как отдельное мини-приложение, что позволяет использовать разные языки программирования, технологии и фреймворки для разработки отдельных компонентов.
3. Гибкость масштабирования — поскольку микросервисы независимы, их можно масштабировать отдельно в зависимости от нагрузки на конкретный модуль.

Микросервисы — ключевой элемент современных приложений.

Распределённые системы: принципы, характеристики и применение

Это архитектура, основанная на объединении множества независимых вычислительных узлов для совместной работы над выполнением одной задачи. Узел может быть физическим устройством, программным процессом или сложной вложенной системой.

Основные характеристики распределённых систем:

1. Общий доступ к ресурсам. Узлы могут совместно использовать оборудование, программное обеспечение и данные, оптимизируя использование ресурсов и повышая эффективность работы.
2. Параллельная обработка задач. Системы способны выполнять задачи одновременно на нескольких узлах, ускоряя обработку данных и справляясь с большими объёмами вычислений.
3. Масштабируемость. Производительность системы увеличивается при добавлении новых узлов, что позволяет адаптироваться к изменяющимся требованиям бизнеса или приложения.
4. Обнаружение ошибок. Архитектура упрощает обнаружение и устранение сбоев компонентов, делая систему более надёжной по сравнению с централизованными решениями.
5. Прозрачность взаимодействия. Узлы могут свободно обмениваться данными, создавая иллюзию единой системы для пользователя или разработчика.

Распределённые системы хранения данных применяются в различных областях, включая облачные вычисления, хранение данных, управление сетями и создание высоконагруженных приложений. Их использование помогает решать задачи, требующие высокой производительности, отказоустойчивости и гибкости масштабирования.

Распределённая трассировка: отслеживание запросов в масштабе

Это метод анализа и мониторинга выполнения запросов в распределённых системах. Этот подход позволяет отслеживать путь запроса через множество узлов системы, чтобы получить целостное представление о его обработке.

В условиях распределённых систем обработки информации, где каждый узел работает независимо и генерирует собственные логи и метрики, задача мониторинга становится сложной. Для этого нужно собрать данные с различных узлов и объединить их в единую структуру, отражающую полную картину работы системы.

Читайте по теме:

Контейнеризация — обзор технологии

Фотоны против хакеров: как квантовые технологии оберегают данные корпораций

В распределённых системах запросы проходят не через все узлы, а через определённый набор или цепочку узлов. Распределённая трассировка фиксирует эти маршруты, что позволяет выявить часто используемые пути обработки запросов. Это помогает командам разработчиков и администраторов анализировать производительность системы, диагностировать проблемы и контролировать её состояние.

Основные типы архитектурных подходов

Распределённые системы могут быть организованы по-разному, и существует несколько популярных архитектурных подходов. Рассмотрим основные из них:

1. Клиент-серверная архитектура. В архитектуре типа «клиент-сервер» функции системы разделены между клиентами и серверами. Клиенты отображают пользовательский интерфейс и отправляют запросы к серверам через сеть.
2. Многоуровневая архитектура. Многоуровневая архитектура считается развитием клиент-серверного подхода. Здесь сервер разделён на несколько специализированных узлов, каждый из которых выполняет определённые задачи, например, обрабатывает данные или управляет хранилищем.
3. Одноранговая (peer-to-peer) архитектура. В одноранговой архитектуре все узлы системы равноправны и обладают одинаковыми функциями.
4. Сервис-ориентированная архитектура (SOA). Каждый микросервисный узел выполняет определённую задачу, к примеру, обрабатывает платежи. Узлы микросервисов взаимодействуют с независимыми базами данных и другими сервисами через API.

Микросервисы и распределённые системы: основные различия

Они часто упоминаются вместе, однако представляют собой разные концепции. Рассмотрим различия между ними:

Область применения:

• Микросервисы. Это архитектурный подход к созданию приложений, в основе которого лежит разделение системы на небольшие независимые сервисы. Каждый сервис выполняет конкретную бизнес-функцию и взаимодействует с другими через чётко определённые интерфейсы. 
• Распределённые системы. Это общее понятие, описывающее любые вычислительные системы, где компоненты распределены между несколькими узлами или компьютерами, взаимодействующими через сеть.

Уровень детализации:

• Микросервисы. Сервисы имеют высокую степень детализации (мелкозернистость) и предназначены для выполнения узкоспециализированных задач.
• Распределённые системы. У разных видов распределенных систем обработки уровень детализации компонентов может быть как мелкозернистым, так и крупнозернистым.

Взаимодействие между компонентами:

• Микросервисы. Коммуникация между сервисами обычно осуществляется с помощью лёгких протоколов, таких как HTTP/REST или через очереди сообщений.
• Распределённые системы. Взаимодействие между узлами происходит через передачу сообщений по сети. Протоколы и механизмы связи могут быть более сложными и разнообразными в зависимости от требований системы.

Независимость компонентов:

• Микросервисы. Каждый сервис проектируется с минимальной связанностью с другими, что позволяет разрабатывать, тестировать, развертывать и масштабировать их независимо.
• Распределённые системы. Степень связи между компонентами может варьироваться.

Масштабируемость:

• Микросервисы. Архитектура поддерживает точечное масштабирование отдельных сервисов.
• Распределённые системы. Подход к масштабированию зависит от архитектуры системы. Некоторые компоненты могут быть легко масштабируемыми, тогда как другие требуют более сложных решений.

Отказоустойчивость:

• Микросервисы. Благодаря изоляции сервисов сбой одного компонента не влияет на работу всей системы. Механизмы отказоустойчивости, такие как автоматическое переключение на резервный сервис или повторный запуск контейнера, часто встроены в архитектуру.
• Распределённые системы. Уровень отказоустойчивости зависит от конкретной реализации. В некоторых случаях сбой одного узла может затронуть другие компоненты, особенно если они тесно связаны.

Сложность разработки:

• Микросервисы. Управление множеством небольших сервисов может быть сложным из-за необходимости настройки взаимодействия между ними.
• Распределённые системы. Уровень сложности разработки варьируется в зависимости от структуры системы. В некоторых случаях она может быть проще, если компоненты крупнозернистые и менее зависимы друг от друга.

Где могут применяться

Микросервисы и распределённые системы находят своё применение в различных областях, но их использование зависит от задач, которые нужно решить.

Еще по теме:

Токеномика: что это и почему это важно для проектов

Гайд для юных программистов: с чего начать знакомство со сферой?

Примеры использования микросервисов:

1. Платформы электронной коммерции (для управления каталогом товаров, обработки пользовательских данных).
2. Распределённые системы управления базами данных (БД) и контентом (CMS) (для создания контента, хранения данных).
3. Финансовые приложения (при проверке транзакций, управлении счетами или расчёте процентных ставок).

Достоинства метода

Микросервисный подход обладает:

1. Разнообразием технологий. Каждый микросервис может быть реализован с использованием наиболее подходящего технологического стека. Это позволяет оптимизировать производительность отдельных частей системы.
2. Высокой надежностью. Сбой одного микросервиса не не останавливает всю систему сразу.
3. Гибким масштабированием. Вместо масштабирования всей системы, можно увеличить ресурсы только для нужного микросервиса.
4. Удобством развертывания. Изменения можно вносить и разворачивать локально для одного микросервиса, не затрагивая остальные. Это ускоряет внедрение новых функций и упрощает откат при ошибках.
5. Оптимизацией рабочих процессов. Разделение системы на микросервисы позволяет распределять ответственность между командами.
6. Повторным использованием. Функциональность микросервисов можно применять повторно в разных частях системы или даже в других проектах, что увеличивает их ценность.

Недостатки

1. Сложности разработки. С ростом числа сервисов становится труднее запускать их локально для отладки. Разработчикам сложно разобраться в межсервисных взаимодействиях, особенно если используется модель коллективного владения, где каждый может работать над любой частью системы.
2. Технологическая сложность. Микросервисы позволяют использовать разные языки программирования, системы распределенных баз данных и окружения. Однако это увеличивает сложность управления. Избегайте избыточной технологической нагрузки, особенно на ранних этапах, чтобы не усложнить систему без необходимости.
3. Высокие затраты. Микросервисы требуют значительных инвестиций в инфраструктуру и поддержку. Они окупаются только при активном росте бизнеса или создании новых продуктов. Для компаний с ограниченными бюджетами это может стать препятствием.
4. Проблемы с отчетностью. Разделение данных между сервисами усложняет сбор и анализ информации.
5. Сложнее проводить мониторинг и отладку. В микросервисах сложнее отслеживать состояние системы. Отказы отдельных компонентов могут быть менее очевидны, чем в монолите. Также увеличивается сложность анализа производительности из-за множества работающих процессов.
6. Уязвимости безопасности. Данные системы распределены и передаются по сети между сервисами, что повышает риски утечек и атак. Необходимы дополнительные меры для шифрования и защиты передаваемой информации.
7. Тестирование требует много ресурсов. Нужно запускать тесты в нескольких процессах, настраивать окружение и учитывать ложные срабатывания из-за сбоев сети или сервисов.
8. Увеличение задержек. Передача данных между сервисами по сети требует сериализации, десериализации и дополнительного времени на обработку, что может увеличить задержки в системе.
9. Проблемы согласованности данных. Использование систем анализа распределенных данных часто оказывается неэффективным и требует дополнительных решений.

В каких приложениях может быть использована

Микросервисы эффективны для масштабных систем, но для небольших проектов их использование может быть избыточным. Они лучше всего подходят для:

• Облачных приложений. Микросервисы идеально вписываются в облачную среду, где важно разрабатывать системы из независимых компонентов.
• Супераппов и многомодульных программ. Чем больше функциональных модулей, тем актуальнее микросервисы, особенно если модули требуют разных технологий.
• Программ с большим кодовым базисом. Обновление монолитного приложения с объемным кодом становится трудоемким, тогда как микросервисы позволяют менять отдельные части без затрагивания всей системы.
• Приложений с неравномерной нагрузкой. Системы, где нагрузка варьируется (например, онлайн-магазины с сезонными всплесками), выигрывают от возможности масштабировать отдельные сервисы.
• Программ с частыми обновлениями. Если приложение требует быстрого внедрения изменений или непрерывной доставки, микросервисы обеспечивают гибкость и скорость.
• Больших команд разработчиков. В крупных командах микросервисы упрощают работу: каждый разработчик может сосредоточиться на своей части системы, не погружаясь в детали других модулей.

Фото на обложке: Peter Dazeley / Getty Images