Масштабирование IT в бизнесе: вертикаль или горизонталь?

Прежде чем углубиться в то, что означает масштабирование по вертикали или горизонтали, давайте рассмотрим целостную концепцию масштабирования существующей машины.

Что такое масштабирование системы?

Масштабирование системы — это, по сути, процесс учета увеличения нагрузки и трафика на существующую инфраструктуру и обеспечения простого и несложного расширения ресурсов и производительности.
Крайне важно эффективно поддерживать растущий спрос, особенно при ограниченных аппаратных ресурсах. Это требует установки большего количества или более совершенных машин. Это также включает в себя обновление программного обеспечения предприятия, которое обеспечивает лучший пользовательский интерфейс и гибкость, а также меньшие затраты на обслуживание.

Два основных типа масштабирования

Существует два основных типа масштабирования: вертикальное и горизонтальное. В то время как вертикальное масштабирование относится к концепции «увеличения масштаба», горизонтальное масштабирование означает «уменьшение масштаба».

Выбор между этими типами будет полностью зависеть от конкретных вариантов использования и требований.

Давайте более подробно рассмотрим вертикальное масштабирование, его ключевые характеристики, преимущества и недостатки.

Определение и ключевые характеристики

Вертикальное масштабирование — это, по сути, процесс улучшения существующей IT-инфраструктуры для удовлетворения растущего спроса. Масштабирование не требует от компаний внесения изменений в свои приложения. Это связано с тем, что одно и то же приложение теперь выполняется на гораздо более мощной инфраструктуре.

Вместо этого вертикальное масштабирование предполагает увеличение объема памяти, хранилища и емкости сервера или замену устаревшего сервера на новый. Теперь давайте рассмотрим преимущества и ограничения вертикального масштабирования.

Преимущества вертикального масштабирования

Вот основные преимущества вертикального масштабирования:

• Простота настройки

При таком типе масштабирования один узел отвечает за управление всем процессом. Поскольку один узел управляет всеми уровнями служб, вертикальное масштабирование устраняет необходимость синхронизации и взаимодействия с другими серверами для обеспечения функционирования. Более того, отсутствие сложности упрощает обслуживание вертикально масштабируемой инфраструктуры.

• Прямое повышение производительности

Масштабирование связано с прямым повышением производительности, поскольку многоядерность приводит к масштабируемости. Поскольку все данные хранятся на одном компьютере, вертикальное масштабирование снижает вероятность несогласованности данных. Вы можете увеличить вычислительную мощность, установив процессоры и серверы последнего поколения.

• В некоторых случаях нет необходимости вносить изменения в код

Вертикальное масштабирование повышает общую производительность инфраструктуры без необходимости добавлять дополнительные процессоры или аппаратное обеспечение. Это также связано с минимальными изменениями в коде веб-сервиса. Другими словами, мы увеличиваем мощность процессора, чтобы один и тот же код выполнялся более эффективно.

Недостатки и ограничения

Конечно, все еще существуют некоторые ограничения на вертикальное масштабирование. К ним относятся:

• Аппаратные ограничения

Вы можете выполнить модернизацию процессора, чтобы увеличить вычислительную мощность инфраструктуры. Но вы можете увеличить вычислительную мощность только до предела операционной системы, и обновления могут быть неограниченными. Вы можете устанавливать только последние обновления, соблюдая пороговые значения оперативной памяти, хранилища и вычислительной мощности компьютера.

• Время простоя во время обновлений

При вертикальном масштабировании вы запускаете весь процесс на одном компьютере. Это затрудняет частое обновление системы, поскольку процесс обновления сопряжен со значительным временем простоя. Время простоя можно сократить, установив резервный сервер, который может временно обрабатывать операции и запросы.

• Более высокий риск возникновения единой точки отказа

Поскольку при вертикальном масштабировании все операции выполняются на одном сервере, вы рискуете столкнуться с единственной точкой отказа. Другими словами, существует риск значительной потери данных в случае сбоя оборудования или программного обеспечения.

Теперь давайте подробно обсудим горизонтальное масштабирование, его ключевые характеристики, преимущества и недостатки.

Определение и ключевые характеристики

По сути, это процесс умножения доступной инфраструктуры за счет увеличения количества машин, серверов или узлов в пуле ресурсов с целью равномерного распределения вычислительной нагрузки. Масштабирование включает в себя такие стратегии, как балансировка нагрузки, кластеризация и распространение файловых систем.

При таком типе масштабирования у вас будет возможность улучшить параллелизм ввода-вывода при одновременном снижении нагрузки на существующие узлы.

Преимущества горизонтального масштабирования

Этот тип масштабирования имеет множество преимуществ. К основным преимуществам относятся:

• Повышенная отказоустойчивость

Операции, выполняемые в горизонтальном и вертикальном масштабе, как правило, более устойчивы и надежны. Это связано с тем, что добавление большего количества вычислительных блоков в инфраструктуру означает, что система не полагается на один узел. Масштабирование обеспечивает повышенную отказоустойчивость, поскольку операции равномерно распределяются между несколькими узлами.

• Масштабируемость за пределами аппаратных ограничений

Помните: вертикальное масштабирование не допускает масштабируемости сверх возможностей операционной системы. При горизонтальном масштабировании вы можете преодолеть это ограничение, добавив в инфраструктуру больше вычислительных единиц. Другими словами, масштабирование становится проще по мере добавления большего количества оборудования к текущему пулу ресурсов. Вы можете модернизировать отдельные вычислительные блоки, одновременно выполняя максимальное вертикальное масштабирование.

• Распределение нагрузки

При таком типе масштабирования важно облегчить балансировку и распределение нагрузки, чтобы обеспечить эффективное управление трафиком для разных машин. Идея состоит в том, чтобы распределить равную нагрузку на каждый узел и добиться равного распределения нагрузки. Распределение нагрузки повышает возможность обновления системы, поскольку масштабирование не приводит к простоям, поскольку мы больше не ограничены возможностями одного устройства.

Недостатки и ограничения

Как и при вертикальном масштабировании, у этого типа масштабирования есть некоторые недостатки, включая:

• Сложность настройки и обслуживания

При горизонтальном масштабировании часто возникают сложности в обслуживании и настройке. Это связано с тем, что вы добавляете в инфраструктуру больше операционных блоков. Помимо обновления оборудования, вам может потребоваться добавить дополнительные программные ресурсы для балансировки нагрузки и виртуализации. В то же время вам необходимо обеспечить эффективную синхронизацию узлов для обеспечения бесперебойной связи.

• Потенциальные проблемы с согласованностью данных

Поскольку каждый узел горизонтально масштабируемой системы обслуживает разные запросы, обмен данными и коммуникация часто не синхронизированы. Это приводит к несогласованности данных, которую следует устранять немедленно, чтобы обеспечить эффективную обработку и эксплуатацию.

• Требования к балансировке нагрузки

В идеале добавленное оборудование должно обладать равной вычислительной мощностью. В противном случае масштабирование должно облегчить балансировку нагрузки для распределения трафика между всеми узлами. При балансировке нагрузки вы должны убедиться, что система не выйдет из строя, если один из узлов выйдет из строя.

Вот три основных фактора, которые помогут вам сделать выбор между горизонтальным и вертикальным масштабированием:

Финансовые последствия

Горизонтальное масштабирование обходится дороже, чем вертикальное, поскольку оно сопряжено с более высокими первоначальными затратами на оборудование и требует перестройки архитектуры программной системы. Компаниям с ограниченным бюджетом следует перейти на вертикальное масштабирование, поскольку все большее количество мощных многоядерных компьютеров теперь упаковывается в единую коробку. Другими словами, вы можете добиться производительности и масштабируемости, не разоряя банк.

Производительность и надежность

Производительность будет полностью зависеть от вашей программной инфраструктуры и конкретных требований. Если у вас простое для запуска приложение, горизонтальное масштабирование не будет идеальным выбором, поскольку запуск приложения на нескольких компьютерах может даже ухудшить его качество.

Простая модернизация оборудования (вертикальное масштабирование) могла бы помочь удовлетворить растущий спрос. Однако горизонтальное масштабирование более надежное, чем вертикальное, поскольку в нем задействовано несколько машин, которые могут совместно использовать вычислительную нагрузку.

Потенциал масштабируемости

Долгосрочная масштабируемость или возможность обновления является основным фактором, отличающим горизонтальное масштабирование от вертикального. Горизонтальное масштабирование обеспечивает непрерывный процесс обновления, который, в отличие от вертикального масштабирования, не требует вывода из строя всей системы.

Давайте обсудим некоторые примеры использования двух вариантов масштабирования, чтобы помочь вам определить, какая модель масштабирования подходит вашему бизнесу.

Успешные реализации вертикального масштабирования

Вертикальное масштабирование — хороший вариант для новых компаний, поскольку они все еще находятся на ранних стадиях наращивания трафика и пользовательской базы. Это также полезно для компаний, которые планируют меньшее количество обновлений.

Масштабирование целесообразно в том случае, если увеличение возможностей машины приводит к экономичному повышению производительности. Такие компании, как MySQL, Amazon RDS, SAP HANA VMware, Hyper-V, SAP ERP, Microsoft Dynamics и другие, используют вертикальное масштабирование.

Успешные реализации горизонтального масштабирования

Горизонтальное масштабирование — лучший выбор для компаний, которые хотят проводить быстрые и частые обновления, не вызывая значительных простоев. Масштабирование помогает сократить количество единичных точек отказа.
Самое главное, горизонтальное масштабирование рекомендуется компаниям, использующим архитектуру микросервисов, и тем, у кого достаточно ресурсов для приобретения и обслуживания дополнительного оборудования и программного обеспечения.

Такие компании, как Amazon, Airbnb, Spotify, Netflix, Twitter, Cassandra, MongoDB, Google, Cloud Spanner и многие другие, используют горизонтальное масштабирование.

Масштабирование бизнеса — ключевой фактор успеха для любой растущей компании. Своевременное наращивание производственных мощностей и ИТ-ресурсов позволяет удовлетворять возрастающий спрос, расширять клиентскую базу и сохранять конкурентоспособность. При этом выбор правильной стратегии масштабирования имеет решающее значение.

Вертикальный подход нацелен на модернизацию существующей инфраструктуры и требует меньших первоначальных вложений. Он отлично подходит для небольших компаний, располагающих ограниченным бюджетом. Однако масштабирование «вверх» имеет пределы — как по производительности отдельного сервера, так и по потенциалу дальнейшего наращивания мощностей.
Горизонтальное масштабирование устраняет эти ограничения. Благодаря добавлению новых вычислительных узлов бизнес получает практически безграничные возможности для роста. Вместе с тем, это более дорогостоящий и сложный в реализации подход, требующий структурных изменений в архитектуре ИТ-систем.

При выборе оптимального пути развития следует учитывать множество факторов: планы расширения, имеющиеся ресурсы, подходы к управлению данными и приложениями, финансовые возможности. Только взвешенная оценка текущих потребностей и перспектив бизнеса позволит определить, подходит ли вашей компании вертикальное или горизонтальное масштабирование. От правильного решения зависит дальнейший успех на рынке.