- نشر استراتيجيات متطورة لموازنة الحمولة من أجل تعزيز قابلية الهيكل الأساسي للشبكات وموثوقيته وأداءه. ويشمل هذا الدليل مختلف تقنيات مهندسي الهياكل الأساسية.
مقدمة إلى شركة Load Balancing
وفي عالم الهياكل الأساسية الحديثة للشبكات، من الأهمية بمكان ضمان توافرها على نطاق واسع وأدائها الأمثل. ومع استمرار تزايد حركة المرور على التطبيقات والخدمات، تزداد الحاجة إلى توزيع فعال للحمولة أهمية متزايدة. هذا هو المكان الذي يأتي فيه موازنة الحمل في اللعب. وفي جوهرها، يتمثل موازنة الحمولة في عملية توزيع حركة المرور على الشبكة عبر خواديم متعددة لضمان عدم تحول أي خادم واحد إلى اختناقات. من خلال نشر الحمولة، يمكنك تحقيق أعلى توافر، تحسين القدرة على التصعيد، وتحسين الأداء العام لتطبيقاتك.
والموازنة بين القروض ليس مفهوما جديدا، ولكن أهميته نمت بشكل مكثف مع ارتفاع الحوسبة السحابية والخدمات الصغرى والنظم الموزعة. وفي هذه البيئات، كثيرا ما تتألف التطبيقات من خدمات متعددة يجري تشغيلها على خواديم مختلفة، والقدرة على توزيع حركة المرور بذكاء أمر أساسي للحفاظ على خبرة مستخدمين لا تحصى. فبدون تحقيق توازن فعّال في الحمولة، يمكن للزيادة المفاجئة في حركة المرور أن تطغى على خادم واحد، مما يؤدي إلى بطء أوقات الاستجابة بل وحتى إلى انقطاع الخدمات. عن طريق توزيع حركة المرور عبر مجموعة من الخواديم، يمكنك التأكد من أن تطبيقك يظل متجاوباً ومتاحاً، حتى خلال فترات الذروة.
This guide is designed for infrastructure engineers who want to deepen their understanding of advanced load balancing strategies. نحن سَنَستكشفُ مجموعة متنوعة من التقنياتِ، مِنْ الأساليبِ التقليديةِ إلى نُهُج أكثر حداثة التي تُناسبُ جيّداً لبيئاتِ اليوم الديناميةِ والموزّعةِ. وسواء كنت تدير تطبيقا واسع النطاق للمؤسسة أو خدمة صغيرة وإن كانت متنامية، فإن المبادئ والتقنيات التي نوقشت في هذا الدليل ستساعدك على بناء هياكل أساسية أكثر مرونة وقابلية للاتساع.
وخلال هذا الدليل، سنغطي المفاهيم الأساسية لموازنة الحمولة، ونستكشف مختلف موازنة الحمولة، ونميل إلى استراتيجيات متقدمة مثل موازنة الحمولة الجغرافية، والموازنة بين الحمولة المتعددة المستويات، واستخدام موازنات الحمولة في البيئات الحاوية. وسنناقش أيضا أهمية عمليات التحقق من الصحة واستمرار الدورة، وسنقدم توجيهات عملية بشأن كيفية اختيار الحل المناسب لموازنة الحمولة لاحتياجاتكم المحددة. وبحلول نهاية هذا الدليل، سيكون لديك فهم شامل لاستراتيجيات الموازنة المتطورة للحمولة، وستكون مجهزا تجهيزا جيدا لتنفيذها في بنيتك التحتية الخاصة.
الحشد الأساسي
وفي قلب أي حل لموازنة الحمولة هي الخوارزميات التي تحدد كيفية توزيع حركة المرور على الخواديم المتاحة. ويمكن أن تتراوح هذه الخوارزميات من بسيطة إلى شديدة التعقيد، ويمكن أن يكون لاختيار الخوارزمية أثر كبير على أداء وموثوقية تطبيقك. وفي هذا الفرع، سوف نستكشف بعضا من أكثر الخوارزميات شيوعا وأساسيا للتعبئة المتوازنة.
الجولة روبن
جولة (روبن) واحدة من أبسط وأوسع الألغاز استخداماً كما يوحي الاسم، فإنه يوزع حركة المرور على قائمة الخواديم بترتيب دائري. ويرسل الطلب الأول إلى الخادم الأول في القائمة، والطلب الثاني إلى الخادم الثاني، وما إلى ذلك. وعندما يتم الوصول إلى نهاية القائمة، يبدأ رصيد الحمولة مرة أخرى من البداية. وهذه الطريقة سهلة التنفيذ وتعمل بشكل جيد عندما تكون الخواديم في المجمع ذات قدرة مماثلة وتكون الطلبات ذات تعقيد مماثل.
غير أن جولة روبن لها حدودها. وهو لا يأخذ في الاعتبار الحمولة الحالية على كل خادم، ولذلك فإن الخادم الذي هو مشغول بالفعل بطلب طويل الأجل قد لا يزال يتلقى طلبات جديدة. ويمكن أن يؤدي ذلك إلى توزيع غير منتظم للحمولة وإلى اختناقات محتملة في الأداء. وعلى الرغم من ذلك، فإن جولة روبن كثيرا ما تكون نقطة انطلاق جيدة للتطبيقات البسيطة ويمكن أن تكون فعالة في البيئات التي يكون فيها مجمع الخواديم متجانسا.
أقل الروابط
إن خوارزمية أقل الروابط هي نهج أكثر ذكاء يأخذ في الاعتبار الحمولة الحالية على كل خادم. وبهذه الطريقة، يرسل المتوازن طلبات جديدة إلى الخادم الذي لديه أقل الاتصالات النشطة. ويساعد ذلك على ضمان توزيع الحمولة على نحو أكثر إنصافا، نظرا لأن الخواديم المشغولة ستتلقى عددا أقل من الطلبات الجديدة. وتتسم خوارزمية أقل الروابط بأهمية خاصة في البيئات التي تختلف فيها مستويات التعقيد والمدة.
فعلى سبيل المثال، إذا كان أحد الخواديم يتعامل مع عدد كبير من الطلبات التي طال أمدها، سيكون له عدد كبير من الاتصالات النشطة. وبعد ذلك سيوجه مخزن الحمولة طلبات جديدة إلى خواديم أخرى ذات اتصالات أقل، مما يحول دون أن يصبح الخادم المشغول مغمورا. وهذا النهج الدينامي لتوزيع الحمولات يجعل خوارزمية الأقل صلة خيارا شعبيا لمجموعة واسعة من التطبيقات.
IP Hash
ويستخدم خوارزمية IP Hash عناوين المصدر والمقصد للزبون والخادم لتوليد مفتاح هزة فريد. ثم يستخدم هذا المفتاح لتحديد أي خادم في المجمع ينبغي أن يتلقى الطلب. وتتمثل الميزة الرئيسية لهذه الطريقة في أن الزبون سيوجه دائما إلى الخادم نفسه، ما دام الخادم متاحا. وهذا أمر مفيد بصفة خاصة بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب استمرار الدورة، حيث من المهم أن يظل المستخدم متصلا بنفس الخادم طوال مدة دورته.
على سبيل المثال، في تطبيق التجارة الإلكترونية، يمكن تخزين معلومات عربة التسوق للمستعمل على الخادم هم متصلون بها. إذا أعيد توجيه المستعمل إلى خادم مختلف، قد تضيع عربة التسوق الخاصة بهم. ويكفل خوارزمية IP Hash أن يكون المستخدم موجهاً باستمرار إلى الخادم نفسه، مع الحفاظ على معلومات دورته. غير أن هذه الطريقة يمكن أن تؤدي إلى توزيع غير منتظم للحمولة إذا كان عدد كبير من العملاء قادمين من نفس عنوان برنامج التحصين الموسع أو مجموعة صغيرة من عناوين شركاء التنفيذ.
استراتيجيات الموازنة المتقدمة
وفي حين أن الخوارزميات الأساسية توفر أساسا صلبا لموازنة الحمولة، فإن التطبيقات الحديثة غالبا ما تتطلب استراتيجيات أكثر تطورا لتلبية متطلبات بيئة دينامية وموزعة. في هذا القسم، سوف نستكشف بعض الاستراتيجيات المتطورة لموازنة الحمولة التي يمكن أن تساعدك على أخذ بنيتك التحتية إلى المستوى التالي.
الموازنة الجغرافية
ويعد موازنة الحمولة الجغرافية، المعروفة أيضا باسم " غوفر لود بالنغ " ، تقنية توزع حركة المرور عبر الخواديم الموجودة في مواقع جغرافية مختلفة. ويتسم هذا الأمر بأهمية خاصة بالنسبة للتطبيقات ذات القاعدة العالمية للمستعملين، حيث أنه يمكن أن يساعد على الحد من الرطوبة وتحسين خبرة المستعملين. ومع موازنة الحمولة الجغرافية، يوجه المستعملون إلى الخادم الذي هو أقرب جغرافيا لهم، مما يمكن أن يقلل كثيرا من الوقت الذي يستغرقه الأمر بالنسبة للبيانات للسفر بين المستخدم والخادم.
فعلى سبيل المثال، سيوجه مستعمل في أوروبا إلى خادم في مركز بيانات أوروبي، في حين سيوجه مستخدم في آسيا إلى خادم في مركز بيانات آسيوي. وهذا لا يؤدي إلى تحسين الأداء فحسب بل يوفر أيضا طبقة إضافية من التكرار. وإذا أصبح أحد مراكز البيانات غير متاح، يمكن تحويل حركة المرور تلقائيا إلى مركز بيانات آخر، بما يكفل بقاء التطبيق متاحا للمستعملين.
الموازنة المتعددة المستويات
In complex, multi-tiered structures, a single layer of load balancing may not be sufficient. هذا هو المكان الذي يتم فيه موازنة الحمولة المتعددة المستويات. وباتباع هذا النهج، يتم نشر موازين الحمولة على مختلف طبقات مجموعة التطبيقات. فعلى سبيل المثال، قد يكون لديك توازن عالمي في الحمولة يوزع حركة المرور عبر مناطق مختلفة، ثم يوزع الموازين المحلية في كل منطقة حركة المرور عبر الخواديم في تلك المنطقة.
ويتيح هذا النهج الهرمي لموازنة الحمولة درجة عالية من المرونة والتحكم. يسمح لك بتطبيق سياسات مختلفة لموازنة الحمولة في مختلف طبقات البنية التحتية الخاصة بك، ويمكن أن تساعد في عزل الفشل ومنعهم من التلاشي في جميع أنحاء النظام. والموازنة بين الحمولة المتعددة المستويات مناسبة بشكل خاص لهيكل الخدمات الصغرى، حيث تتألف التطبيقات من العديد من الخدمات الصغيرة المستقلة.
تحقيق التوازن في البيئة المستدامة
وقد أدى ارتفاع تكنولوجيات الحاويات مثل دوكر وكوبرنيت إلى ظهور تحديات وفرص جديدة لموازنة الحمولة. وفي بيئة حاوية، تُجمع التطبيقات في حاويات خفيفة الوزن، وحاويات محمولة يمكن نشرها وحجمها بسهولة. وتتطلب هذه الطبيعة الدينامية للتطبيقات الحاوية حلاً متوازناً للحمولة يتسم بنفس الدينامية ويمكن أن يتكيف تلقائياً مع التغيرات في البيئة.
وعلى سبيل المثال، توجد لدى شركة كوبرنيت آلية لموازنة الحمولة تسمى دائرة. وتوفر الدائرة نقطة نهاية مستقرة لمجموعة من الحاويات، ويمكنها أن توزع تلقائيا حركة المرور على الحاويات في تلك المجموعة. وتدعم شبكات كوبرنيت أيضاً حلولاً أكثر تقدماً في مجال الموازنة بين الحمولة من خلال أجهزة التحكم في الجرائد، التي يمكن أن توفر سمات مثل الإنهاء السلكي، وتحديد المسارات، والاستضافة الافتراضية القائمة على الاسم. وعند اختيار حل للموازنة بين الحمولة من أجل بيئة محفورة، من المهم النظر في عوامل مثل تيسير التكامل، والقابلية للتصعيد، ودعم اكتشاف الخدمات الدينامي.
الفحوص الصحية والجلسة
وبالإضافة إلى توزيع حركة المرور، فإن أحد موازين الحمولة مسؤول أيضا عن ضمان عدم إرسال حركة المرور إلا إلى خواديم صحية. ويتم ذلك من خلال استخدام عمليات الفحص الصحي. A health check is a periodic request that the load balancer sends to each server in the pool to verify that it is running and able to handle requests. إذا فشل الخادم في إجراء فحص صحي، سيزيله رزان الحمولة تلقائيا من المجمع ويتوقف عن إرسال حركة المرور إليه. ويساعد ذلك على ضمان عدم توجيه المستخدمين إلى خادم ينخفض أو يواجه مسائل.
ومن السمات الهامة الأخرى لموازنة الحمولة استمرار الدورة، المعروف أيضاً باسم الجلسات الملصقة. وكما ناقشنا من قبل، تتطلب بعض التطبيقات أن يظل المستخدم متصلا بنفس الخادم طوال مدة دورته. وكثيراً ما يكون هذا هو الحال بالنسبة للطلبات التي تخزن معلومات الدورة عن الخادم، مثل عربات تسوق التجارة الإلكترونية أو التطبيقات المصرفية الإلكترونية. ويمكن لموازين القروض أن تحقق استمرار الدورة من خلال مجموعة متنوعة من الأساليب، مثل خوارزمية IP Hash أو باستخدام البسكويت لتتبع جلسات المستعملين. وعند اختيار حل متوازن للحمولة، من المهم النظر في متطلبات استمرار الدورة في طلبكم.
خاتمة
ويمثل موازنة القروض عنصرا أساسيا في الهياكل الأساسية الحديثة للشبكات، ولن تستمر أهميتها إلا في النمو مع زيادة توزيع التطبيقات وتعقيدها. وفي هذا الدليل، استكشفنا مجموعة من استراتيجيات الموازنة بين الحمولة، من الخوارزميات الأساسية إلى تقنيات أكثر تقدما مثل التوازن الجغرافي والمتعدد المستويات. كما ناقشنا الدور الحاسم الذي تؤديه عمليات التفتيش الصحي واستمرار الدورة في الحفاظ على تطبيق موثوق به وفعال.
وبوصفه مهندسا للبنية التحتية، فإن فهما عميقا لهذه المفاهيم أمر أساسي لبناء نظم قابلة للتكرار ومرنة وذات أداء رفيع. عن طريق النظر بعناية في الاحتياجات المحددة لتطبيقك واختيار الحل الصحيح لموازنة الحمولة، يمكنك أن تضمن أن البنية التحتية الخاصة بك مجهزة تجهيزا جيدا للتعامل مع متطلبات المشهد الرقمي الدينامي والثابت التغير اليوم. فالاستراتيجيات والتقنيات التي نوقشت في هذا الدليل توفر أساسا صلبا لتصميم وتنفيذ استراتيجية فعالة لموازنة الحمولة تخدمكم جيدا الآن وفي المستقبل.