Тема: Масштабирование веб-приложений

На сегодняшний день совершенно очевидно, что с каждым годом число пользователей Интернета возрастает. В то же время, распространение сервисов потоковой передачи данных, социальных сетей, появление концепции Интернета вещей [1] (Internet of Things, IoT) лишь увеличило объем передаваемой информации. В современных условиях особо остро встаёт вопрос построения систем, способных обрабатывать сотни тысяч запросов в минуту и обладающих высокой степенью доступности. В то же время, затраты на разработку и развёртывание систем, ориентированных на 100, 10 000, 1 000 000 и 100 000 000 пользователей существенно различаются. Если в первом случае достаточно использовать для развёртывания веб-приложения бесплатный хостинг или недорогую виртуальную машину на одной из облачных платформ, то для работы таких огромных систем, как Youtube или Facebook, требуются много¬численные центры обработки данных по всему миру. Разработка и поддержка высокопроизводительной системы может не окупиться, если число её пользователей будет существенно меньше запланированного.
Аналогичным образом, различаются и подходы к реализации систем. Методы, применяемые при создании небольших приложений, ориентированных на небольшое число пользователей, например, интернет-магазина, могут быть неприменимы к созданию глобальных вычислительных систем. В то же время, технологии промышленной разработки и, в особенности, методы оптимизации, применяемые в разработке крупнейших веб-приложений, порождают избыточную сложность при создании малых приложений, и даже могут ухудшить их работу.
В связи с вышеперечисленными проблемами встаёт вопрос масштабирования веб-приложения, то есть изменения его производительности в зависимости от нагрузки. Различают вертикальное и горизонтальное направления масштабирования.
Вертикальное масштабирование. Данное направление предусматривает увеличение вычислительной мощности среды запуска приложения. В связи с высокой стоимостью высокопроизводительных серверов, техническими и временными ограничениями данный способ имеет ограниченную применимость. Тем не менее он может особенно успешно применяться в облачных средах, где вычислительную мощь среды можно изменить с минимальными временными и финансовыми затратами.
Горизонтальное масштабирование. Этот способ заключается в увеличении числа запущенных экземпляров приложения и распределении нагрузки между ними. Вместе с тем, архитектура приложения значительно усложняется, требуются дополнительные затраты на поддержание работы системы, а также необходимо внедрение дополнительных компонентов приложения, таких как служба балансировки нагрузки. Тем не менее, данный способ является основным методом повышения отказоустойчивости.
Таким образом, для создания масштабируемых приложений требуются особые архитектурные и технологические решения, способные обеспечить горизонтальную и вертикальную масштабируемость.
Купить

В данной работе были рассмотрены основные принципы построения масштабируемых приложений. Также реализовано приложение опросов «KtoZa», отвечающее заданным требованиям к масштабируемости, отказоустойчивости и производительности. Разработка данного приложения основана на использовании современных методов построения высоконагруженных веб-приложений.
Для данного приложения разработана архитектура, наиболее точно со¬ответствующая специфике работы приложения. Реализована клиентская часть приложения на основе AngularJS, с учетом принципов построения одностраничных приложений. Создана серверная часть, разделяющая функциональность между M- и R- сервером, с учетом различий в нагрузке между этими серверами. Разработка серверной части осуществлена с помощью средств языка Go, ориентированного на построение веб-сервисов и многопоточную обработку данных. Взаимодействие частей приложения осуществляется по протоколам HTTP 1.1 и WebSocket. Возможна компиляция и запуск приложения как на серверах с операционной системой Windows, так и на Linux- серверах. Для серверной части реализован WebAPI, что позволяет использовать сторонние клиенты приложения. Объем реализации составил около 3000 строк кода, из них около 2000 — серверная часть приложения. Исходный код программы доступен по адресу: https://github.com/VeselovAlex/KtoZa .
Проведено тестирование отказоустойчивости и производительности приложения в различных конфигурациях запуска и при различной нагрузке. Результаты тестирования соответствуют ожидаемым и демонстрируют выполнение требований по производительности и отказоустойчивости.
Купить