میکروسرویس‌ها چشم‌انداز دنیای نرم‌افزار را محتول می‌کنند

حرکت مداوم به سمت ابر و تحول دیجیتال دو تغییر اساسی به همراه داشته است. یکی در زمینه توسعه برنامه‌های کاربردی و دیگری در زمینه زیرساخت. این دو تغییر مهم، نحوه تعامل دیجیتالی ما را تغییر داده است، به عنوان مثال، پرداخت با استفاده از سیستم‌های پرداخت دیجیتال یا کیف پول موبایل، استفاده از حسگرهای مجهز به اینترنت اشیا در خانه‌های هوشمند یا دریافت مدرک از یک برنامه آموزشی آنلاین تنها بخشی از دستاوردهای ابر و تحول دیجیتال به شمار می‌روند. امروزه این برنامه‌های کاربردی به دلیل تکامل سیستم‌هایی که آن‌ها را اجرا می‌کنند قادر به مدیریت همزمان میلیون‌ها تراکنش هستند.

میکروسرویس‌ها

به‌طور سنتی، برنامه‌های کاربردی ماهیت یکپارچه دارند. آن‌ها بر اساس یک کد واحد ساخته می‌شوند و محصور در یک معماری سه لایه مبتنی بر رابط کاربری (وب)، منطق (برنامه) و پایگاه داده (ذخیره‌سازی) قرار دارند. برای تغییر یک ویژگی موجود، معرفی یک ویژگی جدید یا رفع یک اشکال، کد کامل باید پس از اصلاح بخش کوچکی از کد که تغییرات را تضمین می‌کند، مجدداً بازکامپایل شود. این فرایند معمولاً منجر به توقف برنامه برای استقرار مجدد کد، گزارش‌های مکرر درباره باگ‌ها می‌شود و گاهی أوقات باعث می‌شود تلاش گسترده تیم‌های توسعه و عملیات از بین بروند. رویکردی که باعث می‌شود عرضه نهایی محصول با تاخیرهای طولانی همراه شود که ضررهای تجاری را به همراه دارد. به‌طوری که امروزه چرخه انتشار نرم‌افزارها بیش از شش ماه اعلام شده است.

کسب‌وکارهای امروزی خواهان چرخه انتشار سریع‌تر هستند تا بتوانند ویژگی‌های جدیدتر را به سرعت به محصولات اضافه کرده و سهم بیشتری از بازار را از آن خود کنند که درست همان چیزی است که تحول دیجیتال روی آن متمرکز شده است. به منظور تسریع چرخه انتشار، شکستن بلوک کد برنامه‌های یکپارچه به تکه‌های کوچک‌تر که بتوان راحت‌تر آن‌ها را مدیریت کرد، مفهومی به‌نام ریزسرویس پدید آمد. کاری که ریزسرویس انجام می‌دهد این است که برنامه را به چند سرویس مستقل به نام میکروسرویس تقسیم می‌کند. شکل زیر تفاوت این دو معماری را نشان می‌دهد.

برای مثال، تصور کنید که وب‌سایت خرده‌فروش آنلاین مورد علاقه‌تان با معماری یکپارچه اجرا می‌شود، همانطور که در شکل بالا مشاهده می‌شود و دارای سیستم‌های مدیریت موجودی و پرداخت در یک پایه کد واحد و مستقر در محل است. برای ایجاد تغییر در سیستم مدیریت موجودی، تنها باید کد مربوطه تغییر کند، اما هنگامی که برنامه را به‌طور کامل اجرا کنید، سرویس با مشکل روبرو می‌شود که نارضایتی مشتریان و از دست رفتن درآمد‌ها را به همراه دارد. در مقابل، اگر بر روی معماری میکروسرویس اجرا می‌شد، فقط میکروسرویسی که سیستم مدیریت موجودی را اجرا می‌کرد باید اصلاح می‌شد و مجدداً مستقر می‌شد، و بقیه برنامه همچنان در دسترس می‌بود. این رویکرد نه تنها مجموعه‌ای از خدمات جدیدتر را سریع‌تر به کاربران نهایی ارائه می‌کند، بلکه زمان قطعی کلی سیستم را نیز کاهش می‌دهد.

Micro services

Micro services یک رویکرد مدرن برای توسعه نرم‌افزار است که یک برنامه کاربردی را به عنوان از مجموعه‌های سرویس‌هایی که منفرد، اما متصل به یکدیگر هستند و فرایند استقرار آن‌ها به شکل مستقل انجام می‌شود تعریف می‌کند. به‌طوری که یک تیم توسعه، استقرار و نگهداری به شکل ساده‌تری قادر به مدیریت این ساختار هستند. رویکرد فوق باعث تسریع در روند انتشار ویژگی‌ها می‌شود. امروزه، شرکت‌هایی که در عصر ابر متولد می‌شوند دارای چرخه‌های انتشاری  هستند که به آن‌ها اجازه می‌دهد گاهی أوقات چند مرتبه در یک روز تغییراتی در سرویس‌ها اعمال کنند بدون آن‌که نگرانی خاصی از بابت عدم دسترسی به خدمات را تجربه کنند. این بدان معناست که کسب‌وکارها می‌توانند عملکردهای اضافه‌شده را سریع‌تر به مخاطبان خود ارائه کنند و در نتیجه درآمد بیشتری کسب کنند یا سریع‌تر به درخواست‌های مشتری پاسخ دهند و بنابراین ارزش خود نزد مشتریان را حفظ کنند.

کانتینرها

کانتینرها یک لایه انتزاعی ارائه می‌کنند که به توسعه‌دهندگان و تیم‌های DevOps کمک می‌کند تا برنامه‌ها را روی منابع زیربنایی مشترک توسعه، استقرار و اجرا کنند، در حالی که همچنان آن‌ها را ایزوله نگه می‌دارد. این بدان معنی است که یک برنامه می‌تواند به عنوان یک کانتینر به همراه محیط زمان اجرای آن مانند کتابخانه‌ها، فایل‌های باینری، فایل‌های پیکربندی و سایر وابستگی‌ها بسته‌بندی شود. کانتینرها به توسعه‌دهندگان کمک می‌کنند تا چابک‌تر باشند، زیرا اکنون می‌توانند به جای این‌که به وابستگی‌های محیطی کدشان فکر کنند بر منطق تجاری تمرکز کنند. شکل زیر تفاوت میان محیط ماشین مجازی و کانتینرها را نشان می‌دهد.

همان‌گونه که در شکل بالا مشاهده می‌کنید، با توجه به ارائه انتزاعی و جداسازی، کانتینرها بسیار شبیه ماشین‌های مجازی (VMs) هستند. با این حال، بر خلاف ماشین‌های مجازی در یک کانتینر، برنامه فقط با عناصر ضروری برای اجرا بسته‌بندی شده است و قرار نیست سیستم‌عامل مهمان را بسته‌بندی کند. رویکرد فوق اجازه می‌دهد تا کانتینرها در مقایسه با ماشین‌های مجازی قابلیت‌های منحصر به فردی مانند چرخش سریع، حداقل سرباره و قابلیت حمل بالا داشته باشند. امروزه بیشتر و بیشتر توسعه‌دهندگان از خدمات کانتینری مبتنی بر ابر، چه مدیریت‌شده یا بدون مدیریت، برای آزمایش و استقرار برنامه‌های خود استفاده می‌کنند. این موضوع باعث پیدایش مفهوم ابر بومی (Native Cloud) شده است که اصطلاحی است که به‌طور گسترده شامل محیط‌های کانتینری است که به صورت بومی در ابر اجرا می‌شوند.

طبق گفته بنیاد محاسبات بومی ابری (CNCF): «فناوری‌های بومی ابر سازمان‌ها را قادر می‌سازد تا برنامه‌های کاربردی مقیاس‌پذیر را در محیط‌های مدرن و پویا مانند ابرهای عمومی، خصوصی و ترکیبی بسازند و اجرا کنند. کانتینرها، مش‌های سرویس، میکروسرویس‌ها، زیرساخت‌های تغییرناپذیر و APIهای اعلامی نمونه‌ای از این رویکرد هستند. این تکنیک‌ها سیستم‌های با جفت شدگی حداقلی (Loosely Coupling) را که انعطاف‌پذیرتر، مدیریت‌پذیرتر و قابل رویت‌تر هستند را پدید می‌آورد. همراه با اتوماسیون قوی، آن‌ها به مهندسان این امکان را می‌دهند که با کمترین زحمت، تغییراتی را به‌طور مکرر و قابل پیش‌بینی انجام دهند.

کانتینرها مفهوم جدیدی نیستند، اما اکنون با تغییر معماری میکروسرویس‌ها، واقعاً مورد توجه قرار گرفته‌اند. شرکت‌هایی که می‌خواهند حجم کاری خود را به راحتی از یک محیط به محیط دیگر منتقل کنند، می‌توانند برای ارائه یک انتزاع منطقی از برنامه از محیط زیر به کانتینرها تکیه کنند، بنابراین از حالت استفاده از مهاجرت آسان پشتیبانی می‌کنند.

سرورهای در حال اجرا یا ماشین‌های مجازی شبیه به داشتن حیوانات خانگی هستند که در آن به هر سرور یک نام منحصر به فرد داده می‌شود و از آن‌ها مراقبت می‌شود (مدیریت دستی). به‌طور مثال، اگر یک سرور فیزیکی متوقف شود و لازم باشد تا اقدامات لازم برای اطمینان از سالم بودن دوباره سرور (وصله کردن، به‌روزرسانی، و غیره) انجام شود، سازمان را با مشکل جدی روبرو می‌کند. از سوی دیگر، کانتینرها انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به ماشین‌های مجازی دارند و امکان مدیریت آن‌ها با سهولت بیشتری وجود دارد، زیرا به سادگی قادر به حفظ آن‌ها هستید و امکان جایگزینی آن‌ها با کانتینر دیگری به راحتی وجود دارد. نکته مهمی که در این‌جا باید به آن دقت کنید این است که کانتینرها با در نظر گرفتن سناریوهای شکست ایجاد می‌شوند.

نکته‌ای که لازم است در ارتباط با اجرای میکروسرویس‌ها به آن دقت کنید این است که نیازی به استفاده انحصاری از کانتینرها ندارد. با این حال، استفاده از آن‌ها ساده‌ترین راه برای اجرای یک معماری میکروسرویس در فضای ابری است. از آن‌جایی که کانتینرها می‌توانند منابع را در یک نمونه سیستم‌عامل با سایر مولفه‌های برنامه به اشتراک بگذارند، امکان استفاده بهینه‌تر از سرور را تضمین می‌کنند. علاوه بر این، کانتینرها به سرعت قابل تغییر هستند و از این رو برای پاسخگویی به تقاضاهای فزاینده ناشی از بارهای کاری نامنظم مناسب‌تر هستند. ویژگی‌های کلیدی زیرساخت‌های ارتجاعی و مولفه‌های مستقل که امکان پیکربندی منفرد آن‌ها را امکان‌پذیر می‌کنند بسیاری از تیم‌های توسعه را ترغیب می‌کند به سمت ابر بومی حرکت کنند، با این حال، همین ویژگی‌ها چالشی منحصربه‌فرد ایجاد می‌کنند، زیرا کانتینرها به دلیل طول عمر کوتاه و ماهیت بسیار پویا، می‌توانند پیچیدگی عملیاتی را بیشتر کنند. به‌طور مثال، باید جریان شبکه و مسیریابی بین میکروسرویس‌ها به دقت پیکربندی و کنترل شوند.

در سناریوهایی که تعداد کانتینرها کم است، می‌توان این وظایف عملیاتی را به صورت دستی انجام داد، اما با گسترش سریع و تعدد کانتینرها نیاز به هماهنگی کانتینرها آشکار می‌شود. به‌طوری که سازمان‌دهندگان کانتینر وظایف مدیریتی مانند تخصیص و مدیریت منابع، اتوماسیون، مقیاس‌بندی، بررسی سلامت، شبکه‌سازی، تعادل بار و غیره را عهده‌دار می‌شوند. ابزارهای ارکستراسیون کانتینر مانند Kubernetes به خودکارسازی استقرار، مقیاس‌بندی و مدیریت بارهای کاری کانتینری در محیط‌های ابری کمک فراوانی می‌کنند.

نظارت

در این‌جا Monitoring به فرآیند نظارت بر سیستم و دستیابی به چشم‌اندازی دقیق از سیستم اشاره دارد. رویکرد فوق شامل ساخت یک سیستم خوب تعریف شده برای اندازه‌گیری و تأیید رفتار مورد نظر یک نهاد (Entity) است. در این حالت، کوچک‌ترین نشانه‌ای دال بر انحراف باید سریعاً به مدیران مربوطه اطلاع داده شود. نظارت مستمر بر زیرساخت و شناسایی علل رفتارهای غیرعادی و برطرف کردن مشکلات مانع بروز مشکلات احتمالی می‌شود. در مجموع باید بگوییم که مانیتورینگ به معنای جمع‌آوری، پردازش، تجمیع و نمایش داده‌های کمی در زمان واقعی در مورد یک سیستم است که برای این منظور از مکانیزم‌هایی مثل اجرای محاوره‌ها، بررسی گزارش‌های خطا و وضعیت سرور استفاده می‌شود.