Обычно мы относим базы данных, очереди, кэши и т. п. к совершенно различным категориям инструментов. Хотя базы данных и очереди сообщений выглядят похожими — и те и другие хранят данные в течение некоторого времени, — паттерны доступа для них совершенно различаются, что означает различные характеристики производительности, а следовательно, очень разные реализации.
Так зачем же валить их все в одну кучу под таким собирательным термином, как информационные системы?
В последние годы появилось множество новых инструментов для хранения и обработки данных. Они оптимизированы для множества различных сценариев использования и более не укладываются в обычные категории. Например, существуют хранилища данных, применяемые как очереди сообщений (Redis) и очереди сообщений с соответствующим базам данных уровнем надежности (Apache Kafka). Границы между категориями постепенно размываются.
Кроме того, все больше приложений предъявляют такие жесткие или широкие требования, что отдельная утилита уже не способна обеспечить все их потребности в обработке и хранении данных. Поэтому работа разбивается на отдельные задачи, которые можно эффективно выполнить с помощью отдельного инструмента, и эти различные инструменты объединяются кодом приложения.
Например, при наличии управляемого приложением слоя кэширования (путем использования Memcached или аналогичного инструмента) либо сервера полнотекстового поиска (такого как Elasticsearch или Solr), отдельно от БД, синхронизация этих кэшей и индексов с основной базой данных становится обязанностью кода приложения. На рис. 1 в общих чертах показано, как все указанное могло бы выглядеть.
Если для предоставления сервиса объединяется несколько инструментов, то интерфейс сервиса или программный интерфейс приложения (API) обычно скрывает подробности реализации от клиентских приложений. По существу, мы создали новую специализированную информационную систему из более мелких, универсальных компонентов. Получившаяся объединенная информационная система может гарантировать определенные вещи: например, что кэш будет корректно сделан недействительным или обновлен при записи, вследствие чего внешние клиенты увидят непротиворечивые результаты. Вы теперь не только разработчик приложения, но и архитектор информационной системы.
При проектировании информационной системы или сервиса возникает множество непростых вопросов. Как обеспечить правильность и полноту данных, в том числе при внутренних ошибках? Как обеспечить одинаково хорошую производительность для всех клиентов даже в случае ухудшения рабочих характеристик некоторых частей системы? Как обеспечить масштабирование для учета возросшей нагрузки? Каким должен быть хороший API для этого сервиса?
Существует множество факторов, влияющих на конструкцию информационной системы, включая навыки и опыт вовлеченных в проектирование специалистов, унаследованные системные зависимости, сроки поставки, степень приемлемости разных видов риска для вашей компании, законодательные ограничения и т. д. Эти факторы очень сильно зависят от конкретной ситуации.
Рис. 1. Одна из возможных архитектур информационной системы, состоящей из нескольких компонентов
В моем блоге мы сосредоточимся на трех вопросах, имеющих наибольшее значение в большинстве программных систем.
- Надежность. Система должна продолжать работать корректно (осуществлять нужные функции на требуемом уровне производительности) даже при неблагоприятных обстоятельствах (в случае аппаратных или программных сбоев либо ошибок пользователя).
- Масштабируемость. Должны быть предусмотрены разумные способы решения возникающих при росте (в смысле объемов данных, трафика или сложности) системы проблем.
- Удобство сопровождения. Необходимо обеспечить возможность эффективной работы с системой множеству различных людей (разработчикам и обслуживающему персоналу, занимающимся как поддержкой текущего функционирования, так и адаптацией системы к новым сценариям применения).
Приведенные термины часто задействуют без четкого понимания их смысла. Ради более осмысленного проектирования мы достаточное время в моем блоге на изучение концепций надежности, масштабируемости и удобства сопровождения. Далее, в следующих блогах, мы рассмотрим различные методики, архитектуры и алгоритмы, используемые для достижения этих целей. Для начала рассмотрим, как ИТ-специалистам обеспечить надежность ИС.
