في عالمنا الرقمي السريع اليوم، يعتبر التوقف عن العمل غير مقبول، خاصة للتطبيقات الحيوية التي تتطلب توافرًا مستمرًا. البنية التحتية عالية التوافر (HA) ضرورية للأعمال التي تعتمد على الوصول المستمر إلى تطبيقاتها وخدماتها وبياناتها. عواقب التوقف، مثل فقدان الإيرادات، وانخفاض الإنتاجية، والسمعة المتضررة، تجعل من الضروري بناء أنظمة مرنة مصممة للعمل بسلاسة رغم الفشل.

يقدم هذا المقال دليلًا شاملًا حول بناء البنية التحتية عالية التوافر للتطبيقات الحيوية. سنتناول المفاهيم الأساسية، والاستراتيجيات، والأدوات، وأفضل الممارسات المطلوبة لتصميم وتنفيذ وإدارة بنية HA. سواء كنت محترفًا في تكنولوجيا المعلومات أو صاحب عمل يسعى لضمان التوافر للتطبيقات الحيوية، سيوفر لك هذا المقال المعرفة لتنفيذ أنظمة قوية ومقاومة للفشل.

فهم التوافر العالي (HA)

ما هو التوافر العالي؟ يشير التوافر العالي إلى تصميم النظام الذي يضمن الحد الأدنى من التوقف عن العمل من خلال القضاء على نقاط الفشل الفردية. الهدف من بنية HA هو تعظيم وقت التشغيل وتقليل تأثير الفشل. تحقق أنظمة HA ذلك من خلال دمج التكرار، والتحمل، وآليات التحويل التلقائي لضمان أنه إذا فشل مكون واحد، يتولى آخر المهمة تلقائيًا دون تعطيل الخدمات.

المكونات الأساسية للتوافر العالي

• التكرار: يضمن التكرار أن تكون هناك نسخ متعددة من المكونات الحيوية (مثل الخوادم، وقواعد البيانات، وأجهزة الشبكة) متاحة بحيث إذا فشل أحدها، يمكن للآخرين تولي المهمة على الفور. يمكن نشر الأنظمة المكررة عبر مستويات متعددة من البنية التحتية، بما في ذلك الأجهزة والبرمجيات والشبكات.

• آلية التحويل التلقائي (Failover): تشير التحويل التلقائي إلى عملية التحويل من مكون فاشل إلى مكون احتياطي بطريقة سلسة. تكتشف أنظمة التحويل التلقائي الفشل وتنقل الحمل إلى النظام الاحتياطي لضمان استمرار التطبيقات دون انقطاع ملحوظ.

• موازنة الحمل: تقوم موازنة الحمل بتوزيع حركة المرور القادمة عبر عدة خوادم لمنع أي خادم من أن يصبح محملاً بشكل زائد. هذا لا يحسن الأداء فقط، بل يزيد من التوافر من خلال ضمان أنه إذا توقف أحد الخوادم، يمكن للآخرين التعامل مع حركة المرور.

• التجمع (Clustering): التجمع يشمل ربط عدة خوادم أو عقد للعمل معًا ككيان واحد. في مجموعة HA، إذا فشل أحد العقد، تواصل العقد المتبقية توفير الخدمات اللازمة، مما يمنع الفشل الكامل للنظام.

• تكرار البيانات: يضمن تكرار البيانات أن يتم نسخ البيانات الحيوية عبر عدة أنظمة أو مراكز بيانات. في حالة حدوث فشل في الأجهزة أو البرمجيات، يضمن البيانات المكررة أن العمليات يمكن أن تستمر دون فقدان البيانات.

• التعافي من الكوارث (DR): بينما يركز التوافر العالي على منع التوقف عن العمل، يهتم التعافي من الكوارث باستعادة العمليات بعد فشل أو كارثة كبيرة. غالبًا ما تتكامل أنظمة HA مع خطط DR لضمان بقاء التطبيقات قيد التشغيل حتى في الحالات الكارثية.

مبادئ تصميم البنية التحتية عالية التوافر

• القضاء على نقاط الفشل الفردية: واحدة من المبادئ الأساسية في بنية HA هي القضاء على نقاط الفشل الفردية. تشير نقطة الفشل الفردية إلى أي مكون إذا فشل سيؤدي إلى توقف النظام بالكامل. لمنع ذلك، من الضروري التأكد من أنه لا يوجد مكون، سواء كان جهازًا أو برنامجًا أو شبكة، يعمل في عزلة دون آلية احتياطية أو تحويل تلقائي.

الخطوات للقضاء على نقاط الفشل الفردية:

• استخدام الخوادم المكررة: نشر عدة نسخ من خوادم التطبيقات، وخوادم قواعد البيانات، وأنظمة التخزين. إذا فشل أحد الخوادم، يمكن للبقية الاستمرار في التعامل مع الحمل.
• التكرار الشبكي: التأكد من أن المسارات الشبكية مكررة باستخدام واجهات شبكة متعددة، أجهزة توجيه، محولات، وأجهزة موازنة الحمل.
• إمدادات طاقة احتياطية: نشر أجهزة UPS (مصادر الطاقة غير المنقطعة) ومصادر طاقة احتياطية لتجنب التوقف الناتج عن انقطاع التيار الكهربائي.

تنفيذ موازنة الحمل

موازنة الحمل هي مكون أساسي في بنية HA، حيث تضمن توزيع حركة المرور بالتساوي عبر عدة خوادم. هذا لا يحسن أداء التطبيقات فحسب، بل يضمن أيضًا التوافر في حالة فشل الخادم.

أنواع موازني الحمل:

• موازنو الحمل الأجهزة: أجهزة مخصصة تقوم بموازنة حركة المرور بين عدة خوادم. هذه مناسبة للبيئات ذات الحركة المرورية العالية وتوفر ميزات متقدمة مثل إنهاء SSL وفحوصات الصحة.
• موازنو الحمل البرمجية: حلول تعتمد على البرمجيات مثل Nginx، HAProxy، أو AWS Elastic Load Balancer التي توزع حركة المرور عبر الخوادم. هذه أكثر مرونة وتكلفة فعالة للبيئات الصغيرة والمتوسطة.

فوائد موازنة الحمل:

• القابلية للتوسع: مع زيادة حركة المرور، تسمح لك موازنة الحمل بإضافة المزيد من الخوادم للتعامل مع الحمل المتزايد.
• المرونة: إذا أصبح أحد الخوادم غير مستجيب، يقوم موازن الحمل تلقائيًا بتوجيه حركة المرور إلى الخوادم الصحية، مما يضمن التوافر المستمر.

تنفيذ التجمع

التجمع ينطوي على ربط عدة خوادم معًا للعمل ككيان واحد. يضمن ذلك أنه إذا فشل أحد العقد، يمكن للبقية أن تأخذ المهمة على الفور دون التأثير على توافر الخدمة.

أنواع التجمعات:

• التجمع النشط-النشط: جميع العقد في التجمع تتعامل مع الطلبات بشكل نشط. إذا فشلت إحدى العقد، تواصل العقد الأخرى معالجة الحمل، مما يضمن عدم وجود توقف.
• التجمع النشط-الاحتياطي: في هذا الإعداد، تكون عقدة واحدة نشطة بينما تكون الأخرى في وضع الاستعداد. إذا فشلت العقدة النشطة، تصبح العقدة الاحتياطية نشطة وتستلم العمل.

أدوات التجمع عالية التوافر:

• Pacemaker: مدير موارد التجمع الذي يضمن توفر الموارد مثل الخدمات والتطبيقات من خلال مراقبة عقد التجمع ومعالجة التحويلات التلقائية.
• Corosync: يوفر خدمات الاتصال الجماعي وعضوية التجمع والخدمات الأخرى للتجمعات عالية التوافر.

تكرار البيانات عبر مواقع متعددة

يعد تكرار البيانات أمرًا أساسيًا لضمان توفر البيانات الحيوية دائمًا، حتى في حالة حدوث فشل في الأجهزة أو الكوارث الطبيعية. من خلال تكرار البيانات عبر مواقع متعددة (مثل مراكز البيانات، المناطق)، يمكنك ضمان أن التطبيقات تستمر في العمل حتى إذا أصبح أحد المواقع غير متاح.

أنواع تكرار البيانات:

• التكرار المتزامن: يتم تكرار البيانات في الوقت الفعلي بين المواقع، مما يضمن عدم فقدان البيانات. ومع ذلك، قد يؤدي ذلك إلى إدخال تأخير بسبب الوقت الذي يستغرقه تكرار البيانات عبر مسافات طويلة.
• التكرار غير المتزامن: يتم تكرار البيانات على فترات، مما يجعلها أسرع ولكنه يعرض لخطر فقدان البيانات إذا حدث فشل قبل اكتمال التكرار.

أدوات تكرار البيانات:

• GlusterFS: نظام ملفات شبكة قابل للتوسع يسمح بتكرار البيانات عبر عدة خوادم ومراكز بيانات.
• DRBD (جهاز الكتل الموزع المكرر): أداة لتكرار البيانات على مستوى الكتل بين الخوادم، مما يضمن التوافر العالي للبيانات.

الفشل التلقائي والتعافي

الفشل التلقائي هو عملية التحويل تلقائيًا إلى النظام الاحتياطي عندما يفشل النظام الأساسي. تكتشف آليات الفشل التلقائي الفشل وتبدأ عملية التعافي دون تدخل يدوي، مما يضمن الحد الأدنى من disruption للخدمات.

استراتيجيات الفشل التلقائي:

• الفشل البارد: في هذا السيناريو، يتم تشغيل النظام الاحتياطي فقط بعد فشل النظام الأساسي، مما يؤدي إلى بعض التوقف خلال عملية الفشل.
• الفشل الدافئ: يعمل النظام الاحتياطي ولكن لا يعالج الطلبات. عندما يحدث الفشل، يتولى النظام الاحتياطي مع الحد الأدنى من التأخير.
• الفشل الساخن: يعمل النظام الاحتياطي ويعالج الطلبات بالتوازي مع النظام الأساسي، مما يوفر تحويلًا سلسًا بدون توقف.

أدوات الفشل التلقائي:

• Keepalived: أداة تعتمد على Linux توفر التوافر العالي من خلال توفير الفشل التلقائي بين عدة خوادم.
• Heartbeat: برنامج تجميع لنظام Linux يوفر قدرات الفشل التلقائي عالية التوافر بين العقد في التجمع.

خطط التعافي من الكوارث

بينما يركز التوافر العالي على تقليل التوقف عن العمل، فإن خطط التعافي من الكوارث (DR) ضرورية للتعافي من الفشل الكارثي، مثل الكوارث الطبيعية أو فشل مراكز البيانات أو الأعطال الكبيرة في الأجهزة. يضمن DR المنفذ بشكل جيد استعادة الأنظمة إلى العمل الكامل بأسرع وقت ممكن.

مكونات خطة التعافي من الكوارث:

• إجراءات النسخ الاحتياطي والاستعادة: ضمان النسخ الاحتياطي المنتظم للبيانات الحيوية والتكوينات والتطبيقات واختبار عمليات الاستعادة بشكل متكرر.
• التكرار الجغرافي: نشر الموارد في مواقع جغرافية متعددة لحماية ضد فشل مستوى مركز البيانات.
• هدف نقطة الاستعادة (RPO): يشير RPO إلى الحد الأقصى المسموح به لفقدان البيانات الذي يقاس بالوقت (على سبيل المثال، فقدان 5 دقائق من البيانات).
• هدف زمن الاستعادة (RTO): يشير RTO إلى الحد الأقصى المسموح به من الوقت الذي يجب أن يستغرقه استعادة الخدمات بعد الفشل.

التوافر العالي لأنواع التطبيقات المحددة

• التوافر العالي للتطبيقات الإلكترونية: التطبيقات الإلكترونية هي غالبًا تطبيقات

حيوية، تتطلب التوافر المستمر لخدمة المستخدمين والعملاء.