Nel mondo digitale odierno, in rapida evoluzione, i tempi di inattività del sistema sono inaccettabili, specialmente per le applicazioni critiche che richiedono disponibilità continua. L'infrastruttura ad alta disponibilità (HA) è essenziale per le aziende che dipendono dall'accesso continuo alle loro applicazioni, servizi e dati. Le conseguenze dei tempi di inattività, come la perdita di entrate, la diminuzione della produttività e il danno alla reputazione, rendono imperativo costruire sistemi resilienti progettati per operare senza problemi nonostante i guasti.

Questo articolo della base di conoscenza fornisce una guida completa su come costruire un'infrastruttura ad alta disponibilità per applicazioni critiche. Tratteremo i concetti fondamentali, le strategie, gli strumenti e le migliori pratiche necessari per progettare, implementare e gestire un'architettura HA. Che tu sia un professionista IT o un imprenditore che desidera garantire la disponibilità delle applicazioni critiche, questo articolo ti fornirà le conoscenze necessarie per implementare sistemi robusti e tolleranti ai guasti.

Comprendere l'Alta Disponibilità (HA)

Cos'è l'Alta Disponibilità?

L'Alta Disponibilità si riferisce a un design di sistema che garantisce tempi di inattività minimi eliminando i punti di guasto singoli. L'obiettivo dell'architettura HA è massimizzare il tempo di attività del sistema e minimizzare l'impatto dei guasti. I sistemi HA raggiungono questo obiettivo incorporando meccanismi di ridondanza, tolleranza ai guasti e failover per garantire che, se un componente fallisce, un altro prenda il suo posto automaticamente senza interrompere i servizi.

Componenti Chiave dell'Alta Disponibilità

• Ridondanza: La ridondanza garantisce che siano disponibili più istanze di componenti critici (ad esempio, server, database, dispositivi di rete) affinché, se uno fallisce, gli altri possano subentrare immediatamente. I sistemi ridondanti possono essere implementati a vari livelli di infrastruttura, inclusi hardware, software e rete.

• Meccanismo di Failover: Il failover si riferisce al processo di commutazione da un componente guasto a un componente di backup in modo trasparente. I sistemi di failover automatizzati rilevano i guasti e trasferiscono il carico di lavoro a un sistema ridondante per garantire che le applicazioni continuino a funzionare senza tempi di inattività evidenti.

• Bilanciamento del Carico: I bilanciatori di carico distribuiscono il traffico in ingresso su più server per evitare che un solo server venga sovraccaricato. Questo non solo migliora le prestazioni, ma aumenta anche la disponibilità garantendo che, se un server si guasta, gli altri possano gestire il traffico.

• Clustering: Il clustering implica il raggruppamento di più server o nodi che lavorano insieme come un unico sistema. In un cluster HA, se un nodo fallisce, gli altri continuano a fornire i servizi necessari, evitando un guasto completo del sistema.

• Replica dei Dati: La replica dei dati garantisce che i dati critici siano copiati su più sistemi o centri dati. In caso di guasto hardware o software, i dati replicati assicurano che le operazioni possano continuare senza perdita di dati.

• Recupero da Disastri (DR): Mentre l'alta disponibilità si concentra sulla prevenzione dei tempi di inattività, il recupero da disastri si occupa del ripristino delle operazioni dopo un guasto grave o un disastro. I sistemi HA spesso si integrano con i piani DR per garantire che le applicazioni rimangano operative anche in situazioni catastrofiche.

Principi di Progettazione dell'Infrastruttura ad Alta Disponibilità

Eliminare i Punti di Guasto Singoli

Uno dei principi fondamentali dell'architettura HA è eliminare i punti di guasto singoli. Un punto di guasto singolo è qualsiasi componente il cui guasto causerebbe il fermo dell'intero sistema. Per prevenire ciò, è fondamentale assicurarsi che nessun componente, sia hardware, software o rete, esista in isolamento senza un backup o un meccanismo di failover.

Passaggi per Eliminare i Punti di Guasto Singoli:

• Utilizzare server ridondanti: Implementare più istanze di server applicativi, server di database e sistemi di archiviazione. Se un server fallisce, gli altri possono continuare a gestire il carico di lavoro.
• Ridondanza della rete: Garantire che i percorsi di rete siano ridondanti utilizzando più interfacce di rete, router, switch e bilanciatori di carico.
• Alimentazione ridondante: Implementare alimentatori senza interruzioni (UPS) e fonti di alimentazione ridondanti per evitare tempi di inattività a causa di interruzioni di corrente.

Implementare il Bilanciamento del Carico

Il bilanciamento del carico è un componente critico di un'infrastruttura HA, in quanto garantisce che il traffico sia distribuito uniformemente su più server. Questo non solo migliora le prestazioni delle applicazioni, ma garantisce anche la disponibilità in caso di guasto di un server.

Tipi di Bilanciatori di Carico:

• Bilanciatori di carico hardware: Dispositivi dedicati che bilanciano il traffico tra più server. Sono adatti per ambienti ad alto traffico e offrono funzionalità avanzate come la terminazione SSL e i controlli di integrità.
• Bilanciatori di carico software: Soluzioni basate su software come Nginx, HAProxy o AWS Elastic Load Balancer distribuiscono il traffico tra i server. Questi sono più flessibili e convenienti per ambienti di piccole e medie dimensioni.

Vantaggi del Bilanciamento del Carico:

• Scalabilità: Man mano che il traffico cresce, i bilanciatori di carico consentono di aggiungere più server per gestire il carico crescente.
• Resilienza: Se un server diventa non responsivo, il bilanciamento del carico instrada automaticamente il traffico verso i server sani, garantendo la disponibilità continua.

Implementare il Clustering

Il clustering implica il collegamento di più server per operare come un'entità unica. Ciò garantisce che, se un nodo fallisce, altri possano immediatamente subentrare senza influire sulla disponibilità del servizio.

Tipi di Clustering:

• Clustering attivo-attivo: Tutti i nodi nel cluster gestiscono attivamente le richieste. Se un nodo fallisce, gli altri nodi continuano a elaborare il carico di lavoro, garantendo che non ci siano tempi di inattività.
• Clustering attivo-passivo: In questa configurazione, un nodo è attivo mentre l'altro è in standby. Se il nodo attivo fallisce, il nodo passivo diventa attivo e subentra nel carico di lavoro.

Strumenti per il Clustering ad Alta Disponibilità:

• Pacemaker: Pacemaker è un gestore delle risorse del cluster che garantisce la disponibilità delle risorse, come servizi e applicazioni, monitorando i nodi del cluster e gestendo i failover.
• Corosync: Corosync fornisce comunicazione di gruppo, appartenenza al cluster e servizi di quorum per i cluster HA.

Replicare i Dati su Più Località

La replica dei dati è fondamentale per garantire che i dati critici siano sempre disponibili, anche in caso di guasti hardware o disastri naturali. Replicando i dati su più località (ad esempio, centri dati, regioni), puoi garantire che le tue applicazioni continuino a funzionare anche se una località diventa non disponibile.

Tipi di Replica dei Dati:

• Replica sincrona: I dati vengono replicati in tempo reale tra le località, garantendo che non vi sia perdita di dati. Tuttavia, può introdurre latenza a causa del tempo necessario per replicare i dati su lunghe distanze.
• Replica asincrona: I dati vengono replicati a intervalli, rendendola più veloce ma con il rischio di perdita di dati se si verifica un guasto prima che la replica sia completata.

Strumenti per la Replica dei Dati:

• GlusterFS: Un file system di rete scalabile che consente di replicare i dati su più server e centri dati.
• DRBD (Distributed Replicated Block Device): Uno strumento di replica a livello di blocco per replicare i dati tra server, garantendo un'alta disponibilità dei dati.

Failover e Recupero Automatica

Il failover è il processo di commutazione automatica a un sistema di backup quando il sistema principale fallisce. I meccanismi di failover automatizzati rilevano i guasti e avviano il processo di recupero senza intervento manuale, garantendo una minima interruzione dei servizi.

Strategie di Failover:

• Failover freddo: In questo scenario, il sistema di backup viene avviato solo dopo il guasto del sistema principale. Ciò introduce un po' di inattività durante il processo di failover.
• Failover caldo: Il sistema di backup è in esecuzione e sta elaborando richieste parallelamente al sistema principale. Questo fornisce un failover senza interruzioni con zero tempi di inattività.

Strumenti per l'Automazione del Failover:

• Keepalived: Uno strumento basato su Linux che abilita l'alta disponibilità fornendo failover tra più server. Utilizza il protocollo VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol) per ottenere ridondanza.
• Heartbeat: Un software di clustering per Linux che fornisce funzionalità di failover ad alta disponibilità tra nodi in un cluster.

Pianificazione del Recupero da Disastri

Mentre l'alta disponibilità si concentra sulla minimizzazione dei tempi di inattività, i piani di recupero da disastri (DR) sono necessari per recuperare da guasti catastrofici, come disastri naturali, guasti nei centri dati o malfunzionamenti hardware significativi. Un piano DR ben implementato garantisce che i sistemi possano essere ripristinati rapidamente e completamente.

Componenti di un Piano di Recupero da Disastri:

• Procedure di backup e ripristino: Assicurati che vengano effettuati backup regolari dei dati critici, delle configurazioni e delle applicazioni e che i processi di recupero vengano testati frequentemente.
• Redondanza geografica: Distribuire risorse in più località geografiche per proteggere contro guasti a livello di centro dati.
• Obiettivo di Punto di Recupero (RPO): L'RPO si riferisce alla massima quantità di perdita di dati accettabile misurata nel tempo (ad esempio, 5 minuti di perdita di dati).
• Obiettivo di Tempo di Recupero (RTO):L'RTO si riferisce alla quantità massima di tempo che dovrebbe essere impiegato per ripristinare i servizi dopo un guasto.