Как управлять высокой доступностью и горизонтальным масштабированием входного шлюза (для сценариев HTTP2/GRPC)?

Содержание

Вопрос или проблема
Ответ или решение
1. Задачи и сложности
2. Реализация горизонтального масштабирования
2.1 Конфигурация Kubernetes
2.2 Обработка нагрузки
2.3 Мониторинг и управление
3. Заключение

Вопрос или проблема

Балансировка нагрузки на основе запросов для приложений за шлюзом входа будет обеспечиваться самим шлюзом входа, но как обеспечить балансировку нагрузки для самих прокси-шлюзов входа для HTTP2/GRPC

Если я правильно понимаю, для шлюза входа (прокси-шлюза) будут прокси-поды, и обычно перед ними находится служба балансировки нагрузки, которая выставляет их извне.

Прокси-поды можно масштабировать горизонтально, чтобы справляться с нагрузкой и для высокой доступности. Служба Kubernetes будет заботиться о базовой балансировке нагрузки между несколькими прокси (шлюзами) подами.

Поскольку балансировка нагрузки служб Kubernetes ведется на уровне соединений (L4) и не на уровне запросов, я полагаю, что используются некоторые шлюзы входа/прокси L7 или сервисные мэш-системы. Как управлять масштабированием и высокой доступностью для этих прокси-подов (шлюза входа), когда тип запросов – HTTP2/GRPC или даже для HTTP1 (где установлен заголовок Keep-Alive), когда клиенты продолжают повторно использовать одно и то же соединение?

Ответ или решение

Управление высокой доступностью и горизонтальным масштабированием Ingress Gateway для сценариев HTTP2/GRPC

В современных распределённых системах управление высокой доступностью (HA) и горизонтальным масштабированием (Horizontal Scaling) является ключевым аспектом обеспечения производительности и надежности приложений. В частности, для Ingress Gateway, который обрабатывает трафик HTTP/2 и gRPC, необходимо учитывать особенности работы с соединениями и нагрузкой.

1. Задачи и сложности

Ingress Gateway служит точкой входа для запросов, поступающих к вашему приложению. Он сам представляет собой набор прокси-подов, которые распределяют входящий трафик по сервисам. Для маршрутизации запросов, основанных на HTTP/2 и gRPC, важно учитывать следующие моменты:

Состояние соединений: В HTTP/2 и gRPC используются постоянные соединения (Keep-Alive), что означает, что клиенты могут повторно использовать одно и то же соединение для нескольких запросов. Это добавляет сложности для балансировки нагрузки.
Ограничения на уровне L4: Стандартные Kubernetes-сервисы обеспечивают балансировку нагрузки на уровне подключения (Layer 4), не учитывая конкретные HTTP-запросы, что может привести к неравномерному распределению нагрузки.

2. Реализация горизонтального масштабирования

Для достижения эффективного горизонтального масштабирования и высокой доступности Ingress Gateway в сценариях HTTP/2 и gRPC следуйте этим шагам:

2.1 Конфигурация Kubernetes

Создание развертывания (Deployment):
Настройте развертывание для вашего Ingress Gateway с необходимым числом реплик. Например:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
 name: my-ingress-gateway
spec:
 replicas: 3
 selector:
   matchLabels:
     app: ingress-gateway
 template:
   metadata:
     labels:
       app: ingress-gateway
   spec:
     containers:
     - name: ingress-gateway
       image: my-ingress-gateway-image

Использование службы (Service):
Создайте сервис типа LoadBalancer, чтобы обеспечить доступ к Ingress Gateway извне:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
 name: my-ingress-gateway
spec:
 type: LoadBalancer
 ports:
   - port: 80
     targetPort: 80
   - port: 443
     targetPort: 443
 selector:
   app: ingress-gateway

2.2 Обработка нагрузки

Чтобы эффективно управлять нагрузкой, учитывая постоянные соединения, можно использовать следующее:

Использование прокси на уровне L7: В дополнение к API Gateway, используйте решения, как Istio или Linkerd, которые могут обеспечить балансировку нагрузки на уровне запросов (Layer 7). Эти решения могут анализировать HTTP-заголовки и маршрутизировать запросы в зависимости от уровня нагрузки на целевые поды.
Использование gRPC Load Balancing: Если ваше приложение активно использует gRPC, предусмотрите настройки балансировки нагрузки gRPC. gRPC поддерживает различные модели балансировки нагрузки на уровне клиента, такие как Round Robin, что может снизить зависимость от состояния соединений.

2.3 Мониторинг и управление

Непрерывный мониторинг и управление состоянием прокси-подов критически важны для поддержания высокой доступности:

Мониторинг состояния: Используйте инструменты мониторинга, такие как Prometheus и Grafana, для отслеживания состояния вашего Ingress Gateway и целевых сервисов. Настройте оповещения на основе метрик, чтобы быстро реагировать на перегрузки или сбои.
Автоматизация с использованием HPA: Настройте Horizontal Pod Autoscaler (HPA) для автоматического масштабирования подов в зависимости от метрик, таких как использование CPU или нагрузка на сеть.

3. Заключение

Управление высокой доступностью и горизонтальным масштабированием Ingress Gateway для HTTP2 и gRPC требует комплексного подхода. Это включает правильную конфигурацию Kubernetes, использование L7 прокси для эффективной балансировки нагрузки и настройки мониторинга для оперативного управления состоянием систем. Следуя этим рекомендациям, вы сможете достичь стабильной и производительной архитектуры, способной обрабатывать большие объемы запросов с высокой эффективностью.