البحث في الموقع

مقدمة يعدّ توزيع الحِمل Load balancing مكوِّنا أساسيًّا في البنى التحتية عالية التوفر Highly-available، إذ يكثر استخدامه لتحسين الأداء والثبات في مختلف الخدمات على الشبكة؛ بما في ذلك مواقع الوِب، التطبيقات، قواعد البيانات وغيرها. يقوم مبدأ توزيع الحِمل على الاعتماد على أكثر من خادوم وتوزيع العمل المطلوب إنجازه بينها. يوضّح المخطّط التالي بنية تحتية لموقع وِب بدون توزيع حِمل. يتصل الزائر في هذا المثال بخادوم الوِب مباشرة، على العنوان yourdomain.com. إن حدث خلل يجعل الخادوم المضيّف للموقع yourdomain.com غير قادر على العمل فإن الوصول إلى هذا الموقع لن يكون متاحا. علاوةً على ذلك؛ إن أراد الكثير من الزوّار الوصول إلى الموقع في نفس اللحظة ولم يستطع الخادوم التعامل معهم بالسرعة المطلوبة فإن تنزيل صفحات الموقع سيصير بطيئًا، وربما يصبح خارج الخدمة. يمثّل الخادوم في هذه الحالة نقطة إخفاق Point of failure بالنسبة للبنية التحتية، فتوقفه عن العمل يجعل البنية بجميع مكوّناتها خارج الخدمة. يمكن التخفيف من تأثير نقطة الإخفاق الوحيدة هذه بإضافة موزّع حِمل Load balancer وخادوم وِب آخر على الأقل إلى السند الخلفي Backend. تقدّم جميع الخواديم في السند الخلفي نفس المحتوى، فيحصُل الزائر بالتالي على محتوى متجانس بغضّ النظر عن خادوم الوِب الذي أجاب عن طلبه. يتصل الزائر في المخطط أعلاه أولا بموزّع الحِمل الذي يوجّه طلب الزائر إلى خادوم في السند الخلفي. يجيب الخادوم الذي وُجِّه إليه الطلبُ الزائرَ مباشرة. يصبح موزّع الحِمل في هذه الحالة هو نقطة الإخفاق، بمعنى أن توقفه عن العمل يجعل كامل البنية التحتية تتوقف عن العمل. يمكن التغلب على هذا المشكل بإدراج موزّع حِمل ثان؛ إلا أننا سنشرح - قبل أن نناقش هذه الإمكانية - كيفية عمل موزّع الحِمل. ما نوع حركة البيانات التي يمكن لموزع الحمل التعامل معها؟ يستخدم مديرو الأنظمة موزّعات الحمل لإنشاء قواعد توجيه تتعامل أساسا مع أنواع البيانات الأربعة التالية: HTTP: تُوجَّه حركة البيانات في هذه الحالة اعتمادًا على الآليات المعيارية لميثاق HTTP. يعيّن موزّع الحِمل قيم الترويسات X-Forwarded-For، X-Forwarded-Proto وX-Forwarded-Port من أجل تمرير المعلومات الأصلية عن الطلب، أي تلك القادمة من الزائر، إلى الخادوم الذي سيردّ على الطلب . HTTPS: يشبه هذا النوع النوعَ السابق، مع فرق أنه يستخدم التعميّة Encryption. تُعالَج البيانات المعمّاة بإحدى طريقتيْن: تمرير SSL +(أو SSL Passthrough)وتعتمد هذه الطريقة على الاحتفاظ بالتعميّة إلى أن تصل البيانات للخادوم الذي سيجيب على الطلب؛ أما الثانيّة فتُدعى إنهاء SSL (أو SSL Termination) ويوضَع عبء التعميّة وفكّها على موزّع الحمل، غير أن البيانات بين موزّع الحمل وخادوم الوِب تُنقَل دون تعميّة، عكس الطريقة الأولى. TCP: يمكن استخدام ميثاق TCP لتوزيع حركة البيانات بين تطبيقات لا تستخدم HTTP أو HTTPS؛ مثلا بين عنقود Cluster من خواديم قواعد البيانات. UDP: تدعم بعض موزعات الحمل الحديثة توجيه البيانات الخاصّة بمواثيق الإنترنت التي تستخدم حزم UDP مثل نظام أسماء النطاقات DNS وsyslogd. تعرّف قواعدُ التوجيه الميثاقَ والمنفَذ Port على موزّع الحمل وتربطهما بميثاق ومنفَذ موجودين على الخادوم الذي يختاره موزّع الحِمل للإجابة على طلب الزائر. كيف يختار موزّع الحمل خادوما في السند الخلفي؟ يختار موزّع الحمل الخادوم الذي سيتولّى الإجابة على الطلب بناء على عاملَيْن: أولاً؛ يتأكّد موزّع الحمل من قدرة الخادوم على الإجابة على الطلبات التي ترده، ثم يستخدم مجموعة من القواعد المضبوطة مسبقا لاختيار خادوم من بين الخواديم القادرة على الإجابة على الطلب. التحقق من قدرة الخادوم لا يجوز أن توجِّه موزعات الحِمل الطلبات إلى خادوم ليست لديه القدرة على التعامل معها. يراقب موزّع الحمل حالة الخواديم في السند الخلفي بمحاولة الاتصال بها مستخدما الميثاق والمنفَذ المعرَّفيْن في قواعد التوجيه المضبوطة عليه. إن أخفق خادوم في الإجابة على محاولات موزّع الحمل للاتصال به فإن موزع الحمل يعدّه غير قادر على معالجة الطلبات، ويحذفه بالتالي من قائمة الخواديم لديه، فلا يُوجِّه له أي طلب؛ إلى أن يجيب بطريقة مناسبة على محاولات الاتّصال اللاحقة. خوارزميّات توزيع الحِمل تحدّد خوارزميّة خادوما - من بين الخواديم الجاهزة للإجابة - لتوجيه الطلب إليه. تعدّ الخوارزميّات التالية من بين الخوارزميّات الأكثر استخداما في توزيع الحمل: الاختيار الدوري Round robin: تُختار الخواديم في هذه الخوارزميّة بالتتالي. يوجّه موزع الحمل عند استخدام هذه الخوارزمية أول طلب إلى أول خادوم في قائمته، ثم عند وصول الطلب الثاني يوجّهه إلى الخادوم الموالي، وهكذا إلى أن يصل لآخر خادوم في القائمة فيعود للأول. الأقل اتصالات Least connections: يُنصَح بهذه الخوارزميّة عندما تأخذ جلسات الاتصال Sessions آمادا طويلة. يختار الموزّع في هذه الحالة الخادوم ذا الاتصالات النشطة اﻷقل عددا. حسب المصدر Source: يختار موزّع الحمل عند استخدام هذه الخوارزميّة الخادومَ الذي سيجيب على الطلب بناءً على عنوان IP المصدَر، مثلا؛ عنوان IP الزائر. يعني استخدامُ هذه الخوارزميّة أن طلبات زائر معيَّن ستُوجَّه دوما إلى نفس الخادوم. تختلف الخوارزميّات المتاحة للاختيار بينها، حسب التقنيات المستخدمة في موزّع الحمل. كيف تتعامل موزّعات الحِمل مع الحالة State؟ تطلب بعض التطبيقات أن يواصل الزائر الاتصال بنفس الخادوم خلال جلسة الاتصال الواحدة. يمكن عند الاقتضاء استخدام خوارزميّة الاختيار حسب المصدر التي تركّز على عنوان الزائر. توجد طريقة أخرى لتلبية هذه الحاجة، وذلك بتنفيذها على مستوى تطبيق الوِب عبر الجلسات الملتصقة Sticky sessions. إذ يعيّن موزّع الحمل ملف تتبّع Cookie خاصّ بكل جلسة ثم يوجّه الطلبات التابعة لنفس الجلسة إلى نفس الخادوم، اعتمادا على ملف التتبع. تكرار موزّعات الحمل ذكرنا سابقا أن موزّع الحِمل يمكن أن يمثّل نقطة إخفاق إن كان وحيدا، وأنه يمكن تصحيح هذه الوضعية بإضافة موزّع حمل ثان. يتصل موزّع الحِمل الجديد بالأوّل لتشكيل عنقود من خادومَيْ توزيع حِمل يراقب كلّ منهما الآخر ويتأكّد من جاهزيّته لتلقي الطلبات وتوجيهها إلى الخادوم المناسب في المنتهى الخلفي. يمكن لكلٍّ من الخادوميْن في هذه الحالة اكتشاف إخفاق الآخر وعودته إلى العمل. يُحيل نظام أسماء النطاقات DNS المستخدمين إلى موزّع الحِمل الثاني في حال توقّف الأول عن العمل؛ إلا أنّ سجلات أسماء النطاقات يمكن أن تأخذ وقتا حتى يكتمل تحديثها لدى المستخدمين في جميع أنحاء العالم. يلجأ كثير من مديري الأنظمة، للتغلّب على هذا المشكل، إلى وسائل تتيح إعادة تعيين عناوين IP بمرونة، مثل عناوين IP العائمة Floating IPs. تتخلّص هذه الوسائل من مشاكل انتشار السجلات وتحديث التخبئة في سجلات DNS بتوفير عنوان IP ثابت يمكن إعادة تعيينه حسب الحاجة، وبسرعة. لا تغيّر إعادة تعيين IP من العنوان الذي تشير إليه سجلات DNS، إلا أنها تجعل من الممكن نقل عنوان IP نفسه بين خواديم مختلفة. ترجمة - بتصرف - لمقال What is Load Balancing? لصاحبته Melissa Anderson.

يعرض هذا الدّرس والذي يُعتبر الأول من سلسلة ذات ستة أجزاء كيفية إعداد بنية تحتية لتطبيق مكوَّن من خواديم عدة، انطلاقا من الصفر. سيحتوي الإعداد النهائي على آليات للنسخ الاحتياطي Backup، المراقبة Monitoring، نُظُم مركزية للسجلات Centralized logging مما يعزز من إمكانية تشخيص المشاكل واستعادة إعدادات التطبيق عند الحاجة. الهدف الأسمى هو إنشاء نظام إدارة قائم بذاته، والتعريف بأهم المفاهيم والاعتبارات العملية التي ينبغي التنبه لها عند إعداد خادوم موجَّه للإنتاج Production server. ملحوظة: توجد -عادة- أثناء تطوير وإعداد البرامج بيئة إنتاج وبيئة اختبار (أو أكثر). في بيئة الاختبار يستخدم قليلون التطبيق، ويكون المستخدمون في هذه الحالة غالبا مطورين يبحثون عن علل لترقيعها. في الجانب الآخر فإن التطبيق في بيئة الإنتاج يستخدمه المستهدَفون الحقيقيون بالمنتَج (التطبيق)؛ لذا يجب أن يعمل بكفاءة وسلاسة. قراءة الدّرس التالي وفهمه سيساعدك في المضي قدما مع هذا الدّرس: خمسة إعدادات شائعة لتطبيقات الوب.يقدم المقال خطوطا عريضة لإعداد تطبيق موجَّه للإنتاج، بينما يوضح هذا الدّرس كيفية التخطيط لتطبيق نموذجي وإعداده من البداية إلى النهاية. المأمول هو أن يساعدك الدرس في التخطيط لإعداد خادومك الخاص ثم تنفيذ الإعداد حتى ولو كنت تشغِّل حزمة تطبيقات مختلفة تماما. يحيل الدّرس في أحيان كثيرة، نظرا لأنه يغطي مواضيع مختلفة من إدارة النظم، إلى شروحات مفصلة ضمن مقالات أخرى تقدم معلومات إضافية. الهدفسنحصل بنهاية مجموعة المقالات هذه على خادوم إنتاج معدّ لتشغيل تطبيق PHP، ووردبريس على سبيل المثال، يمكن الوصول إليه عبر العنوان https://www.example.com/. سنعدّ أيضا خواديم إضافية لدعم خواديم التطبيق في بيئة الإنتاج. سيبدو الإعداد النهائي على النحو التالي (لا تظهر خواديم نظام إدارة النطاقات DNS الداخلية ولا النسخ الاحتياطية البعيدة في الصورة أدناه): نعُدُّ الخواديم الموجودة في مربع التطبيق ضرورية ليعمل التطبيق على النحو المرجو. تعمل العناصر المتبقية - النسخ الاحتياطية، المراقبة، والسجلات - بجانب خطة الاستعادة وخادوم النسخ الاحتياطي البعيد؛ على دعم خادوم الإنتاج. سنثبت كل عنصر على خادوم Ubuntu 14.04 منفصل ضمن نفس الحيز الجغرافي مع تفعيل التشبيك الخاص Private networking. نستخدم أسماء المستضيفات Hostnames لتمييز الخواديم المكوِّنة للتطبيق: lb1: موزع الحمل HAProxy، يمكن الوصول إليه عبر العنوان https://www.example.com/.app1: خادوم تطبيقات Apache و PHP.app2: خادوم تطبيقات Apache و PHP.db1: خادوم لقاعدة بيانات MySQL.من المهم التنبيه إلى أنه تم اختيار هذا النوع من الإعداد لتوضيح كيف يمكن لعناصر تطبيق أن تُنشأ على خواديم عدة؛ يجب أن يُخصَّص إعداد تطبيقك بناء على احتياجاتك. توجد نقطة إخفاق Point of failure وحيدة في هذا الإعداد، ويمكن التغلب عليها بتركيب موزع حمل إضافي (وخادوم DNS دوري) ومضاعفة قاعدة البيانات؛ وهو ما لن تطرق إليه في هذا الدرس. نميز العناصر الداعمة للتطبيق بأسماء المستضيفات التالية: النسخ الاحتياطية backups: خادوم النسخ الاحتياطي Bacula.المراقبة monitoring: خادوم Nagios.السجلات logging: سجلات مركزية باستخدام حزمة برمجيات مكونة من Kibana (ELK)، Logstash و Elasticsearch.توجد عناصر أخرى لا تظهر في الصورة، وهي: ns1: وهو خادومنا الرئيس لنظام أسماء النطاقات. نستخدم Bind لهذا الغرض.ns2: وهو الخادوم الثانوي لنظام أسماء النطاقات. نستخدم Bind.remotebackups: خادوم بعيد يوجد في منطقة جغرافية أخرى نحفظ عليه نسخ Bacula الاحتياطية احترازا من كارثة تحل بمركز البيانات الذي يوجد فيه التطبيق.يمكنك أيضا استخدام عنوان IP عائم Floating IP؛ وهو عبارة عن عنوان IP ثابت يُتاح للعموم الوصول إليه ويمكن توجيهه إلى أحد خواديمك الافتراضية أو بنيتك التحتية المكرَّرة Redundant ثم إطلاق موقعك أو خدمتك باستخدام عنوان IP عمومي وحيد. يمكن بعدها إعادة توجيه العنوان العائم إلى خادوم جديد من أجل بيئة إنتاج أكثر مرونة وأسرع تجاوبا. سنضع أيضا خطط استعادة لكلٍّ من العناصر المكونة للتطبيق. ستكون لدينا، عند بلوغ الهدف النهائي، عشرة خواديم. سننشئها كلَّها في نفس الوقت لتسهيل بعض الأمور مثل إعداد النطاقات؛ ولكن يمكنك إنشاؤها الواحد تلو الآخر حسب الحاجة. شبكة خاصة افتراضية Virtual Private Network (اختياري)إذا أردت تأمين اتصالات الشبكة بين خواديمك فيجب عليك إعداد شبكة خاصة افتراضية VPN. يصبح تأمين نقل البيانات عبر الشبكة بتعميتها Encryption أكثر أهمية إذا كانت البيانات تمر عبر الإنترنت. من منافع استخدام شبكة خاصة افتراضية التحقق من هوية المستضيفات بالاستيثاق منها؛ وهو ما يحمي من المصادر التي لا يُرخص لها الوصول للخدمات. إذا كنت تبحث عن أداة مفتوحة المصدر فيمكنك استخدام OpenVPN واتباع خطوات درس دليلك لكيفية إعداد خادوم OpenVPN على Ubuntu لإعداده. المتطلباتيتوجب أن يكون لدى كل خادوم أوبنتو 14.04 حساب مستخدم بصلاحيات إدارية غير المستخدم الجذر؛ يمكن إعداد مستخدم لهذا الغرض باتّباع الخطوات المشروحة في مقال الإعداد الابتدائي لخادوم أوبنتو 14.04. سننفّذ كل الأوامر باستخدام هذا الحساب. سنفترض أيضا أن لديك معرفة بالمفاهيم الأساسية للأمان في لينكس. إذا رغبت في درس تمهيدي حول الموضوع فيمكن الاطلاع على مقال 7 تدابير أمنيّة لحماية خواديمك. اسم نطاقنفترض في هذا المقال أن الوصول إلى التطبيق يكون عبر اسم نطاق، example.com مثلا. إنْ لم يكن لديك اسم نطاق فبالإمكان شراء واحد من أحد مسجلي أسماء النطاقات Domain name registrar. نحتاج اسم النّطاق ليس فقط لتسهيل الوصول إلى الموقع (مقارنة بعنوان IP المكون من أرقام فقط) بل أيضا للحصول على فوائد التحقق من الهوية والنطاق؛ وهو ما يتيح إمكانية الاستفادة من شهادات SSL التي تعمّي البيانات المنقولة بين التطبيق ومستخدميه. شهادة SSLيعمل بروتوكول TLS/SSL على تعميّة البيانات والتحقق من نطاقها أثناء الاتصال بين التطبيق ومستخدميه؛ لذا سنستخدم شهادة SSL لإضافة هذا الإعداد. في المثال نريد أن يصل المستخدمون إلى الموقع عبر العنوان www.example.com وهي القيمة التي سنحددها في الاسم الشّائع للشهادة Common Name (أو ما يُعرف اختصارًا بـ CN). سنثبت الشهادة على خادومHAProxy (المُسمّى lb1) وهو ما يعني أنه من الأفضل توليد مفاتيح الشهادة وطلب توقيع الشهادة Certificate Signing Request CSR على هذا الخادوم. إذا احتجت للتحقق من الهوية فستحتاج لشراء شهادة SSL. توجد الكثير من سلطات الشهادات Certificate Authorities التجارية التي يمكن شراء شهادة SSL منها. كما توجد إمكانية لاستخدام شهادة مجانية من StartSSL يتوفر أيضا حل بديل يتمثل في التوقيع الذاتي لشهادة SSL بتنفيذ الأمر التالي: sudo openssl req -x509 -nodes -days 365 -newkey rsa:2048 -keyout ~/www.example.com.key -out ~/www.example.com.crtالخطوات المتبعة للوصول إلى الهدفعرضنا في الفقرات السابقة نظرة عامة على إعداد تطبيقنا الموجَّه للإنتاج، ننتقل الآن لإنشاء خطة عامة نسير وفقها لتحقيق هدفنا. العناصر الأهم هي تلك التي يتكون منها التطبيق؛ لذا يجب أن نشغلها مبكرا. لكن نظرا لأننا نخطط لاستخدام عنونة تعتمد على أسماء النطاقات للاتصالات ضمن الشبكة الخاصة فيجب أن نعد نظام أسماء النطاقات أولا. سنعدّ، بعد الانتهاء من ضبط إعداد النطاقات، الخواديم التي تكون التطبيق من أجل أن يكون جاهزا للتشغيل. يحتاج التطبيق إلى أن تكون قاعدة بيانات مهيَّأة سلفا، كما يتطلب موزع الحِمل أن يكون التطبيق جاهزا. انطلاقا من هذه الاعتبارات فإن إعداد العناصر سيكون حسب الترتيب التالي: خادوم قاعدة البيانات.خواديم التطبيق.موزع الحمل.سيمكننا - بعد إكمال الخطوات السالفة الذكر من أجل إعداد التطبيق - استنباطُ خطة للاستعادة اعتمادا على سيناريوهات عدة. ستكون خطة الاستعادة أساسية في التخطيط لآليات النسخ الاحتياطي. بعد خطة الاستعادة يأتي دور إعداد النسخ الاحتياطي ثم بعد استكماله يمكن ضبط نظام المراقبة من أجل التأكد من أن جميع الخواديم وكل الخدمات في وضعيةِ عمل مقبولة. ثم نأتي للخطوة الأخيرة وهي إنشاء نظام مركزي لتخزين السجلات مما يسمح بعرضها عند الحاجة، تشخيص المشاكل عند حدوثها وتحليلها لتحديد أنواع الاستخدام وطبيعته. خاتمةخطة العمل جاهزة الآن مما يعني أننا جاهزون للبدء في تنفيذ إعدادات التطبيق. ينبغي تذكر أن هذا الإعداد، رغم أنه يعمل على النحو المراد، يبقى مثالا يجب أن تستطيع التقاط معلومات مفيدة منه ثم استخدام ما تعلمته لتحسين إعداد تطبيقك الخاص. ترجمة -وبتصرّف- لمقال Building for Production: Web Applications — Overview لصاحبه Mitchell Anicas. حقوق الصورة البارزة: Designed by Freepik.

HAProxy (والذي يرمز إلى الوسيط عالي التوفّر High Availability Proxy) هو عبارة عن تطبيق موزانة حملٍ مفتوح المصدر لبروتوكول TCP/HTTP يُمكن أن يتم تشغيله على أنظمة لينكس، Solaris وFreeBSD. يتم استخدامه بشكلٍ شائع لتحسين أداء ومرونة بيئة خادوم الويب عبر توزيع الحمل على خواديم أخرى متعددة (كمثال: خادوم للويب، خادوم للتطبيق، خادوم لقاعدة البيانات..). يتم استخدام HAProxy في العديد من البيئات عالية التوفّر مثل: GitHub، Imgur, Instagram و Twitter. في هذا الدرس، سنتعرّف على ماهيّة HAProxy بشكلٍ عام، مصطلحات موازنة الحمل الأساسية وأمثلةٍ لكيفية استخدامه لتحسين أداء ومرونة بيئة خادوم الويب الخاصّ بك. مصطلحات HAProxyهناك العديد من المصطلحات والمفاهيم التي من المهمّ فهمها عند الحديث عن موازنة الحمل واستخدام الوسيط (Proxying)، سنتحدّث عن أهمّ هذه المصطلحات في الأقسام الفرعيّة التالية. قبل أن نبدأ بالحديث عن الأنواع الأساسية لموازنة الحمل، سنتحدّث عن قوائم تحكّم الوصول (ACLs – Access Control Lists)، الواجهات الخلفيّة (backends) والواجهات الأماميّة (frontends). قائمة تحكّم الوصول (ACL)في ارتباطٍ وثيق مع مبدأ موازنة الحمل، يتم استخدام قوائم تحكّم الوصول (Access Control List) لاختبار بعض الشروط وتنفيذ بعض الأوامر (كمثال: اختيار خادومٍ معيّن، حظر طلبٍ ما..) بناءً على نتيجة الاختبار. يسمح استخدام قوائم تحكّم الوصول بعمليةِ إعادة توجيهٍ مرنة لتدفّق الشبكة (network traffic) بناءً على عدّة عوامل مثل مطابقة النمط (pattern matching) وعدد الاتصالات المُرسلة إلى الواجهة الخلفيّة. مثال على ACL: acl url_blog path_beg /blogتكون قائمة تحكّم الوصول السابقة متطابقة في حال كان المسار الذي يطلبه المستخدم مبدوءًا بـ blog/. هذا يعني أنّ مسارًا مثل http://yourdomain.com/blog/blog-entry-1 مثلًا كان ليكون متطابقًا مع القائمة في حال تطبيقها. لدليلٍ تفصيلي حول كيفية استخدام ACL، راجع دليل إعداد HAProxy. الواجهة الخلفيّة Backendالواجهة الخلفيّة هي عبارة عن مجموعة خواديم تتلقى الطلبات (requests) الموجّهة إليها. يتمّ تعريف الواجهات الخلفيّة في قسم backend في ملفّ إعدادات HAProxy. في شكلها الأكثر بساطةً يمكننا تعريف الواجهة الخلفيّة عبر: خوارزميات موازنة الحمل التي يجب استخدامها.قائمة من الخواديم والمنافذ (Ports).يمكن لواجهةٍ خلفيّة أن تحتوي خادومًا واحدًا أو أكثر فيها. بشكلٍ عام، إضافة المزيد من الخواديم إلى واجهتك الخلفيّة سيزيد من سعة التحمّل القصوى الخاصّة بموقعك عبر توزيع الحمل على أكثر من خادومٍ واحد. يتم توفير عمليّة زيادة المرونة أيضًا باستخدام هذه الطريقة، ففي حال تعطّل أحد خواديمك، سيبقى هناك غيره ليقوم بخدمة الزوّار. إليك مثالًا على إعدادات واجهتين خلفيّتين، web-backend وblog-backend مع خادومين اثنين لكلّ واحدٍ منهما، يعملان على المنفذ 80: backend web-backend balance roundrobin server web1 web1.yourdomain.com:80 check server web2 web2.yourdomain.com:80 check backend blog-backend balance roundrobin mode http server blog1 blog1.yourdomain.com:80 check server blog1 blog1.yourdomain.com:80 checkيقوم السطر balance roundrobin بتحديد خوارزميّة موازنة الحمل التي سيتم استعمالها، والتي سنتحدث عنها في قسمٍ لاحق.يحدد سطر mode http أنّه سيتم استخدام الطبقة 7 كوسيط، سنشرح هذا الأمر أيضًا في قسمٍ لاحق.يقوم الخيار check في نهاية السطور المبدوءة بـserver بإخبار النظام بوجوب التحقق من حالة خواديم الواجهة الخلفيّة هذه في كلّ مرّة.الواجهة الأماميّة Frontendتقوم بالواجهة الأماميّة بتعريف كيفية إعادة توجيه الطلبات إلى الواجهات الخلفيّة backends. يتم تعريف الواجهات الأماميّة في قسم frontend في ملفّ إعدادات HAProxy. تتكون تعريفاتها من المكونات التالية: مجموعة من عناوين الـIP والمنافذ (مثل: 10.1.1.7:80، *:443، إلخ..).قوائم تحكّم الوصول ACLs.قواعد use_backend، والتي تعرّف أيًّا من الواجهات الخلفيّة يجب استخدامها اعتمادًا على ما إذا كانت قوائم تحكّم الوصول متطابقة معها في كلّ مرّة أم لا، و/أو قاعدة default_backend والتي تقوم بمعالجة الحالات الأخرى.يمكن إعداد واجهةٍ أمامية تبعًا لأنواعٍ مختلفة من تدفّقات الشبكة، وهو ما سنشرحه في القسم التالي. أنواع موازنة الحملالآن وبعد أن فهمنا المكوّنات الأساسية التي يتم استخدامها في عملية موازنة الحمل، فلنتطرّق إلى الأنواع الأساسية لموازنة الحمل. موازنة الحمل المعدومة No Load Balancingيمكن لبيئة تطبيق ويبٍ بسيطة لا تستعمل أيًّا من طرق موازنة الحمل أن تبدو بالشكل التالي: في هذا المثال، يتّصل المستخدم مباشرةً إلى خادوم الويب الخاصّ بك في yourdomain.com حيث لا يوجد أيّ نوع من موازنة الحمل. إذا تعطّل خادوم الويب الوحيد، فإنّ المستخدم لن يكون قادرًا على الوصول إلى تطبيقك. أيضًا، في حال ما إذا كان العديد من المستخدمين يحاولون الوصول إلى خادومك بنفس الوقت ولم يكن الخادوم قادرًا على معالجة كل هذه الطلبات بنفس الوقت، فقد يواجه الزوّار بطئًا في عملية تحميل الموقع وقد لا يحمّل إطلاقّا. موازنة الحمل عن طريق الطبقة 4 (Layer 4 Load Balancing)أبسط طريقة لموازنة الحمل في تدفّق الشبكة على خادومين اثنين هو استخدام موازنة الحمل عن طريق الطبقة رقم 4 (وهي طبقة شفافة transport layer). موازنة الحمل باستخدام هذه الطريقة ستسبب في توجيه تدفّق الزوار بناءً على مدى عنوان الـIP والمنفذ (كمثال، إذا جاء طلبٌ للمسار http://yourdomain.com/anything، فإنّه سيتم توجيه التدفّق إلى خادوم الواجهة الخلفيّة الذي يعالج الطلبات لـyourdomain.com بالمنفذ 80). إليكَ رسمًا توضيحيًا لموازنة الحمل باستخدام الطبقة 4: يقوم المستخدم بالوصول إلى مُوازِن الحمل (load balancer) والذي يقوم بدوره بتوجيه طلبات المستخدم إلى مجموعة web-backend لخواديم الواجهة الخلفيّة. عندما يتم اختيار خادوم واجهةٍ خلفيّة معيّن فإنّه يستجيب مباشرةً إلى طلبات المستخدم. بشكلٍ عام، يجب على جميع الخواديم في مجموعة web-backend أن تحتوي على نفس المحتوى والبيانات، وإلّا فإنّ المستخدم قد يتصفّح محتوىً مختلفًا بالمرّة. لاحظ أيضًا أن كُلًا من الخادومين يتصلان إلى نفس خادوم قاعدة البيانات. موازنة الحمل عن طريق الطبقة 7 - Layer 7 Load Balancingطريقةٌ أخرى أكثر تعقيدًا لتوزيع تدفّق الحمل القادم إلى الشبكة هي عبر استخدام الطبقة 7 (وهي طبقة تطبيق application layer) لموازنة الحمل. يسمح استخدام الطبقة 7 لمُوازِن الحمل بتوجيه الطلبات إلى خواديم الواجهة الخلفيّة المختلفة بناءً على المحتوى الذي يطلبه المستخدم. يسمح لك هذا النوع من موازنة الحمل بتشغيل أكثر من خادوم تطبيق ويب تحت نفس النطاق والمنفذ. إليك رسمًا توضيحيًا لمثالٍ بسيط لموازنة الحمل باستخدام الطبقة 7: في هذا المثال، إذا قام مستخدم بطلب yourdomain.com/blog فإنّه سيتم توجيهه إلى الواجهة الخلفيّة لـblog، والتي تتكون من مجموعة خواديم تشغّل تطبيق الويب الخاصّ بالمدوّنة. يتم توجيه الطلبات الأخرى إلى web-backend، والتي يمكن أن تكون عاملةً على تشغيل تطبيق ويب مختلف. كلٌّا الواجهتين الخلفيّتين تستعملان نفس خادوم قاعدة البيانات في هذا المثال. يمكن لجزءٍ من مثالٍ على ملفّ إعدادات الواجهة الأماميّة أن يبدو هكذا: frontend http bind *:80 mode http acl url_blog path_beg /blog use_backend blog-backend if url_blog default_backend web-backendيقوم هذا المثال بإعداد واجهةٍ أمامية تدعى http، والتي ستقوم بمعالجة جميع الطلبات المتدفّقة إلى المنفذ 80.يقوم سطر acl url_blog_path_beg /blog بمطابقة ما إذا كان ما يطلبه الزائر يبدأ بـ blog/.يقوم سطر use_backend blog-backend if url_blog بجعل الخادوم يستخدم قوائم تحكّم الوصول ACL كوسيط لتوجيه التدفّق إلى blog-backend.يحدّد default_backend web-backend أنّه سيتم توجيه كل التدفّقات الأخرى إلى web-backend.خوارزميات موازنة الحملتقوم خوارزميّة موازنة الحمل المستخدمة بتحديد أيٍّ من خواديم الواجهة الخلفيّة سيتم اختيارها عند بدء عملية موازنة الحمل. يوفّر HAProxy عدّة خيارات لهذه الخوارزميّات. بالإضافة إلى خوارزميّة موازنة الحمل فإنّه بالإمكان إسناد مُعامِل الـweight لتحديد الخواديم التي نريد استخدامها بشكلٍ أكبر من الأخرى. بسبب أنّ HAProxy يوفّر العديد من خوارزميّات موازنة الحمل، فإننا سنتحدّث عن القليل منها فقط هنا. يمكنك مراجعة دليل إعداد HAProxy لقائمةً كاملة بالخوارزميات. 1-roundrobinتقوم خوارزميّة round robin باختيار الخواديم بالتناوب، وهي الخوارزميّة الافتراضية المستعملة. 2-leastconnتقوم هذه الخوارزميّة باختيار الخادوم الأقل استخدامًا حاليًا والذي يتصل به أقل عدد من الزوّار ليعالج الطلبات القادمة، هذه الخوارزميّة مستحسنة للجلسات (sessions) الطويلة. يتم أيضًا اختيار الخواديم الموجودة في نفس الواجهة الخلفيّة بالتناوب على طريقة round-robin. 3-Sourceتقوم هذه الخوارزميّة باختيار الخادوم الذي يجب استعماله بناءً على عنوان الـIP الخاصّ بالمستخدم. يتم استخدام هذه الطريقة للتأكّد مما إذا كان المستخدم سيتصل بنفس الخادوم. الجلسات الملتصقة Sticky Sessionsتتطلب بعض التطبيقات أن يقوم المستخدم بمتابعة الاتصال إلى نفس خادوم الواجهة الخلفيّة. يتم تحقيق هذه العمليّة عن طريق ما يعرف بالجلسات الملتصقة أو Sticky Sessions، عبر استخدام مُعامِل appsession في ملف إعدادات الواجهة الخلفيّة التي تحتاجه. اختبار الحالة Health Checkيقوم HAProxy باستخدام اختبارات الحالة للتحقق مما إذا كان خادومٌ ما في الواجهة الخلفيّة متوفّرًا لمعالجة الطلبات أم لا. بفضل هذه العمليّة، فإنّ المستخدم لا يعود بحاجة إلى إزالة الخادوم يدويًا من الواجهة الخلفيّة في حال أصبح غير متوفّر. سيقوم اختبار الحالة الافتراضي بمحاولة إنشاء اتصال TCP مع الخادوم ليرى إن كان يعمل أم لا، حيث سيقوم بمحاولة الاتصال بعنوان الـIP المحدّد والمنفذ الخاصّ به. إذا فشل أحد الخواديم في اختبار الحالة وكان غير قادرٍ على معالجة الطلبات، فإنّه يتم تعطيله تلقائيًا من الواجهة الخلفيّة، حيث لن يتم توجيه تدفّق الشبكة إليه مرةً أخرى إلى أن يصبح متوفّرًا مجددًا وبحالة جيّدة. إذا تعطّلت جميع خواديم الواجهة الخلفيّة، فإنّ الخدمة لن تعود متوفّرة إلى حين عودة أحد الخواديم إلى العمل من جديد. لأنواعٍ معيّنة من خواديم الواجهات الخلفيّة، مثل خواديم قاعدة البيانات في بعض الحالات الخاصّة، فإنّ اختبار الحالة الافتراضي ليس كافيًا لتحديد حالة الخادوم الجيّدة أو عكس ذلك. حلولٌ أخرىإذا كنتَ تشعر أنّ HAProxy معقّد جدًا مقارنةً باحتياجاتك، فإنّ الحلول التالية قد تناسبك: خواديم لينكس الافتراضية (LVS) – مُوَازِن حملٍ يستخدم الطبقة رقم 4 لموازنة الحمل، بسيط وسريع ومتوفّر في معظم توزيعات لينكس.Nginx – خادوم ويب سريع ومرن يُمكن أيضًا استخدامه كوسيط أو لغرض موازنة الحمل (راجع مقالتنا السابقة عن استخدام Nginx لموزانة الحمل). يتم استخدام Nginx عادةً بالتوازي مع HAProxy نظرًا لقدرته على إنشاء ذاكرة الخبيئة (caching) وإمكانيات الضغط العالية.الخاتمةالآن صرتَ تمتلك معرفةً أساسية حول موازنة الحمل وصرتَ تعرف بضع طرقٍ يستخدمها HAProxy لتلبية احتياجات موازنة الحمل الخاصّة بك، صار لديك قاعدةٌ صلبة لتستند عليها في البدء بتحسين أداء ومرونة بيئة خادوم الويب الخاصّ بك. ترجمة -وبتصرّف- للمقال: An Introduction to HAProxy and Load Balancing Concepts.

ما هي موازنة الحمل (Load Balancing)موازنة الحمل هي عبارة عن آلية لتوزيع التدفّق (traffic) على عدّة خواديم افتراضية خاصّة عبرَ تقسيم آلية المعالجة إلى عدّة أجهزة مما يضمن استقرارًا أفضل وتعاملًا أكثر سلاسة مع الأخطاء. خوارزمية Round Robin لموازنة الحمل ترسل الزوار إلى واحدٍ من مجموعة عناوين الـIP. تقوم خوارزمية Round Robin بشكلٍ أساسي بتوزيع حملِ الخادوم دون الحاجة إلى تضمين أي أمورٍ إضافية أخرى، آخذةً بعينِ الاعتبار بعض العوامل المهمة مثل سرعة استجابة الخادوم والمنطقة الجغرافية الخاصة بالزوار. الإعدادتتطلب الخطوات في هذا الدّرس وجود مستخدمٍ يمتلك صلاحيات الجذر على خادومك الافتراضي الخاص (VPS). يمكنك تعلم كيفية تثبيت واحد في دليل إدارة المستخدمين. لكي تقوم بتثبيت موازنة الحمل الخاصة بـnginx فيجب بالطبع أن يكون nginx مثبتًا على خادومك الشخصي. يمكنك فعل ذلك بسرعة مع apt-get: sudo apt-get install nginx وحدة المنبع Upstream Moduleبهدف تثبيت موازنة الحمل الخاصة بخوارزمية round robin, فإنّه يجب علينا استخدام وحدة المنبع (upstream module) الخاصة بـnginx. سنقوم بإدراج بعض التضبيطات في إعدادات nginx. اذهب وافتح إعدادات موقعك (في مثالنا سنستخدم فقط إعدادات المضيف الوهمي الافتراضي): sudo nano /etc/nginx/sites-available/defaultسنحتاج إلى إضافة إعدادات موازنة الحمل إلى الملف. أولًا، سنحتاج إلى تضمين وحدة المنبع داخل الملف والتي تبدو هكذا: upstream backend { server backend1.example.com; server backend2.example.com; server backend3.example.com; }بعدها، يجب علينا الإشارة إلى الوحدة داخل الإعدادات بشكلٍ أوضح: server { location / { proxy_pass http://backend; } }ثم لإعادة تشغيل nginx: sudo service nginx restartطالما أن جميع الخواديم الافتراضية الخاصة بك في مكانها الصحيح فإنه يجب عليك أن تجد أنّ عملية موازنة الحمل ستبدأ بتوزيع الزوار إلى الخواديم المربوطة بشكلٍ متساوي تلقائيًا. التوجيهات Directivesالقسم السابق غطّى كيفية توزيع الحمل بشكلٍ متساوٍ عبر عدّة خواديم افتراضية خاصة. على كل حال، هناك عدة أسباب تجعل هذه الطريقة ليست الطريقة الأكثر فعالية للعمل مع البيانات. هناك عدّة توجيهات يمكننا استخدامها لتوجيه زوار الموقع بطريقة أكثر فعالية. الوزنمن الطرق المستخدمة لبدء تخصيص المستخدمين إلى الخواديم بطريقة أكثر دقّةً هي تخصيص وزنٍ محدد لأجهزة محددة. Nginx يسمح لنا بإسناد رقمٍ يُحدد حجم التدفّق الذي يجب توجيهه إلى كلِّ خادوم. يمكن لتثبيت حملٍ مُوازَن يتضمن وزن الخادوم أن يبدو هكذا: upstream backend { server backend1.example.com weight=1; server backend2.example.com weight=2; server backend3.example.com weight=4; }الوزن الافتراضي هو 1. مع وزنٍ بـ2 فإنَّ backend2.example سيتلقّى تدفّقًا أكبر بمرتين من backend1. بينما backend3 مع وزن 4 سيتعامل مع تدفّق أكبر بمرتين من التدفّق الذي يستقبله backend2 وأكبر بأربع مرات من التدفّق الذي يستقبله backend1. التلّبيد (Hash)تلّبيد عنوان الـIP يسمح للخواديم أن تستجيب للعملاء (clients) استنادًا إلى عناوين الـIP الخاصة بهم، حيث يتم إرسال الزوار مجددًا إلى نفس الخادوم الافتراضي الخاص في كلّ مرةٍ يزورون الموقع (باستثناء في حال كان الخادوم معطّلًا). إذا تم اكتشاف خادومٍ غير نشيط، فإنّه يتم تعليمه كخادومٍ معطّل. جميع عناوين الـIP التي كان من المفترض أن تقوم بالتوجيه إلى الخادوم المعطل ستقوم حينها تلقائيًا بالتوجيه إلى واحدٍ بديل. الإعدادات التالية هي مثال على ذلك: upstream backend { ip_hash; server backend1.example.com; server backend2.example.com; server backend3.example.com down; }أقصى عدد لمرّات الفشل (Max Fails)وفقَ إعدادات round robin الافتراضية، فإنّ nginx سيظلّ يرسل البيانات إلى الخواديم الوهمية الخاصّة، حتى لو كانت هذه الخواديم لا تستجيب. “العدد الأقصى لمرّات الفشل" يمكنه تلقائيًا أن يمنع حصولَ هذا عبر تعليم الخواديم التي لا تستجيب تلقائيًا بعد مرور وقتٍ معيّن. هناك عاملان مرتبطان بالعدد الأقصى لمرّات الفشل: max_fails و fall_timeout. يشيرُ الأول إلى العدد الأقصى للمحاولات الفاشلة للاتصال بالخادوم التي يمكن عدّها قبل أن يتم تعليم الخادوم بأنّه غير نشيط. Fall_timeout يحدد طول المدة التي يتم اعتبار الخادوم فيها خارج العمل. بمجرد نفاذ الوقت، ستبدأ محاولات جديدة لإعادة الاتصال بالخادوم. القيمة الافتراضية لهذا المتغير هي 10 ثواني. إعدادٌ بسيط سيبدو هكذا: upstream backend { server backend1.example.com max_fails=3 fail_timeout=15s; server backend2.example.com weight=2; server backend3.example.com weight=4; }كان هذا استعراضًا سريعًا لـ Round Robin load balancing. هناك عدّة طرق أخرى قد نتطرّق إليها لاحقًا في مقالات أخرى ترجمة -وبتصرّف- للمقال: How To Set Up Nginx Load Balancing