Panoramica del bilanciamento del carico avanzato

Il bilanciamento del carico avanzato è costituito da funzionalità che ti consentono di ottimizzare il bilanciamento del carico e la distribuzione del traffico a livello globale per soddisfare al meglio i tuoi obiettivi di disponibilità, prestazioni ed efficienza in termini di costi. Questo documento è rivolto agli utenti che hanno almeno una conoscenza intermedia dei concetti di Cloud Service Mesh e bilanciamento del carico.

Per implementare il bilanciamento del carico avanzato, crea un criterio di bilanciamento del carico del servizio (risorsa serviceLbPolicies), che contiene valori che influiscono sulla selezione di un backend. Collega quindi il criterio di bilanciamento del carico del servizio a un servizio di backend. Il criterio di bilanciamento del carico del servizio specifica l'algoritmo utilizzato per determinare la modalità di bilanciamento del traffico nei backend.

Per il bilanciamento del carico avanzato, puoi scegliere tra le seguenti opzioni di algoritmo:

  • A cascata per regione (algoritmo predefinito).
  • Spray a regione.
  • Spray globale.
  • A cascata per zona.

Sono disponibili le seguenti opzioni aggiuntive:

  • Designa i backend preferiti. Cloud Service Mesh invia il traffico a questi MIG o NEG prima di inviarlo ad altri backend.
  • Configurare lo svuotamento automatico della capacità.
  • Personalizza il comportamento del failover.

Prima di configurare una delle opzioni di bilanciamento del carico avanzate, ti consigliamo di consultare la documentazione della risorsa di servizio di backend.

In che modo Cloud Service Mesh instrada e bilancia il carico del traffico

Il seguente diagramma mostra come Cloud Service Mesh decide di indirizzare il traffico.

In che modo Cloud Service Mesh prende le decisioni di bilanciamento del carico
In che modo Cloud Service Mesh prende le decisioni di bilanciamento del carico (fai clic per ingrandire)

Innanzitutto, Cloud Service Mesh sceglie un servizio di backend in base alle caratteristiche della richiesta e alle regole di routing nella risorsa Route o nella mappa URL, a seconda dell'API utilizzata dal tuo deployment.

In secondo luogo, Cloud Service Mesh sceglie un MIG o un NEG di backend associato al servizio di backend in base alla posizione del client, alla posizione, allo stato e alla capacità del MIG o del NEG e alle informazioni nel criterio di bilanciamento del carico del servizio associato al servizio di backend.

Infine, Cloud Service Mesh sceglie un'istanza o un endpoint all'interno del MIG o del NEG. Questa scelta si basa sulle informazioni contenute nel criterio di bilanciamento del carico per le località nei servizi di backend.

Backend supportati e non supportati

Per il bilanciamento del carico avanzato sono supportati i seguenti tipi di backend:

  • Gruppi di istanze non gestite
  • Gruppi di istanze gestite (MIG)
  • Gruppi di endpoint di rete a livello di zona (NEG GCE_VM_IP_PORT)
  • Gruppi di endpoint di rete con connettività ibrida (NEG NON_GCP_PRIVATE_IP_PORT)

I seguenti tipi di backend non sono supportati per il bilanciamento del carico avanzato:

  • Gruppi di istanze gestite regionali
  • Gruppi di endpoint di rete internet (NEG INTERNET_FQDN_PORT)

Casi d'uso

Le sezioni seguenti descrivono il funzionamento di ciascun algoritmo e indicano quale scegliere per le tue specifiche esigenze aziendali.

Bilancia il traffico tra i backend di una regione

L'algoritmo di bilanciamento del carico predefinito, a cascata per regione, distribuisce uniformemente il traffico tra tutti i MIG o NEG nelle zone di una regione. Ti consigliamo di utilizzare l'algoritmo predefinito, a meno che tu non abbia requisiti speciali.

Con la struttura a cascata per regione, i backend ricevono il traffico in proporzione alla loro capacità, il che fornisce protezione da sovraccarico dei backend. Il traffico viene inviato oltre i confini delle zone, se necessario, per mantenere i backend caricati in modo uniforme all'interno della regione. Anche se la zona locale del client ha capacità rimanente, è presente traffico tra zone. Le richieste di ciascun client possono essere distribuite su più MIG o NEG zonali nella regione, il che contribuisce a mantenere uniforme il carico sui MIG o NEG quando il carico del traffico proveniente dai client non è uniforme.

Aumenta la resilienza distribuendo il traffico proveniente da un client tra le zone

L'algoritmo a cascata predefinito per regione tenta di bilanciare l'utilizzo della capacità su più MIG o NEG zonali. Tuttavia, in base a questo algoritmo, le richieste provenienti da un singolo client non vengono inviate in modo coerente a tutte le zone e in genere vengono indirizzate a MIG o NEG in una singola zona.

Utilizza l'algoritmo di distribuzione in base alla regione quando vuoi che i client distribuiscano le loro richieste a tutti i MIG o NEG di una regione, il che riduce il rischio di sovraccaricare i MIG o i NEG in un'unica zona in caso di un aumento rapido e localizzato del volume di traffico.

Con l'algoritmo di distribuzione in base alla regione, se hai due zone, A e B, e si verifica un picco di traffico nella zona B, il traffico viene suddiviso tra le due zone. Con l'algoritmo predefinito, un picco nella zona B potrebbe attivare un sovraccarico nella zona prima che Cloud Service Mesh sia in grado di rispondere alla modifica.

Tieni presente che quando utilizzi l'algoritmo di distribuzione in base alla regione, il traffico per ogni client viene sempre distribuito tra le zone di backend di una regione. Ciò comporta un aumento costante del traffico tra zone anche quando è presente capacità rimanente nella zona locale e può comportare un'area interessata più ampia per il traffico proveniente da Cloud Service Mesh, se due client Cloud Service Mesh inviano traffico alle stesse zone.

Distribuisci il traffico proveniente dal client in tutti i backend in più regioni

Come discusso nelle sezioni precedenti, l'algoritmo di distribuzione in base alla regione suddivide il traffico di ciascun client in tutte le zone di una regione. Per i servizi che hanno MIG o NEG in più regioni, Cloud Service Mesh ottimizza comunque la latenza complessiva inviando il traffico alla regione più vicina.

Se preferisci un raggio di diffusione più ampio, utilizza l'algoritmo di diffusione a livello mondiale. Con questo algoritmo, i clienti distribuiscono le loro richieste a tutti i MIG o NEG di tutto il mondo in più regioni.

È importante notare che con questo algoritmo tutto il traffico viene distribuito a tutti i backend a livello globale. Una query difettosa potrebbe danneggiare tutti i backend nei tuoi deployment. L'algoritmo genera anche più traffico tra regioni, il che potrebbe aumentare la latenza delle richieste e creare costi aggiuntivi.

Riduci al minimo il traffico tra zone

Puoi ottimizzare la latenza complessiva e ridurre il traffico tra zone utilizzando l'impostazione della struttura a cascata per zona. Quando in una zona sono configurati più MIG o NEG, il traffico client viene indirizzato al MIG o al NEG più vicino nella zona, fino alla relativa capacità, prima di inviare il traffico al MIG o al NEG successivo nella zona fino a quando non viene utilizzata tutta la capacità del MIG o del NEG nella zona. Solo a quel punto il traffico viene distribuito nella zona più vicina.

Con questo algoritmo, puoi ridurre al minimo il traffico tra zone non necessario. La latenza complessiva potrebbe essere leggermente migliorata perché vengono preferiti i backend locali più vicini. Tuttavia, questo potrebbe anche creare un traffico non uniforme tra i gruppi di istanze gestite o i gruppi di istanze elastiche all'interno di una regione.

Confronto degli algoritmi di bilanciamento del carico

La tabella seguente fornisce un confronto dettagliato dei quattro algoritmi di bilanciamento del carico di Cloud Service Mesh.

Comportamento Struttura a cascata per regione Spray a regione Spray a livello mondiale Struttura a cascata per zona
Utilizzo uniforme della capacità all'interno di una regione in stato stabile Sì Sì Sì No
Utilizzo uniforme della capacità in più regioni in stato stabile No No Sì No
Suddivisione uniforme del traffico all'interno di una regione in stato stabile No Sì Sì No
Traffico tra zone Sì. Questo algoritmo distribuirà il traffico in modo uniforme tra le zone di una regione, ottimizzando al contempo la latenza della rete. Se necessario, il traffico può essere inviato tra le zone. Sì Sì Sì, il traffico riempirà la zona più vicina fino alla sua capacità. Poi passerà alla zona successiva.
Sensibilità agli picchi di traffico nelle zone locali Media; a seconda della quantità di traffico già spostata per bilanciare il carico tra le zone. Più basso, poiché i picchi di una singola zona verranno distribuiti tra tutte le zone della regione. Più basso, poiché i picchi di una singola zona verranno distribuiti in tutte le regioni. Più elevato, poiché è più probabile che gli picchi in una singola zona vengano gestiti interamente da una singola zona finché Cloud Service Mesh non è in grado di reagire.

Altre opzioni di bilanciamento del carico avanzate

Le sezioni seguenti illustrano le opzioni per modificare il bilanciamento del carico di Cloud Service Mesh.

Backend preferiti

Puoi configurare il bilanciamento del carico in modo che un gruppo di backend di un servizio di backend sia designato come preferito. Questi backend vengono utilizzati completamente prima che le richieste successive vengano instradate ai backend rimanenti. Cloud Service Mesh distribuisce il traffico client innanzitutto ai backend preferiti, riducendo al minimo le latenze delle richieste per i client.

Qualsiasi traffico che superi la capacità configurata dei backend preferiti viene instradato ai backend non preferiti. L'algoritmo di bilanciamento del carico distribuisce il traffico tra i backend non preferiti.

Un caso d'uso è il trasferimento a Google Cloud, in cui specifichi le risorse di calcolo on-premise, rappresentate da un NEG di connettività ibrida, da utilizzare completamente prima che le richieste vengano instradate a MIG o NEG di backend di Google Cloud con scalabilità automatica. Questa configurazione può ridurre al minimo il consumo di risorse di calcolo di Google Cloud e avere comunque la resilienza per eseguire gradualmente lo spillover o il failover su Google Cloud, se necessario.

Scarico automatico della capacità

Quando un backend non è in stato di salute, in genere è consigliabile escluderlo il più rapidamente possibile dalle decisioni di bilanciamento del carico. L'esclusione del backend impedisce l'invio delle richieste al backend non integro. Inoltre, il traffico viene bilanciato tra i backend sani per evitare il sovraccarico del backend e ottimizzare la latenza complessiva.

Questa opzione è simile all'impostazione di capacityscalar su zero. Chiede a Cloud Service Mesh di fare lo scale down automaticamente la capacità del backend a zero quando un backend ha meno del 25% delle singole istanze o degli endpoint che superano i controlli di integrità. Con questa opzione, i backend non integri vengono rimossi dal bilanciamento del carico globale.

Quando i backend sottoposti a svuotamento automatico sono di nuovo integri, lo svuotamento viene annullato se almeno il 35% degli endpoint o delle istanze è integro per 60 secondi. Cloud Service Mesh non consuma più del 50% degli endpoint in un servizio di backend, indipendentemente dallo stato di integrità del backend.

Un caso d'uso è che puoi utilizzare lo svuotamento automatico della capacità con i backend preferiti. Se è preferibile un gruppo di istanze gestite o un gruppo di endpoint di rete di backend e molti degli endpoint al suo interno non sono operativi, questa impostazione protegge gli endpoint rimanenti nel gruppo di istanze gestite o nel gruppo di endpoint di rete allontanando il traffico dal gruppo di istanze gestite o dal gruppo di endpoint di rete.

Personalizzare il comportamento del failover

In genere, Cloud Service Mesh invia il traffico ai backend tenendo conto di diversi fattori. In uno stato stabile, Cloud Service Mesh invia il traffico ai backend selezionati in base agli algoritmi discussi in precedenza. I backend selezionati sono considerati ottimali in termini di latenza e utilizzo della capacità. Si chiamano backend principali.

Cloud Service Mesh tiene traccia anche dei backend da utilizzare quando quelli principali non sono operativi e non sono in grado di ricevere traffico. Questi backend sono chiamati failover. Di solito si tratta di backend nelle vicinanze con un po' di capacità rimanente.

Quando un backend non è in stato di integrità, Cloud Service Mesh tenta di evitare di inviarvi traffico e lo sposta verso i backend integri.

La risorsa serviceLbPolicy include un campo, failoverHealthThreshold, il cui valore può essere personalizzato per controllare il comportamento del failover. Il valore di soglia impostato determina quando il traffico viene spostato dai backend principali ai backend di failover.

Quando alcuni endpoint nel backend principale non sono operativi, Cloud Service Mesh non necessariamente sposta immediatamente il traffico. Al contrario, Cloud Service Mesh potrebbe trasferire il traffico agli endpoint integri nel backend principale per cercare di stabilizzarlo.

Se troppi endpoint nel backend non sono integri, quelli rimanenti non sono in grado di gestire il traffico aggiuntivo. In questo caso, la soglia di errore viene utilizzata per decidere se attivare o meno il failover. Cloud Service Mesh tollera il malfunzionamento fino alla soglia, quindi sposta una parte del traffico dai backend principali ai backend di failover.

La soglia di integrità failover è un valore percentuale. Il valore impostato determina quando Cloud Service Mesh indirizza il traffico ai backend di failover. Puoi impostare il valore su un numero intero compreso tra 1 e 99. Il valore predefinito per Cloud Service Mesh è 70 con Envoy e 50 per gRPC senza proxy. Un valore maggiore avvia il failover del traffico prima di un valore inferiore.

Risoluzione dei problemi

I modelli di distribuzione del traffico possono cambiare in base alla configurazione del nuovo serviceLbPolicy con il servizio di backend.

Per eseguire il debug dei problemi di traffico, utilizza i sistemi di monitoraggio esistenti per esaminare il flusso di traffico verso i tuoi backend. Altre metriche di Cloud Service Mesh e di rete possono aiutarti a capire come vengono prese le decisioni di bilanciamento del carico. Questa sezione offre suggerimenti generali per la risoluzione dei problemi e la mitigazione dei rischi.

In generale, Cloud Service Mesh tenta di assegnare il traffico in modo da mantenere i backend in esecuzione al di sotto della loro capacità configurata. Tieni presente che non è garantito. Per ulteriori dettagli, consulta la documentazione del servizio di backend.

Il traffico viene quindi assegnato in base all'algoritmo utilizzato. Ad esempio, con l'algoritmo di WATERFALL_BY_ZONE, Cloud Service Mesh tenta di mantenere il traffico nella zona più vicina. Se controlli le metriche di rete, noterai che Cloud Service Mesh preferisce un backend con la latenza RTT più bassa quando invia richieste per ottimizzare la latenza RTT complessiva.

Le sezioni seguenti descrivono i problemi che potresti riscontrare con il criterio di bilanciamento del carico del servizio e le impostazioni di backend preferite.

Il traffico viene inviato a MIG o NEG più distanti prima di quelli più vicini

Questo è il comportamento previsto quando i backend preferiti sono configurati con MIG o NEG più distanti. Se non vuoi questo comportamento, modifica i valori nel campo backend preferiti.

Il traffico non viene inviato a MIG o NEG con molti endpoint non operativi

Questo è il comportamento previsto quando i gruppi di istanze gestite o i gruppi di istanze non gestite vengono svuotati perché è configurato un autoCapacityDrain. Con questa impostazione, i MIG o i NEG con molti endpoint non validi verranno rimossi dalle decisioni di bilanciamento del carico e quindi eviteranno di essere utilizzati. Se questo comportamento non è desiderato, puoi disattivare l'impostazione autoCapacityDrain. Tieni presente però che ciò significa che il traffico potrebbe essere inviato a MIG o NEG con molti endpoint non validi e, di conseguenza, le richieste potrebbero non andare a buon fine con errori.

Il traffico non viene inviato ad alcuni MIG o NEG quando alcuni MIG o NEG sono preferiti

Questo è il comportamento previsto se i MIG o i NEG configurati come preferiti non hanno ancora raggiunto la capacità.

Quando i backend preferiti sono configurati e non hanno raggiunto il limite di capacità, il traffico non viene inviato ad altri MIG o NEG. I MIG o NEG preferiti verranno assegnati per primi in base alla latenza RTT di questi backend.

Se preferisci che il traffico venga inviato altrove, puoi configurare il servizio di backend senza i backend preferiti o con stime della capacità più conservative per i MIG o i NEG preferiti.

Il traffico viene inviato a troppi MIG o NEG distinti da una singola origine

Questo è il comportamento previsto se viene utilizzato lo spray per regione o per il mondo. Tuttavia, potresti riscontrare problemi con una distribuzione più ampia del tuo traffico. Ad esempio, i tassi di successo della cache potrebbero essere ridotti man mano che i backend registrano il traffico proveniente da una selezione più ampia di client. In questo caso, ti consigliamo di utilizzare altri algoritmi, ad esempio la struttura a cascata per regione.

Il traffico viene inviato a un cluster remoto quando lo stato del backend cambia

Quando failoverHealthThreshold è impostato su un valore elevato, questo è il comportamento previsto. Se vuoi che il traffico rimanga nei backend principali quando si verificano variazioni temporanee dell'integrità, imposta failoverHealthThreshold su un valore inferiore.

Gli endpoint integri sono sovraccaricati quando alcuni endpoint non sono integri

Quando failoverHealthThreshold è impostato su un valore basso, questo è il comportamento previsto. Quando alcuni endpoint non sono integri, il traffico per questi endpoint potrebbe essere distribuito tra gli endpoint rimanenti nello stesso MIG o NEG. Se vuoi che il comportamento di failover venga attivato in anticipo, imposta failoverHealthThreshold su un valore più alto.

Limitazioni e considerazioni

Di seguito sono riportate limitazioni e considerazioni da tenere presenti quando configuri il bilanciamento del carico avanzato.

A cascata per zona

  • Durante gli eventi di manutenzione trasparenti, è possibile che il traffico venga bilanciato temporaneamente al di fuori della zona locale.

  • Aspettati casi in cui alcuni MIG o NEG sono al limite della capacità, mentre altri MIG o NEG nella stessa regione sono sottoutilizzati.

  • Se l'origine del traffico verso il tuo servizio si trova nella stessa zona degli endpoint, il traffico tra zone viene ridotto.

  • Una zona potrebbe essere mappata a diversi cluster di hardware fisico interno all'interno dei data center di Google, ad esempio a causa della virtualizzazione delle zone. In questo caso, il caricamento delle VM nella stessa zona potrebbe non essere uniforme. In generale, la latenza complessiva verrà ottimizzata.

Spray a regione

  • Se gli endpoint in un gruppo MIG o NEG non sono disponibili, le conseguenze si ripercuotono in genere su un insieme più ampio di client. In altre parole, un numero maggiore di client mesh potrebbe essere interessato, ma in misura minore.

  • Poiché i client inviano richieste a tutti i MIG o NEG della regione, in alcuni casi, ciò potrebbe aumentare la quantità di traffico tra zone.

  • Il numero di connessioni aperte agli endpoint può aumentare, causando un aumento dell'utilizzo delle risorse.

Backend preferiti

  • I MIG o i NEG configurati come backend preferiti potrebbero essere lontani dai clienti e causare una latenza media più elevata per i clienti. Questo può accadere anche se esistono altri MIG o NEG che potrebbero servire i clienti con una latenza inferiore.

  • Gli algoritmi di bilanciamento del carico globale (a cascata per regione, a pioggia in regione, a cascata per zona) non si applicano ai MIG o ai NEG configurati come backend preferiti.

Scarico rapido automatico della capacità

  • Il numero minimo di MIG che non vengono mai svuotati è diverso dal valore impostato quando la configurazione viene eseguita utilizzando serviceLbPolicies.

  • Per impostazione predefinita, il numero minimo di MIG che non vengono mai svuotati è 1.

  • Se è impostato serviceLbPolicies, la percentuale minima di MIG o NEG che non vengono mai svuotati è del 50%. In entrambe le configurazioni, un gruppo MIG o NEG viene contrassegnato come non in stato di salute se meno del 25% delle istanze o degli endpoint nel gruppo MIG o NEG è in stato di salute.

  • Affinché un gruppo MIG o NEG venga svuotato dopo uno svuotamento, almeno il 35% delle istanze o degli endpoint deve essere in stato buono. Questo è necessario per assicurarsi che un MIG o un NEG non oscilli tra gli stati di svuotamento e non svuotamento.

  • Qui si applicano le stesse limitazioni per lo scalare della capacità per i backend che non utilizzano una modalità di bilanciamento.

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