Visão geral da ferramenta Escalonador automático

Nesta página, apresentamos a ferramenta Escalonador automático para o Spanner (escalonador automático), uma ferramenta de código aberto que você pode ser usada como ferramenta complementar ao Spanner. Esta ferramenta permite aumentar ou reduzir automaticamente a capacidade de computação em um ou mais Instâncias do Spanner com base na capacidade em uso.

Para mais informações sobre o escalonamento no Spanner, consulte Escalonamento automático do Spanner. Para informações sobre como implantar a ferramenta Autoscaler, consulte:

Esta página apresenta os recursos, a arquitetura, a configuração e as topologias de implantação do escalonador automático. Os tópicos que continuam esta série orientam você na implantação do escalonador automático em cada uma das diferentes topologias.

Escalonador automático

A ferramenta de escalonamento automático é útil para gerenciar a utilização e o desempenho de Implantações do Spanner. Para ajudar você a equilibrar o controle de custos desempenho, a ferramenta Escalonador automático monitora suas instâncias e automaticamente adiciona ou remove nós ou unidades de processamento para ajudar a garantir que eles permaneçam dentro os seguintes parâmetros:

Com o escalonamento automático de implantações do Spanner, sua infraestrutura pode se adaptar e dimensionar automaticamente para atender aos requisitos de carga com pouca ou nenhuma intervenção. O escalonamento automático também dimensiona a infraestrutura provisionada, o que pode ajudar a reduzir custos.

Arquitetura

Nesta seção, descrevemos os componentes do escalonador automático e as respectivas finalidades em mais detalhes.

A arquitetura da ferramenta escalonador automático consiste em Cloud Scheduler , dois Pub/Sub dois tópicos, Funções do Cloud Run e Firestore , A API Cloud Monitoring é usada para receber métricas de uso e armazenamento da CPU para instâncias do Spanner.

Cloud Scheduler

Ao usar o Cloud Scheduler, você define com que frequência a ferramenta de escalonador automático verifica os limites de métricas de escalonamento de instâncias do Spanner. Um job do Cloud Scheduler pode verificar instâncias individuais ou ao mesmo tempo. É possível definir quantas programações de jobs forem necessárias.

Função de pesquisa do Cloud Run

A função Poller do Cloud Run é responsável por coletar e processar as métricas de séries temporais para um ou mais instâncias do Spanner. O Poller pré-processa os dados de métricas cada instância do Spanner para que apenas os pontos de dados mais relevantes sejam avaliado e enviado para a função de escalonador automático do Cloud Run. O pré-processamento feita pela função Poller do Cloud Run também simplifica o processo de avaliação dos limites para regiões, birregionais e multirregionais instâncias do Spanner.

Função do Cloud Run do Scaler

O escalonador Função do Cloud Run avalia os pontos de dados recebidos da função Poller do Cloud Run e determina se você precisa ajustar o número de nós ou unidades de processamento e, em caso afirmativo, em quanto. A função do Cloud Run compara os valores das métricas com o limite, mais ou menos um valor margem e ajusta o número de nós ou unidades de processamento com base no método de escalonamento. Para mais detalhes sobre métodos de escalonamento, consulte Recursos do escalonador automático.

Fluxo operacional

Nesta seção, detalhamos o modelo operacional da ferramenta Autoescalador, conforme mostrado em diagrama de arquitetura a seguir.

Modelo operacional do escalonador automático.

  1. Você define a programação, a hora e a frequência dos jobs de escalonamento automático no Cloud Scheduler.
  2. Na programação que você define, o Cloud Scheduler envia uma mensagem contendo um payload JSON com os parâmetros de configuração da ferramenta "Escalonador automático" para uma ou mais instâncias do Spanner tópico do Pub/Sub.
  3. Quando a mensagem é publicada no tópico de pesquisa, uma instância da função de pesquisa do Cloud Run é criada para processar a mensagem.
  4. A função de pesquisa do Cloud Run lê o payload da mensagem e consulta a API Cloud Monitoring para recuperar as métricas de utilização de cada instância do Spanner.
  5. Para cada instância do Spanner enumerada na mensagem, o A função de pesquisa envia uma mensagem para o Pub/Sub de escalonamento que contém as métricas e os parâmetros de configuração a serem avaliados para o de uma instância específica do Spanner.

  6. Para cada mensagem enviada para o tópico "Escalonador", o A função do Cloud Run faz o seguinte:

    1. Compara as métricas da instância do Spanner com as limites definidos, mais ou menos um valor margin.

    Você pode configurar a margem ou usar o valor padrão. 1. Determina se a instância deve ser escalonada. 1. Calcula o número de nós ou unidades de processamento que a instância precisam ser dimensionados com base no método escolhido.

  7. A função de escalonador do Cloud Run recupera a hora em que a instância foi escalonada pela última vez do Firestore e compara com o para determinar se o escalonamento vertical é permitido com base no período de espera períodos.

  8. Se o período de espera configurado tiver passado, o escalonador A função do Cloud Run envia uma solicitação ao Spanner para escalonar verticalmente.

Durante o fluxo, a ferramenta Autoscaler cria um resumo das recomendações e ações no Cloud Logging para rastreamento e auditoria.

Independentemente da topologia de implantação escolhida, a operação geral da ferramenta de escalonamento automático permanece a mesma.

Recursos do escalonador automático

Nesta seção, descrevemos os principais recursos da ferramenta Autoescalador.

Gerenciar várias instâncias

A ferramenta de escalonamento automático gerencia várias instâncias do Spanner em vários projetos. Instâncias multirregionais, birregionais e regionais têm limites de utilização diferentes usados no escalonamento. Por exemplo, implantações multirregionais e birregionais são escalonadas a 45% de uso de CPU de alta prioridade, enquanto implantações regionais são escalonadas a 65% de uso de CPU de alta prioridade, mais ou menos uma margem permitida. Para mais informações sobre os diferentes limites de escalonamento, consulte Alertas de alta utilização da CPU.

Parâmetros de configuração independentes

Cada instância do Spanner com escalonamento automático pode ter uma ou mais pesquisas programações. Cada programação de pesquisa tem o próprio conjunto de parâmetros de configuração.

Esses parâmetros determinam os seguintes fatores:

  • O número mínimo e máximo de nós ou unidades de processamento que controlam o quanto a instância pode ser pequena ou grande, ajudando você a controlar os custos.
  • O método de escalonamento usado para ajustar a instância do Spanner específica para sua carga de trabalho.
  • Os períodos de espera para permitir que o Spanner gerencie divisões de dados.

Diferentes métodos de escalonamento para cargas de trabalho distintas

A ferramenta de escalonamento automático fornece três métodos diferentes para aumentar e diminuir o escalonamento das instâncias do Spanner: em etapas, linear e direto. Cada método é projetado para aceitar diferentes tipos de cargas de trabalho. Ao criar programações de pesquisa independentes, é possível aplicar um ou mais métodos a cada instância do Spanner que está sendo escalonada automaticamente.

Etapas

O escalonamento gradual é útil para cargas de trabalho com picos pequenos ou múltiplos. Ele provisiona a capacidade para suavizar todos com um único evento de escalonamento automático.

O gráfico a seguir mostra um padrão de carga com vários platôs ou etapas de carga, em que cada um tem vários picos pequenos. Esse padrão é adequado para o método por etapas.

Padrão de carga com várias etapas.

Quando o limite de carga é ultrapassado, este método provisiona e remove nós ou de processamento em lote usando um número fixo, mas configurável. Por exemplo, três nós são adicionados ou removidos para cada ação de escalonamento. Ao alterar a configuração, você pode permitir a adição ou remoção de incrementos de capacidade maiores a qualquer momento.

Linear

O escalonamento linear é melhor usado com padrões de carga que mudam mais gradualmente ou têm alguns picos grandes. O método calcula o número mínimo de nós ou unidades de processamento necessárias para manter a utilização abaixo do limite de escalonamento. O o número de nós ou unidades de processamento adicionados ou removidos em cada evento de escalonamento é não se limitando a uma taxa de passos fixa.

O padrão de carregamento de amostra no gráfico a seguir mostra aumentos e quedas repentinas maiores na carga. Essas flutuações não são agrupadas em etapas compreensíveis como estão no gráfico anterior. Esse padrão é facilitado com mais facilidade usando o escalonamento linear.

Carregar padrão com flutuações.

A ferramenta Autoscaler usa a proporção da utilização observada em relação ao limite de utilização para calcular se é preciso adicionar ou subtrair nós ou unidades de processamento do número total atual.

A fórmula para calcular o novo número de nós ou unidades de processamento é a seguinte:

newSize = currentSize * currentUtilization / utilizationThreshold

Direta

O escalonamento direto aumenta a capacidade imediatamente. Esse método destina-se a aceitar cargas de trabalho em lote em que uma contagem de nós maior predeterminada é necessária periodicamente em uma programação com um horário de início conhecido. Esse método escalona a instância até o número máximo de nós ou unidades de processamento especificado na programação e se destina a ser usado além de um método linear ou de etapa.

O gráfico a seguir mostra o grande aumento planejado na carga, que o escalonador automático pré-provisionado para usar o método direto.

Padrão de carga com escalonamento direto pré-provisionado.

Depois que a carga de trabalho em lote for concluída e a utilização retornar aos níveis normais, dependendo da configuração, o escalonamento linear ou em etapa será aplicado para reduzir a instância automaticamente.

Métodos de implantação

A ferramenta de escalonamento automático pode ser implantada em um projeto individual ou em conjunto as instâncias do Spanner que gerencia. A ferramenta escalonador automático foi projetada para permitir flexibilidade e acomodar a separação existente de responsabilidades de segurança entre as equipes de operação e de aplicativos. O a responsabilidade de configurar o escalonamento automático das instâncias do Spanner. pode ser centralizado com uma única equipe de operações ou distribuído para as equipes mais próximas dos aplicativos atendidos pelo Spanner instâncias.

Os diferentes modelos de implantação são discutidos em mais detalhes em Topologias de implantação.

Sem servidor para facilitar a implantação e o gerenciamento

A ferramenta de escalonamento automático é criada somente com ferramentas de processamento e de baixo gerenciamento do Google Cloud, como funções do Cloud Run, Pub/Sub, Cloud Scheduler e Firestore. Essa abordagem minimiza o custo e a sobrecarga operacional da execução da ferramenta Autoscaler.

Ao usar as ferramentas integradas do Google Cloud, a ferramenta Autoscaler pode aproveitar ao máximo o IAM (IAM) para autenticação e autorização.

Configuração

A ferramenta de escalonamento automático tem diferentes opções de configuração que podem ser usadas para gerenciar o escalonamento das implantações do Spanner. As próximas seções descrevem as opções de configuração básicas e mais avançadas.

Configuração básica

O escalonador automático gerencia as instâncias do Spanner por meio da configuração definidos no Cloud Scheduler. Se várias instâncias do Spanner precisarem ser pesquisadas com o mesmo intervalo, recomendamos que você as configure no mesmo job do Cloud Scheduler. A configuração de cada instância é representado como um objeto JSON. Este é um exemplo de uma configuração em que duas instâncias do Spanner são gerenciadas Job do Cloud Scheduler:

   [
    {
        "projectId": "my-spanner-project", "instanceId": "spanner1",
        "scalerPubSubTopic": "projects/my-spanner-project/topics/spanner-scaling",
        "units": "NODES", "minSize": 1, "maxSize": 3
     },
     {
        "projectId":
        "different-project", "instanceId": "another-spanner1", "scalerPubSubTopic":
        "projects/my-spanner-project/topics/spanner-scaling", "units":
        "PROCESSING_UNITS", "minSize": 500, "maxSize": 3000, "scalingMethod": "DIRECT"
    }
   ]

As instâncias do Spanner podem ter várias configurações em diferentes jobs do Cloud Scheduler. Por exemplo, uma instância pode ter uma configuração do escalonador automático com o método linear para operações normais, mas também ter outra configuração do escalonador automático com o método direto para cargas de trabalho em lote planejada.

Quando o job do Cloud Scheduler é executado, ele envia uma mensagem do Pub/Sub para o tópico de pesquisa do Pub/Sub. O payload dessa mensagem é a matriz JSON dos objetos de configuração para todas as instâncias configuradas no mesmo job. Consulte a lista completa de opções de configuração no arquivo README da função de pesquisa.

Configuração avançada

A ferramenta "Escalonador automático" tem opções de configuração avançadas que permitem que você controlar quando e como as instâncias do Spanner são gerenciadas. As seções a seguir apresentam uma seleção desses controles.

Limites personalizados

A ferramenta de escalonamento automático determina o número de nós ou unidades de processamento adicionadas ou subtraídas de uma instância usando o limites recomendados do Spanner para as seguintes métricas de carregamento:

  • CPU de alta prioridade
  • CPU em média contínua de 24 horas
  • Uso do armazenamento

Recomendamos que você use os limites padrão, conforme descrito em Como criar alertas para métricas do Spanner , No entanto, em alguns casos, talvez você queira modificar os limites usados pelo usando a ferramenta de escalonamento automático. Por exemplo, use limites menores para fazer a ferramenta de escalonamento automático reagir mais rapidamente do que para limites mais altos. Esta modificação evita que alertas sejam acionados em limiares mais altos.

Métricas personalizadas

As métricas padrão na ferramenta escalonador automático abordam a maior parte do desempenho de escalonamento, há alguns casos em que pode ser necessário especificar métricas próprias usadas para determinar quando escalonar horizontal e verticalmente. Para esses cenários, defina métricas personalizadas na configuração usando a propriedade metrics.

Margens

Uma margem define um limite superior e um limite menor em torno do limite. O escalonador automático de escalonamento automático só aciona um evento de escalonamento automático se o valor da métrica é maior que o limite máximo ou inferior ao limite mínimo.

O objetivo desse parâmetro é evitar que eventos de escalonamento automático sejam acionados por pequenas flutuações de carga de trabalho ao redor do limite, reduzindo a quantidade de flutuação nas ações do escalonador automático. O limite e a margem juntos definem o seguinte intervalo, de acordo com o valor desejado para o valor da métrica: 

[threshold - margin, threshold + margin]
 Quanto menor a margem, mais estreito será o intervalo, resultando em uma probabilidade de um evento de escalonamento automático ser acionado.

Especificar um parâmetro de margem para uma métrica é opcional e o padrão é cinco pontos percentuais antes e abaixo do parâmetro.

Topologias de implantação

Para implantar a ferramenta escalonador automático, decida qual das topologias a seguir é a melhor para atender às suas necessidades técnicas e operacionais:

  • Topologia por projeto: a infraestrutura do escalonador automático é implantada na no mesmo projeto que o Spanner, que precisa ser escalonado automaticamente.
  • Topologia centralizada: a ferramenta de escalonamento automático é implantada em um projeto e gerencia uma ou mais instâncias do Spanner em projetos diferentes.
  • Topologia distribuída: a maior parte da infraestrutura do escalonador automático é implantada em um projeto, mas alguns componentes da infraestrutura são implantados com as instâncias do Spanner sendo escalonadas automaticamente em projetos diferentes.

Topologia por projeto

Em uma implantação de topologia por projeto, cada projeto com uma instância do Spanner que precisa ser escalonado automaticamente também tem sua própria implantação independente dos componentes do escalonador automático. Recomendamos essa topologia para equipes independentes que querem gerenciar a própria configuração e infraestrutura para o escalonador automático. É também uma bom ponto de partida para testar os recursos da ferramenta Escalonador automático.

No diagrama a seguir, mostramos uma visão conceitual de alto nível de uma implantação por projeto.

Implantação conceitual por projeto.

As implantações por projeto representadas no diagrama anterior têm estas características:

  • Dois aplicativos, Aplicativo 1 e Aplicativo 2, cada um usa seu próprio instâncias do Spanner.
  • As instâncias do Spanner (A) estão nos respectivos aplicativos 1 e Projetos do aplicativo 2.
  • Um escalonador automático independente (B) é implantado em cada projeto para controlar o escalonamento automático das instâncias em um projeto.

Para um diagrama mais detalhado de uma implantação por projeto, consulte a Arquitetura nesta seção.

Uma implantação por projeto tem as seguintes vantagens e desvantagens.

Vantagens:

  • Design mais simples: a topologia por projeto é o design mais simples das três topologias, porque todos os componentes do escalonador automático são implantados com as instâncias do Spanner que estão sendo escalonadas automaticamente.
  • Configuração: o controle sobre os parâmetros do programador pertence à equipe que é proprietária da instância do Spanner. Isso dá à equipe mais liberdade para adaptar a ferramenta de escalonamento automático às necessidades do que uma topologia centralizada ou distribuída.
  • Liberação clara da responsabilidade da infraestrutura: o design de uma topologia por projeto estabelece um limite claro de responsabilidade e segurança em relação à infraestrutura do escalonador automático porque o proprietário da equipe das instâncias do Spanner também é proprietária da infraestrutura do escalonador automático.

Desvantagens:

  • Maior manutenção geral: cada equipe é responsável pelo escalonador automático e a infraestrutura da sua empresa, então pode ser difícil garantir que todas as ferramentas de escalonador automático da empresa sigam a mesma atualização diretrizes.
  • Auditoria mais complexa: como cada equipe tem um alto nível de controle, uma auditoria centralizada pode se tornar mais complexa.

Para saber como configurar o escalonador automático usando uma topologia por projeto, consulte Implante uma ferramenta de escalonamento automático centralizado ou por projeto no Spanner.

Topologia centralizada

Como na topologia por projeto, em uma implantação de topologia centralizada, todos os componentes da ferramenta de escalonamento automático residem no mesmo projeto. No entanto, as instâncias do Spanner estão localizadas em diferentes projetos. Isso implantação é indicada para uma equipe que gerencia a configuração e a infraestrutura várias instâncias do Spanner de uma única implantação do escalonador automático. ferramenta em um lugar centralizado.

O diagrama a seguir mostra uma visão conceitual de alto nível de uma implantação de projeto centralizado:

Implantação conceitual de projeto centralizado.

A implantação centralizada mostrada no diagrama anterior tem as seguintes características:

  • Dois aplicativos, o Aplicativo 1 e o Aplicativo 2, usam suas próprias instâncias do Spanner.
  • As instâncias do Spanner (A) estão nos respectivos Aplicativos 1 e Projetos do aplicativo 2.
  • O escalonador automático (B) é implantado em um projeto separado para controlar o escalonamento automático das instâncias do Spanner nos projetos do Aplicativo 1 e do Aplicativo 2.

Para um diagrama mais detalhado de uma implantação de projeto centralizado, consulte Implantar uma ferramenta centralizada de escalonamento automático por projeto ou projeto para o Spanner.

Uma implantação centralizada tem as seguintes vantagens e desvantagens:

Vantagens:

  • Configuração e infraestrutura centralizadas: uma única equipe controla o parâmetros do programador e a infraestrutura do escalonador automático. Essa abordagem pode ser útil em setores fortemente regulamentados.
  • Menos manutenção geral: a manutenção e a configuração geralmente são menos trabalhosas que precisam ser mantidas em comparação a uma implantação por projeto.
  • Políticas centralizadas e auditoria: pode ser mais fácil especificar e encapsular as práticas recomendadas entre equipes. Pode ser mais fácil fazer as auditorias.

Desvantagens:

  • Configuração centralizada: qualquer alteração nos parâmetros do escalonador automático precisa passar pela equipe centralizada, mesmo que a equipe que solicite a mudança seja proprietária da instância do Spanner.
  • Potencial de risco adicional: a equipe centralizada pode se tornar um único ponto de falha, mesmo que a infraestrutura do escalonador automático tenha sido projetada com alta disponibilidade.

Para conferir um tutorial passo a passo sobre como configurar a ferramenta de escalonamento automático usando essa opção, consulte Implantar uma ferramenta centralizada de escalonamento automático ou por projeto para o Spanner.

Topologia distribuída

Em uma implantação de topologia distribuída, o Cloud Scheduler As instâncias do Spanner que precisam ser escalonadas automaticamente ficam no mesmo projeto. Os demais componentes da ferramenta Escalonador automático residem em um em um projeto gerenciado. Esta é uma implantação híbrida. As equipes que têm as instâncias do Spanner gerenciam apenas os parâmetros de configuração do escalonador automático para as instâncias, e uma equipe central gerencia o restante da infraestrutura do escalonador automático.

O diagrama a seguir mostra uma visão conceitual de alto nível e implantação de projetos distribuídos.

Implantação conceitual de projeto distribuído.

A implantação híbrida representada no diagrama anterior tem as seguintes características:

  • Dois aplicativos, o Aplicativo 1 e o Aplicativo 2, usam suas próprias instâncias do Spanner.
  • As instâncias do Spanner (A) estão nos projetos do Aplicativo 1 e do Aplicativo 2.
  • Um componente independente do Cloud Scheduler (C) é implantado em cada projeto: Aplicativo 1 e Aplicativo 2.
  • Os componentes restantes do escalonador automático (B) são implantados em um projeto separado.
  • A ferramenta de escalonamento automático escalona automaticamente as instâncias do Spanner nos Projetos do Aplicativo 1 e do Aplicativo 2 usando as configurações enviadas por componentes independentes do Cloud Scheduler em cada projeto.

Para um diagrama mais detalhado da implantação do projeto centralizado, consulte Implantar uma ferramenta de escalonador automático distribuído para o Spanner.

Uma implantação distribuída tem as seguintes vantagens e desvantagens.

Vantagens:

  • As equipes de aplicativo controlam a configuração e as programações: o Cloud Scheduler é implantado com as instâncias do Spanner que estão sendo escalonadas automaticamente. Assim, as equipes de aplicativo têm mais controle sobre a configuração e a programação.
  • A equipe de operações controla a infraestrutura: os componentes principais da ferramenta de escalonador automático são implantados de modo centralizado, permitindo que as equipes de operações controlem a infraestrutura do escalonador automático.
  • Manutenção centralizada: a infraestrutura do escalonador é centralizada, o que sobrecarga.

Desvantagens:

  • Configuração mais complexa: as equipes de aplicativos precisam fornecer serviços contas para gravar no tópico de enquete.
  • Potencial de risco adicional: a infraestrutura compartilhada pode se tornar um único ponto de falha, mesmo que a infraestrutura tenha sido projetada com alta disponibilidade em mente.

Para saber como configurar a ferramenta de escalonador automático em uma implantação distribuída, consulte Implantar uma ferramenta de escalonador automático distribuída para o Spanner.

Divisão de dados

O Spanner atribui intervalos de dados chamados de divisões a nós ou subdivisões de um nó chamado unidades de processamento. O nó ou as unidades de processamento para gerenciar e exibir os dados nas divisões repartidas. As divisões de dados são criadas com base em vários fatores, incluindo volume de dados e padrões de acesso. Para mais detalhes, consulte Spanner: esquema e modelo de dados ,

Os dados são organizados em divisões, e o Spanner gerencia automaticamente divisões. Portanto, quando a ferramenta de escalonamento automático adiciona ou remove nós ou unidades de processamento, ele precisa permitir que o back-end do Spanner tenha tempo suficiente para reatribuir e reorganizar as divisões à medida que novas capacidades forem adicionadas ou removidas das instâncias.

A ferramenta de escalonamento automático usa períodos de espera em eventos de aumento e redução de escala para controlar a rapidez com que ele pode adicionar ou remover nós ou unidades de instância. Com esse método, a instância tem o tempo necessário para reorganizar as relações entre as notas de computação ou unidades de processamento e divisões de dados. Por padrão, os períodos de aumento ou redução de escala são definidos com os seguintes valores mínimos:

  • Valor de escalonamento vertical: 5 minutos
  • Valor de redução: 30 minutos

Para mais informações sobre recomendações de escalonamento e períodos de espera, consulte Como escalonar instâncias do Spanner.

Custos

O consumo de recursos da ferramenta de escalonamento automático é mínimo, portanto, para a maioria dos casos de uso, os custos são insignificantes. Não há custo quando o escalonador automático é usado no Google Cloud. Por exemplo, executar uma ferramenta de escalonador automático para gerenciar três instâncias do Spanner com um intervalo de pesquisa de cinco minutos para cada instância está disponível sem custo. Isso estimativa inclui o seguinte:

  • 3 jobs do Cloud Scheduler
  • 0,15 GB de mensagens do Pub/Sub
  • 51.840 invocações de 500 ms da função do Cloud Run
  • Menos de 10 MB de dados no Firestore

A estimativa não inclui os custos de operação do banco de dados do Spanner. Use a calculadora de preços para gerar uma estimativa de custo com base no uso previsto.

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