En aquest tema, explorarem com gestionar fallades en sistemes distribuïts i les tècniques de recuperació per assegurar la continuïtat del servei. Els sistemes distribuïts són inherentment complexos i susceptibles a diverses fallades, des de fallades de xarxa fins a fallades de nodes. La capacitat de detectar, gestionar i recuperar-se d'aquestes fallades és crucial per mantenir la fiabilitat i disponibilitat del sistema.
Objectius d'Aprenentatge
- Comprendre els diferents tipus de fallades en sistemes distribuïts.
- Aprendre tècniques per detectar i gestionar fallades.
- Explorar estratègies de recuperació per minimitzar l'impacte de les fallades.
Tipus de Fallades en Sistemes Distribuïts
- Fallades de Xarxa
- Desconnexions Temporals: Pèrdua temporal de connexió entre nodes.
- Latència Alta: Retard significatiu en la transmissió de dades.
- Pèrdua de Paquets: Paquets de dades que es perden durant la transmissió.
- Fallades de Nodes
- Fallades de Maquinari: Problemes físics amb els servidors o dispositius.
- Fallades de Programari: Errors en el codi que causen que un node deixi de funcionar.
- Sobrecàrrega: Quan un node rep més sol·licituds de les que pot gestionar.
- Fallades de Dades
- Dades Corruptes: Dades que es tornen inaccessibles o incorrectes.
- Pèrdua de Dades: Dades que es perden degut a errors de sistema o fallades de maquinari.
Tècniques de Detecció de Fallades
- Monitoratge Actiu
- Ping i Heartbeat: Enviar missatges periòdics per verificar la disponibilitat dels nodes.
- Supervisió de Logs: Analitzar registres de sistema per detectar anomalies.
- Monitoratge Passiu
- Alertes i Notificacions: Configurar alertes per a esdeveniments específics.
- Anàlisi de Rendiment: Monitoritzar el rendiment del sistema per identificar problemes.
Estratègies de Gestió de Fallades
- Redundància
- Replicació de Nodes: Mantenir còpies redundants dels nodes per assegurar la disponibilitat.
- Replicació de Dades: Emmagatzemar còpies de dades en múltiples ubicacions.
- Tolerància a Fallades
- Algorismes de Consens: Utilitzar protocols com Paxos o Raft per assegurar la coherència de dades.
- Sistemes de Backup: Realitzar còpies de seguretat periòdiques de dades crítiques.
- Aïllament de Fallades
- Particionament: Dividir el sistema en segments independents per limitar l'impacte d'una fallada.
- Circuit Breakers: Mecanismes per aturar sol·licituds a serveis fallits per evitar sobrecàrregues.
Estratègies de Recuperació
- Recuperació Automàtica
- Restart Automàtic: Configurar el sistema per reiniciar automàticament nodes fallits.
- Failover: Transferir automàticament la càrrega de treball a nodes redundants.
- Recuperació Manual
- Intervenció Humana: Administradors de sistema que resolen problemes manualment.
- Plans de Recuperació: Procediments documentats per a la recuperació de fallades.
- Recuperació de Dades
- Restauració de Backups: Utilitzar còpies de seguretat per restaurar dades perdudes o corruptes.
- Reparació de Dades: Utilitzar tècniques com la codificació d'erros per corregir dades corruptes.
Exercicis Pràctics
Exercici 1: Implementació de Heartbeat
Implementa un sistema de heartbeat en Python per monitoritzar la disponibilitat de nodes en un sistema distribuït.
import time
import threading
class Node:
def __init__(self, node_id):
self.node_id = node_id
self.alive = True
def heartbeat(self):
while self.alive:
print(f"Node {self.node_id} is alive")
time.sleep(2)
def monitor_nodes(nodes):
while True:
for node in nodes:
if not node.alive:
print(f"Node {node.node_id} has failed!")
time.sleep(5)
# Crear nodes
nodes = [Node(i) for i in range(3)]
# Iniciar heartbeats
for node in nodes:
threading.Thread(target=node.heartbeat).start()
# Monitoritzar nodes
monitor_thread = threading.Thread(target=monitor_nodes, args=(nodes,))
monitor_thread.start()Exercici 2: Simulació de Failover
Simula un escenari de failover on un node fallit és substituït per un node redundant.
import random
class FailoverSystem:
def __init__(self):
self.primary_node = Node(1)
self.backup_node = Node(2)
def simulate_failover(self):
self.primary_node.alive = False
print("Primary node has failed. Switching to backup node.")
self.backup_node.heartbeat()
# Crear sistema de failover
failover_system = FailoverSystem()
# Iniciar heartbeat del node primari
threading.Thread(target=failover_system.primary_node.heartbeat).start()
# Simular fallada i failover
time.sleep(5)
failover_system.simulate_failover()Resum
En aquesta secció, hem après sobre els diferents tipus de fallades que poden ocórrer en sistemes distribuïts i les tècniques per detectar-les i gestionar-les. També hem explorat diverses estratègies de recuperació per minimitzar l'impacte de les fallades i assegurar la continuïtat del servei. Els exercicis pràctics proporcionen una oportunitat per aplicar aquests conceptes en escenaris reals.
En el següent tema, explorarem les tècniques d'automatització i orquestració per millorar l'eficiència i la gestió dels sistemes distribuïts.
Curs d'Arquitectures Distribuïdes
Mòdul 1: Introducció als Sistemes Distribuïts
- Conceptes Bàsics de Sistemes Distribuïts
- Models de Sistemes Distribuïts
- Avantatges i Desafiaments dels Sistemes Distribuïts