Scalability là gì?

Scalability là thuộc tính quan trọng trong dịch vụ điện toán đám mây. Nó cho phép người dùng dễ dàng giảm hoặc tăng tài nguyên sử dụng liên quan đến sức mạnh xử lý, băng thông, công suất lưu trữ sao cho phù hợp với nhu cầu sử dụng.

Scalability là gì?

Scalability sẽ được chia ra làm 2 loại cơ bản là mở rộng theo chiều dọc và mở rộng theo chiều ngang. Với mở rộng theo chiều dọc thường liên quan đến việc giảm hoặc tăng tài nguyên máy chủ như RAM, CPU hoặc lưu trữ. Còn với mở rộng theo chiều ngang sẽ liên quan đến việc loại bỏ hoặc thêm máy chủ

Tầm quan trọng của Scalability trong thiết kế hệ thống máy tính

Trong thiết kế hệ thống máy tính, Scalability có vai trò sau đây:

Tầm quan trọng của Scalability trong thiết kế hệ thống máy tính

Đảm bảo xử lý tốt sự tăng trưởng của người dùng

Trong thời đại số hóa, số lượng người dùng trực tuyến đang tăng trưởng nhanh chóng. Các hệ thống máy tính phải đối mặt với nhu cầu xử lý một lượng lớn người dùng đồng thời. Scalability sẽ đảm bảo rằng hệ thống có thể chịu đựng và hoạt động hiệu quả khi số lượng người dùng tăng lên. Scalability sẽ giúp hệ thống duy trì hiệu suất ổn định, đồng thời cải thiện trải nghiệm người dùng và giữ chân khách hàng.

Cải thiện và nâng cao hiệu suất

Khi hệ thống có khả năng mở rộng, các tài nguyên có thể được phân phối một cách hiệu quả hơn, từ đó giảm thiểu thời gian xử lý và tăng tốc độ phản hồi. Đặc biệt, trong các ứng dụng yêu cầu thời gian phản hồi nhanh như các trang web thương mại điện tử, ứng dụng tài chính hoặc các dịch vụ trực tuyến. Khi cải thiện hiệu suất, scalability giúp hệ thống đáp ứng nhu cầu của người dùng một cách nhanh chóng và hiệu quả.Đảm bảo tính khả dụng của hệ thống

Khi hệ thống không có khả năng mở rộng, tình trạng quá tải có thể dẫn đến sự cố hệ thống, gây gián đoạn dịch vụ và làm mất uy tín của doanh nghiệp. Việc đảm bảo tính khả dụng là yếu tố quan trọng trong việc duy trì lòng tin của người dùng và tạo ra sự khác biệt so với các đối thủ cạnh tranh. Scalability giúp hệ thống duy trì hoạt động liên tục, giảm thiểu rủi ro và đảm bảo tính liên tục của dịch vụ.

Tiết kiệm chi phí

Thay vì đầu tư vào một hệ thống lớn và đắt đỏ từ đầu, doanh nghiệp có thể bắt đầu với một hệ thống nhỏ và sau đó mở rộng khi cần thiết. Nó giúp tối ưu hóa chi phí đầu tư ban đầu và giảm thiểu lãng phí tài nguyên. Hơn nữa, scalability cũng giúp giảm chi phí bảo trì và nâng cấp hệ thống, vì các tài nguyên có thể được quản lý và phân phối một cách hiệu quả hơn. Bằng cách tiết kiệm chi phí, doanh nghiệp có thể đầu tư vào các lĩnh vực khác để phát triển và mở rộng hoạt động kinh doanh.

Hỗ trợ nâng cấp và đổi mới hạ tầng

Khi hệ thống có khả năng mở rộng, việc thêm mới các thành phần hoặc nâng cấp các thành phần hiện có sẽ trở nên đơn giản và ít gây gián đoạn dịch vụ hơn. Doanh nghiệp sẽ nhanh chóng thích ứng với các công nghệ mới, cải thiện hiệu suất và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng. Hơn nữa, khả năng mở rộng cũng cho phép doanh nghiệp thử nghiệm và triển khai các giải pháp công nghệ mới một cách linh hoạt, giúp tối ưu hóa hoạt động và nâng cao hiệu quả kinh doanh.Phương pháp triển khai Scalability phổ biến hiện nay

Scalability hiện có các phương pháp triển khai sau đây:

Phương pháp triển khai Scalability phổ biến hiện nay

Vertical Scaling

Vertical Scaling Là phương pháp tăng cường sức mạnh của máy chủ bằng cách thêm tài nguyên như CPU, RAM hoặc ổ cứng. Phương pháp này giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống một cách nhanh chóng và đơn giản. Tuy nhiên, Vertical Scaling có giới hạn về khả năng mở rộng, vì mỗi máy chủ đều có giới hạn về tài nguyên mà nó có thể sử dụng. Khi đạt đến giới hạn này, việc tiếp tục mở rộng sẽ trở nên khó khăn và tốn kém. Do đó, Vertical Scaling thường được sử dụng trong các tình huống yêu cầu mở rộng nhanh chóng và tạm thời.

Horizontal Scaling

Horizontal Scaling là phương pháp mở rộng hệ thống bằng cách thêm nhiều máy chủ vào mạng lưới. Thay vì tăng cường sức mạnh của một máy chủ duy nhất, Horizontal Scaling phân phối tải công việc giữa nhiều máy chủ, giúp hệ thống duy trì hiệu suất cao và tính khả dụng. Phương pháp này cho phép hệ thống mở rộng gần như vô hạn, vì việc thêm mới các máy chủ không gặp giới hạn như Vertical Scaling. Horizontal Scaling thường được sử dụng trong các hệ thống lớn và phức tạp, nơi yêu cầu tính linh hoạt và khả năng mở rộng cao.

Vertical hay Horizontal Scaling sẽ tốt hơn?

Với câu hỏi này sẽ không có câu trả lời chính xác hoàn toàn, vì nó phụ thuộc vào nhu cầu cụ thể của hệ thống và doanh nghiệp. Vertical Scaling thường phù hợp với các hệ thống nhỏ hoặc trung bình, nơi việc mở rộng nhanh chóng và đơn giản là yếu tố quan trọng. Tuy nhiên, khi hệ thống đạt đến giới hạn về tài nguyên, Vertical Scaling sẽ không còn hiệu quả và tốn kém.Ngược lại, Horizontal Scaling sẽ phù hợp với các hệ thống lớn và phức tạp, nơi yêu cầu khả năng mở rộng linh hoạt và không giới hạn. Mặc dù Horizontal Scaling có thể phức tạp hơn trong việc triển khai và quản lý, nhưng nó mang lại lợi ích về hiệu suất và tính khả dụng cao hơn. Do đó, việc lựa chọn giữa Vertical và Horizontal Scaling cần dựa trên đánh giá kỹ lưỡng về nhu cầu và mục tiêu của hệ thống, cũng như khả năng tài chính và kỹ thuật của doanh nghiệp.

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng mở rộng của hệ thống

Khả năng mở rộng của hệ thống sẽ phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:

Sự thắt cổ chai về hiệu suất

Đây là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng mở rộng của hệ thống. Khi một phần cụ thể của hệ thống không thể xử lý được khối lượng công việc tăng cao, nó sẽ trở thành điểm yếu và gây ra sự chậm trễ cho toàn bộ hệ thống. Các thành phần như CPU, bộ nhớ, băng thông mạng và đĩa cứng đều có thể trở thành điểm thắt cổ chai nếu không được quản lý và tối ưu hóa đúng cách.

Khả năng tận dụng nguồn tài nguyên

Khả năng tận dụng nguồn tài nguyên là yếu tố để đảm bảo hệ thống có thể mở rộng mà không gặp phải sự cố. Nếu hệ thống không thể tận dụng hiệu quả các tài nguyên như CPU, RAM, và băng thông mạng, thì việc mở rộng sẽ gặp nhiều khó khăn. Việc tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên thông qua các kỹ thuật như cân bằng tải, caching, và quản lý bộ nhớ có thể giúp cải thiện khả năng mở rộng của hệ thống.Độ trễ của mạng

Yếu tố này có thể ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và khả năng mở rộng của hệ thống. Khi hệ thống phải xử lý các yêu cầu từ người dùng qua mạng, độ trễ mạng sẽ ảnh hưởng đến tốc độ phản hồi. Để giảm thiểu độ trễ, cần sử dụng các kỹ thuật như CDN, tối ưu hóa đường truyền mạng, và sử dụng các giao thức mạng hiệu quả.

Khả năng lưu trữ và quản lý dữ liệu

Đây là yếu tố then chốt trong việc mở rộng hệ thống. Khi dữ liệu tăng lên, hệ thống cần có khả năng lưu trữ và truy xuất dữ liệu một cách hiệu quả. Các kỹ thuật như sao chép cơ sở dữ liệu, phân mảnh cơ sở dữ liệu, và sử dụng các hệ thống lưu trữ phân tán nhằm cải thiện khả năng mở rộng.

Khả năng xử lý nhiều tác vụ cùng lúc

Khả năng xử lý nhiều tác vụ cùng lúc sẽ giúp hệ thống có thể xử lý khối lượng công việc tăng cao mà không gặp phải sự cố. Việc tối ưu hóa việc xử lý song song, sử dụng các công nghệ như multithreading và phân chia công việc một cách hợp lý sẽ giúp hệ thống xử lý nhiều tác vụ cùng lúc một cách hiệu quả.

Kiến trúc hệ thống

Một kiến trúc hệ thống tốt sẽ cho phép hệ thống mở rộng một cách dễ dàng và hiệu quả. Các mô hình kiến trúc như microservices, SOA và sử dụng các công nghệ như containerization có thể giúp cải thiện khả năng mở rộng của hệ thống.

Các thành phần hỗ trợ cải thiện Scalability của hệ thống

Để hỗ trợ cải thiện Scalability của hệ thống sẽ có các thành phần sau đây:Load Balancer

Load Balancer là thành phần giúp phân phối tải công việc đồng đều giữa các máy chủ trong hệ thống. Nó giúp tránh tình trạng quá tải và đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định ngay cả khi khối lượng công việc tăng cao.

Caching

Caching là kỹ thuật lưu trữ tạm thời dữ liệu để giảm thời gian truy xuất và tải công việc của hệ thống. Với việc lưu trữ dữ liệu phổ biến trong bộ nhớ đệm, caching giúp giảm tải cho cơ sở dữ liệu và tăng tốc độ phản hồi của hệ thống. Các công cụ như Redis, Memcached thường được sử dụng để implement caching.

Sao chép cơ sở dữ liệu

Đây là kỹ thuật nhân bản dữ liệu từ cơ sở dữ liệu chính sang các bản sao để đảm bảo dữ liệu luôn sẵn sàng và hệ thống có thể xử lý nhiều yêu cầu cùng lúc. Sao chép cơ sở dữ liệu giúp tăng cường khả năng mở rộng bằng cách giảm tải công việc trên cơ sở dữ liệu chính và đảm bảo tính sẵn sàng của dữ liệu.

Phân mảnh cơ sở dữ liệu

Phân mảnh cơ sở dữ liệu là việc chia nhỏ cơ sở dữ liệu thành các phần nhỏ hơn, gọi là các mảnh, để dễ dàng quản lý và truy xuất. Thành phần này giúp cải thiện khả năng mở rộng bằng cách phân phối tải công việc và dữ liệu trên nhiều máy chủ, giảm thiểu tình trạng quá tải.

Kiến trúc Microservices

Microservices là mô hình kiến trúc phân chia hệ thống thành các dịch vụ nhỏ, độc lập với nhau. Mỗi dịch vụ thực hiện một chức năng cụ thể và có thể phát triển, triển khai và mở rộng độc lập. Kiến trúc Microservices có tác dụng cải thiện khả năng mở rộng của hệ thống bằng cách cho phép các dịch vụ nhỏ mở rộng một cách độc lập, giảm thiểu sự phụ thuộc lẫn nhau.Phân vùng dữ liệu

Phân vùng dữ liệu là kỹ thuật chia dữ liệu thành các phần nhỏ hơn, được lưu trữ trên các máy chủ khác nhau. Nó giúp cải thiện khả năng mở rộng bằng cách phân phối tải công việc và dữ liệu trên nhiều máy chủ, giảm thiểu tình trạng quá tải và tăng cường khả năng truy xuất dữ liệu.

CDN

CDN là mạng lưới các máy chủ phân tán toàn cầu, giúp phân phối nội dung đến người dùng một cách nhanh chóng và hiệu quả. Thông qua việc lưu trữ bản sao nội dung trên nhiều máy chủ khắp nơi trên thế giới, CDN giúp giảm thiểu độ trễ và tăng tốc độ truy cập nội dung, cải thiện trải nghiệm người dùng.

API Gateway

API Gateway là thành phần trung gian chịu trách nhiệm quản lý các yêu cầu API từ người dùng và phân phối chúng đến các dịch vụ back-end. Thành phần này sẽ cải thiện khả năng mở rộng của hệ thống bằng cách cung cấp các tính năng như caching, cân bằng tải, và quản lý phiên, giúp giảm tải công việc và tăng cường hiệu suất của hệ thống.

Những mặt hạn chế của Scalability

Mặc dù sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật, nhưng Scalability cũng còn tồn tại các mặt hạn chế sau đây:

Chi phí ngày càng gia tăng

Khi hệ thống được mở rộng, số lượng tài nguyên cần thiết để duy trì và vận hành hệ thống cũng tăng theo. Nó có thể bao gồm chi phí về phần cứng, phần mềm, nhân lực, và các dịch vụ liên quan.

Độ phức tạp của hệ thống

Việc quản lý và duy trì một hệ thống phức tạp đòi hỏi nhiều công sức và kỹ năng chuyên môn cao. Các vấn đề như đồng bộ hóa dữ liệu, quản lý phiên bản phần mềm và đảm bảo tính toàn vẹn của hệ thống trở nên khó khăn hơn. Hơn nữa, khi hệ thống trở nên phức tạp, việc phát hiện và sửa lỗi cũng phức tạp. Nó có thể dẫn đến việc hệ thống trở nên kém tin cậy và dễ bị tấn công.

Đánh đổi giữa độ trễ và thông lượng

Để đạt được thông lượng cao hơn, hệ thống thường phải chấp nhận mức độ trễ lớn hơn. Nó có thể ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng, đặc biệt là trong các ứng dụng yêu cầu phản hồi nhanh như trò chơi trực tuyến, giao dịch tài chính hoặc các dịch vụ truyền thông thời gian thực. Để giải quyết vấn đề này, cần có sự cân nhắc kỹ lưỡng giữa việc tăng thông lượng và duy trì mức độ trễ chấp nhận được.

Đánh đổi phân vùng dữ liệu

Khi dữ liệu được phân vùng, việc quản lý và truy xuất dữ liệu trở nên phức tạp hơn. Các vấn đề liên quan đến đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu, quản lý khóa và đồng bộ hóa dữ liệu giữa các phân vùng cần được giải quyết một cách hiệu quả. Nếu không, hệ thống có thể gặp phải các vấn đề về hiệu suất và tính ổn định. Hơn nữa, việc phân vùng dữ liệu cũng đòi hỏi kiến thức chuyên sâu và kỹ năng kỹ thuật cao, làm tăng chi phí và độ phức tạp trong quá trình triển khai và vận hành hệ thống.

Đánh đổi giữa tính nhất quán và tính khả dụng

Trong các hệ thống phân tán, có một sự đánh đổi giữa tính nhất quán và tính khả dụng được gọi là CAP theorem. Một hệ thống phân tán chỉ có thể đạt được hai trong ba yếu tố: tính nhất quán, tính khả dụng và khả năng chịu lỗi phân vùng . Như vậy, để đạt được tính khả dụng cao, hệ thống phải chấp nhận mức độ nhất quán thấp hơn và ngược lại.

Caching có thể mang đến rủi ro

Caching là một kỹ thuật quan trọng để cải thiện hiệu suất hệ thống, nhưng nó cũng mang lại nhiều rủi ro, nhất là về việc dữ liệu lỗi thời. Khi dữ liệu được lưu trong cache, nó có thể không được cập nhật kịp thời khi dữ liệu gốc thay đổi, dẫn đến việc người dùng nhận được thông tin không chính xác hoặc lỗi thời. Hơn nữa, việc quản lý cache cũng đòi hỏi nhiều công sức và kỹ năng chuyên môn, từ việc thiết lập các chiến lược cache hợp lý đến việc xử lý các vấn đề về cache invalidation. Nếu không được quản lý tốt, cache có thể trở thành nguyên nhân gây ra các vấn đề về hiệu suất và tính ổn định của hệ thống.

Như vậy có thể thấy, Scalability là yếu tố quan trọng đem lại nhiều lợi ích cho doanh nghiệp. Thông qua những chia sẻ ở trên, hy vọng bạn đã có thể hiểu đúng về Scalability và áp dụng nó thành công vào doanh nghiệp của mình để đáp ứng tốt nhất nhu cầu kinh doanh cụ thể.