أنماط التوافر العالي والتعافي من الكوارث

التصميم للفشل هو كفاءة أساسية لمهندسي السحابة. هذا الدرس يغطي أنماط بناء أنظمة مرنة تحقق أهداف التوافر والتعافي.

مفاهيم التوافر

قياس التوافر

التسعات	التوافر	التوقف/سنة	التوقف/شهر
تسعتان	99%	3.65 يوم	7.3 ساعة
ثلاث تسعات	99.9%	8.77 ساعة	43.8 دقيقة
أربع تسعات	99.99%	52.6 دقيقة	4.4 دقيقة
خمس تسعات	99.999%	5.26 دقيقة	26 ثانية

تكوين SLA

للخدمات على التوالي:

إجمالي التوافر = الخدمة1 × الخدمة2 × ... × الخدمةN

مثال:
  موازن الحمل (99.99%) × خادم التطبيق (99.9%) × قاعدة البيانات (99.95%)
  = 0.9999 × 0.999 × 0.9995
  = 99.84%

للخدمات بالتوازي:

إجمالي التوافر = 1 - (1 - الخدمة1) × (1 - الخدمة2)

مثال: قاعدتا بيانات (99.95% كل منهما):
  = 1 - (1 - 0.9995)²
  = 1 - 0.00000025
  = 99.999975%

سؤال المقابلة: تحقيق 99.99%

س: "كيف تصمم تطبيق ويب لتحقيق توافر 99.99%؟"

ج: هندسة معمارية متعددة AZ مع تكرار في كل طبقة:

الهندسة المعمارية:
  Route 53 (100% SLA)
       ↓
  CloudFront (99.9%)
       ↓
  ALB - Multi-AZ (99.99%)
       ↓
  EC2 ASG - Multi-AZ (99.99% مع التكرار)
       ↓
  Aurora Multi-AZ (99.99%)

الممارسات الرئيسية:
1. لا نقاط فشل واحدة
2. التوسع التلقائي للسعة
3. فحوصات الصحة والاستبدال التلقائي
4. طبقة تطبيق بدون حالة
5. تجاوز فشل قاعدة البيانات < 30 ثانية

أنماط التوافر العالي

نشط-نشط

مثيلات متعددة تخدم حركة المرور في وقت واحد.

          ┌─────────────────┐
          │  موازن الحمل  │
          └────────┬────────┘
       ┌───────────┼───────────┐
       ▼           ▼           ▼
   [App AZ-a]  [App AZ-b]  [App AZ-c]
       │           │           │
       └───────────┴───────────┘
                   ▼
           [كتلة قاعدة البيانات]

الخصائص:

• جميع المثيلات تتعامل مع الطلبات
• الحمل موزع عبر المثيلات
• تجاوز فشل فوري (تخدم بالفعل)
• تكلفة أعلى (جميع الموارد نشطة)

نشط-سلبي

الأساسي يتعامل مع حركة المرور؛ الاحتياطي ينتظر.

   [المنطقة النشطة - us-east-1]       [المنطقة السلبية - us-west-2]
          │                                    │
   [خوادم التطبيق]              [الخوادم الاحتياطية]
          │                                    │
   [قاعدة البيانات الأساسية] ──── النسخ ───► [النسخة]

الخصائص:

• الاحتياطي يستهلك موارد لكن لا يخدم
• التجاوز يتطلب ترقية (دقائق)
• تكلفة أقل من نشط-نشط
• RPO يعتمد على تأخر النسخ

سؤال المقابلة: نشط-نشط مقابل نشط-سلبي

س: "متى تختار نشط-سلبي على نشط-نشط؟"

ج: اعتبر هذه العوامل:

العامل	نشط-نشط	نشط-سلبي
RTO المطلوب	< 1 دقيقة	الدقائق مقبولة
حساسية التكلفة	يمكن تحمل 2x السعة	تحتاج تحسين التكلفة
اتساق البيانات	يمكن التعامل مع تأخر النسخ	تحتاج اتساقاً قوياً
توزيع حركة المرور	يستفيد من التوزيع الجغرافي	حركة المرور المركزية مقبولة
تحمل التعقيد	يمكن إدارة حالة متعددة المناطق	تفضل البساطة

استراتيجيات التعافي من الكوارث

تصنيف DR

الاستراتيجية	RTO	RPO	التكلفة	مثال
النسخ الاحتياطي والاستعادة	ساعات	ساعات	$	الاستعادة من S3
الضوء التجريبي	دقائق	دقائق	$$	بنية تحتية دنيا قيد التشغيل
الاحتياطي الدافئ	دقائق	ثوانٍ	$$$	نسخة مخفضة الحجم
الاحتياطي الساخن	ثوانٍ	صفر	$$$$	نسخة كاملة

نمط الضوء التجريبي

احتفظ بالأنظمة الحرجة تعمل بالحد الأدنى:

المنطقة الأساسية:                 منطقة DR:
  ├── خوادم تطبيق كاملة            ├── (لا شيء - توسع من صفر)
  ├── قاعدة بيانات كاملة           ├── نسخة قاعدة البيانات (قيد التشغيل)
  └── ذاكرة مخبأة كاملة            └── AMIs جاهزة للإطلاق

خطوات التعافي:

1. نسخة قاعدة البيانات متزامنة بالفعل
2. إطلاق خوادم التطبيق من AMIs
3. التوسع للسعة المطلوبة
4. تحديث DNS

نمط الاحتياطي الدافئ

نسخة بسعة مخفضة:

الأساسي (100% سعة):            DR (20% سعة):
  ├── 10 خوادم تطبيق             ├── 2 خوادم تطبيق
  ├── db.r6g.4xlarge              ├── db.r6g.large
  └── بنية تحتية كاملة            └── بنية تحتية دنيا

خطوات التعافي:

1. توسيع خوادم تطبيق DR
2. ترقية نسخة قاعدة البيانات (أو تغيير الحجم)
3. إعادة توجيه حركة المرور (DNS أو فحص صحة Route 53)

سؤال المقابلة: اختيار استراتيجية DR

س: "شركة رعاية صحية تحتاج DR لنظام سجلات المرضى. RTO: 15 دقيقة، RPO: 5 دقائق. أي استراتيجية؟"

ج: الاحتياطي الدافئ مناسب:

لماذا:

• RTO 15 دقيقة يسمح بوقت للتوسع
• RPO 5 دقائق قابل للتحقيق مع النسخ غير المتزامن (تأخر < 1 دقيقة نموذجي)
• الرعاية الصحية لا تحتاج تجاوزاً فورياً (ليس تداولاً في الوقت الحقيقي)
• فعال من حيث التكلفة للمتطلبات

التنفيذ:

الأساسي (us-east-1):
  - Aurora Primary (Multi-AZ)
  - ECS Fargate (10 مهام)

DR (us-west-2):
  - Aurora Read Replica (يُرقَّى عند التجاوز)
  - ECS Fargate (2 مهمة، تُوسَّع عند التجاوز)

المراقبة:
  - فحوصات صحة Route 53
  - دليل تشغيل آلي في Systems Manager
  - اختبار DR منتظم (ربع سنوي)

أنماط المرونة

قاطع الدائرة

منع الفشل المتتالي:

class CircuitBreaker:
    def __init__(self, failure_threshold=5, timeout=30):
        self.failure_count = 0
        self.threshold = failure_threshold
        self.timeout = timeout
        self.state = 'CLOSED'  # CLOSED, OPEN, HALF_OPEN

    def call(self, func):
        if self.state == 'OPEN':
            if time_since_open > self.timeout:
                self.state = 'HALF_OPEN'
            else:
                raise CircuitOpenError()

        try:
            result = func()
            self.on_success()
            return result
        except Exception as e:
            self.on_failure()
            raise

نمط الحاجز

عزل الفشل لمنع فشل النظام الكلي:

حاجز تجمع الخيوط:
  ├── التجمع 1: خدمة الدفع (10 خيوط)
  ├── التجمع 2: خدمة المخزون (10 خيوط)
  └── التجمع 3: خدمة الشحن (5 خيوط)

إذا استنفدت خدمة الدفع الخيوط،
تستمر خدمة المخزون والشحن في العمل.

إعادة المحاولة مع التراجع الأسي

التعامل مع الفشل العابر:

def retry_with_backoff(func, max_retries=5, base_delay=1):
    for attempt in range(max_retries):
        try:
            return func()
        except TransientError:
            if attempt == max_retries - 1:
                raise
            delay = base_delay * (2 ** attempt) + random.uniform(0, 1)
            time.sleep(delay)

سؤال المقابلة: استراتيجية المرونة

س: "خدمتك تستدعي ثلاث APIs خارجية. كيف تجعلها مرنة؟"

ج: نفذ مرونة متعددة الطبقات:

1. المهلات: فشل سريع (1-5 ثوانٍ)
2. قاطع الدائرة: توقف عن استدعاء الخدمات الفاشلة
3. إعادة المحاولة: مع تراجع أسي + تذبذب
4. الحاجز: تجمعات خيوط/اتصالات معزولة
5. البديل: تدهور رشيق

مثال التكوين:
  Payment API:
    - المهلة: 3 ثوانٍ
    - الدائرة: تفتح بعد 5 فشلات، استعادة 30 ثانية
    - إعادة المحاولة: 3 محاولات، تراجع أسي
    - البديل: وضع في قائمة انتظار للمعالجة لاحقاً

  Inventory API:
    - المهلة: 2 ثانية
    - الدائرة: تفتح بعد 3 فشلات، استعادة 15 ثانية
    - إعادة المحاولة: 2 محاولات
    - البديل: إرجاع المخزون المخبأ

مبدأ الهندسة المعمارية: صمم للفشل. كل تبعية خارجية ستفشل في النهاية. مرونة نظامك تحدد تجربة المستخدم أثناء الفشل.

هذا يختتم وحدة أنماط الهندسة المعمارية. اختبر معرفتك مع اختبار الوحدة. :::