Устойчивые рабочие нагрузки на Azure

Устойчивость рабочих нагрузок в облаке — это общая ответственность между поставщиком облачных служб и организацией. Рабочие нагрузки Azure углеродно-нейтральны и используют 100 % возобновляемой энергии. Microsoft также защищает больше земли. Запуская рабочую нагрузку в Azure, вы уже делаете шаг к устойчивому развитию по сравнению с её запуском в собственной инфраструктуре, где эффективность с точки зрения углеродного следа может быть на 50–98 % ниже.

В качестве архитектора облачных решений ваши решения по проектированию непосредственно определяют, насколько эффективно рабочая нагрузка использует облачные ресурсы. Без преднамеренных вариантов проектирования рабочая нагрузка может использовать избегаемую энергию с течением времени и стать экологическим бременем по мере масштабирования.

Это руководство поможет вам разработать устойчивое развитие архитектуры с самого начала. Основное внимание уделяется ключевым проектным и эксплуатационным решениям, которые вы принимаете в реальных системах, и тому, как работать с ними, сохраняя надежность, безопасность и производительность. Вы узнаете, как распространенные архитектурные решения влияют на потребление ресурсов, где обычно возникают неэффективные решения и как сократить объем отходов без ущерба для качества системы.

Что такое устойчивая рабочая нагрузка?

Экологическая устойчивость стала одним из важнейших вопросов при проектировании облачной архитектуры, поскольку гипермасштабные центры обработки данных продолжают расширяться, рабочие нагрузки ИИ приводят к беспрецедентному росту спроса на электроэнергию, а организации накапливают постоянно работающую инфраструктуру, которая часто используется значительно ниже своей проектной мощности. Современные облачные среды часто страдают от бесконтрольного разрастания: простаивающие виртуальные машины, избыточно большие кластеры Kubernetes, чрезмерная телеметрия и избыточная репликация данных — всё это потребляет энергию, не создавая ощутимой бизнес-ценности.

Устойчивая рабочая нагрузка предназначена для минимизации ненужного потребления ресурсов во время выполнения бизнес-задач, надежности, безопасности и производительности. Устойчивость не является отдельной архитектурной дисциплиной; он тесно связан с теми же инженерными решениями, которые формируют устойчивые, безопасные и эффективные системы. Рабочие нагрузки, оптимизированные для использования, масштабируемости и операционной эффективности, обычно более устойчивы, так как они сокращают объемы вычислительных ресурсов, хранилища и сетевых ресурсов.

Устойчивое развитие тесно связано с компонентом оптимизации затрат в Azure Well-Architected Framework. Оптимизация размера инфраструктуры, эффективное использование автомасштабирования и устранение простаивающих или избыточных ресурсов — всё это повышает эффективность облачной инфраструктуры, а также сокращает ненужное потребление энергии и выбросы углерода. Во многих случаях первый шаг к устойчивости просто удаляет отходы из системы.

Схема, показывающая, как достичь эффективности облака.

Important

Устойчивость выходит за рамки экономии. Каждое решение по проектированию, независимо от функциональных или нефункциональными, может повлиять на выбросы углерода.

Рабочая нагрузка может быть недорогой в эксплуатации, при этом оставаясь экологически неэффективной. Чрезмерная сбор данных телеметрии, плохо оптимизированные потоки приложений, ненужное перемещение данных, неэффективные API или чрезмерно разработанные шаблоны устойчивости могут способствовать воздействию рабочей нагрузки на окружающую среду, даже если затраты на инфраструктуру покажутся приемлемыми.

Каковы распространенные проблемы?

Проектирование устойчивых рабочих нагрузок часто сложно, так как устойчивость представляет новый набор архитектурных компромиссов, которые выходят за рамки традиционных проблем, таких как затраты, надежность и производительность. Хотя многие улучшения устойчивости соответствуют эффективности облака, они также требуют, чтобы организации переосмыслили, как разработаны, работают и измеряются приложения.

Задача и описание Влияние на устойчивость
Балансировка устойчивости с надежностью. Отказоустойчивые системы часто требуют избыточности, репликации и резервных мощностей за счет развертывания в нескольких регионах или использования архитектур active-active. Рост использования инфраструктуры и энергопотребления из-за чрезмерно выделенных или постоянно работающих ресурсов.
Ограниченная видимость выбросов. Многие организации не имеют инструментов и телеметрии для измерения выбросов рабочей нагрузки или корреляции архитектурных решений с воздействием на окружающую среду. Трудно отслеживать улучшения или проверять, сокращают ли усилия по оптимизации выбросы.
Чрезмерное выделение ресурсов и простаивающая инфраструктура. Рабочие нагрузки часто предназначены для пикового спроса вместо фактического использования, что приводит к простою виртуальных машин, избыточных кластеров AKS и неиспользуемых ресурсов. Ненужные вычислительные ресурсы, хранилище и потребление сети увеличивают затраты и выбросы углерода.
Компромиссы устойчивости в оптимизации производительности. Повышение задержки и пропускной способности может потребовать дополнительного кэширования, репликации, памяти или вычислительных ресурсов. Повышение производительности может произойти за счет более высокого потребления рабочей энергии.
Чрезмерная наблюдаемость и телеметрия. Большие объемы журналов, трассировок, метрик и длительных периодов хранения создают значительные затраты на хранение и обработку. Увеличение использования хранилища, сети и вычислительных ресурсов по данным операционной телеметрии.
Рост ИИ и данных. Рабочие нагрузки ИИ, векторные базы данных и быстро растущие наборы данных используют значительные ресурсы GPU, хранилища и сети. Высокая интенсивность вычислений и неконтролируемый рост данных может значительно увеличить выбросы рабочей нагрузки.
Организационные и культурные проблемы. Устойчивость часто обрабатывается отдельно от инженерных и платформенных операций. Отсутствие владения и управления может замедлить внедрение устойчивости. Без постоянных усилий по совершенствованию устойчивого развития со временем естественным образом накапливаются неконтролируемое разрастание облачной инфраструктуры и неэффективность.

Устойчивость как хорошо спроектированный результат

Устойчивость не отличается от платформы Azure Well-Architected. Во многих случаях устойчивые рабочие нагрузки являются прямым результатом применения принципов Well-Architected последовательно в течение всего жизненного цикла рабочей нагрузки. Эффективные системы потребляют меньше ресурсов, создают меньше операционных отходов и обычно работают лучше как в финансовом, так и в оперативном режиме.

Как использовать это руководство:

✔ Начните с методологии проектирования, которая описывает обоснование и повторяющиеся темы в технических и операционных областях. Вернитесь к этой методологии, когда вы сталкиваетесь с неопределенным выбором, чтобы оставаться в соответствии с общими целями рабочей нагрузки, включая цели эффективности и устойчивости.

✔ Перейдите к рекомендациям по основам платформы Well-Architected, где архитектурные решения принимаются с точки зрения эффективности, оптимизации и строгой операционной дисциплины. Экологичность возникает сама собой.

Компонент Well-Architected Взаимосвязь с устойчивым развитием
Надёжность Надежные системы должны сбалансировать устойчивость с эффективностью. Высокоизбыточные архитектуры, развертывания по схеме active-active и избыточные мощности для аварийного переключения могут увеличить воздействие на окружающую среду, если их не проектировать должным образом. Устойчивое обеспечение надежности ориентировано на достижение целей устойчивости без ненужных перепроизбыток.
Security Безопасность также влияет на устойчивость. Архитектуры, ориентированные в первую очередь на идентификацию, управляемые службы безопасности и эффективные механизмы управления и контроля могут снизить сложность инфраструктуры и операционные накладные расходы. И наоборот, фрагментированные средства, дублированные платформы безопасности и чрезмерное хранение данных могут значительно увеличить потребление ресурсов.
Оптимизация затрат Самое сильное перекрытие существует между устойчивостью и оптимизацией затрат. Оптимальный подбор ресурсов инфраструктуры, автомасштабирование рабочих нагрузок, устранение неиспользуемых ресурсов и сокращение избыточного использования хранилищ или сети — всё это повышает эффективность облачной инфраструктуры и одновременно снижает воздействие на окружающую среду. Удаление отходов из рабочей нагрузки часто является первым и наиболее эффективным улучшением устойчивости.
Операционное превосходство Операции оказывают значительное влияние на устойчивость. Чрезмерный сбор телеметрических данных, избыточно подробное журналирование, неэффективные конвейеры развертывания и неконтролируемое разрастание операционной среды могут со временем увеличивать потребление ресурсов хранения данных, сети и вычислительных ресурсов. Устойчивые операции требуют дисциплинированных стратегий наблюдения, автоматизации, управления и непрерывной оптимизации.
Эффективность производительности Эффективные приложения обычно используют меньше вычислительных ресурсов для выполнения одной и той же работы. Оптимизированные API, стратегии кэширования, асинхронная обработка, эффективные шаблоны доступа к базам данных и архитектуры, управляемые событиями, снижают ненужные затраты на обработку. Оптимизация производительности часто является оптимизацией устойчивости.

Microsoft стремится помочь вам оптимизировать выбросы углерода в Azure. Дополнительные материалы можно найти здесь: оптимизация углерода в Azure.

Следующий шаг

Ознакомьтесь с методологией проектирования устойчивости.

Методология проектирования

В Microsoft мы согласуемся с отраслевыми стандартами по выбросам парниковых газов (GHG) с протоколом парниковых газов. Просмотрите следующие дополнительные ресурсы:

  • Изучите Microsoft Cloud for Sustainability, чтобы расширить возможности решения. Эта серия статей относится к любому решению, которое вы создаете или работаете на Azure.

  • Ознакомьтесь с преимуществами облачных вычислений: исследование Microsoft Cloud для доказательств того, что Azure могут быть более энергетическими и углеродобезопасными, чем локальные решения.

  • Используйте службу Azure Carbon Optimization в Azure, которая показывает предварительно рассчитанный эквивалент выбросов углерода для всех подписок и ресурсов, а также рекомендации для конкретных рабочих нагрузок по сокращению выбросов.

  • Панель мониторинга влияния на выбросы для Azure: список Microsoft AppSource для решения Power BI, которое помогает Azure клиентам вычислять и отслеживать выбросы углерода, связанные с облаком.

  • Чтобы лучше понять, как центры обработки данных Microsoft изначально проектируются с учетом принципов устойчивого развития, прочитайте Общие сведения о центрах обработки данных Microsoft.

  • Узнайте о продвижении устойчивости путем понимания центра устойчивости корпоративной ответственности Microsoft, охватывающего свои обязательства по климату, сообщаемого прогресса, инвестиций и более широких программ устойчивости.

  • Ознакомьтесь с материалами для самостоятельного обучения по цифровой устойчивости от Microsoft в коллекции Microsoft Learn «Устойчивое развитие».

Ресурсы сообщества

  • Last updated on