O que é a elasticidade rápida na computação em cloud?

A elasticidade rápida é a capacidade da cloud de disponibilizar e libertar capacidade depressa, muitas vezes de forma automática, para que os recursos aumentem e diminuam com a procura. O NIST inclui-a nas cinco características essenciais da computação em cloud. Para o utilizador, a capacidade disponível parece ilimitada e pode ser obtida em qualquer quantidade e a qualquer momento, sendo depois devolvida.

Pontos principais

• A NIST SP 800-145 define-a como capacidades que "podem ser disponibilizadas e libertadas de forma elástica, em alguns casos automaticamente, para escalar rapidamente para fora e para dentro em função da procura".
• Contam as duas direções. Libertar capacidade quando a procura desce é o que transforma a elasticidade em poupança.
• Na prática, é concretizada pelo auto scaling: métricas, políticas de escalonamento, limites mínimo e máximo e um balanceador de carga.
• A elasticidade é de curto prazo e automática; a escalabilidade é a capacidade de crescer a longo prazo. Uma carga de trabalho na cloud precisa de ambas.
• Só funciona se a aplicação for concebida para isso: servidores sem estado, armazenamento de sessões externo e uma base de dados que acompanhe o ritmo.

A definição do NIST, palavra a palavra

O Instituto Nacional de Normas e Tecnologia dos EUA (NIST) escreveu a definição que a maioria dos manuais e exames de certificação utiliza. Na NIST Special Publication 800-145, The NIST Definition of Cloud Computing, lê-se (tradução a nossa):

"As capacidades podem ser disponibilizadas e libertadas de forma elástica, em alguns casos automaticamente, para escalar rapidamente para fora e para dentro em função da procura. Para o consumidor, as capacidades disponíveis para aprovisionamento parecem, muitas vezes, ilimitadas e podem ser obtidas em qualquer quantidade e a qualquer momento."

As outras quatro características essenciais são o autosserviço a pedido, o acesso alargado pela rede, o agrupamento de recursos e o serviço medido. Cada expressão da definição tem um significado prático:

• "Disponibilizadas e libertadas": a capacidade volta para trás, tal como aumenta. Um sistema que só cresce é escalável, não elástico.
• "Em alguns casos automaticamente": a automatização é comum, mas não obrigatória. Uma pessoa que clica em "adicionar cinco servidores" e os obtém em minutos continua a enquadrar-se na definição.
• "Para fora e para dentro": a definição descreve o escalonamento horizontal, adicionar e remover instâncias, e não redimensionar uma única máquina.
• "Em função da procura": a capacidade deve acompanhar a carga real, não uma previsão feita há meses.
• "Parecem ilimitadas": o conjunto de recursos do fornecedor é tão grande que um único cliente raramente chega ao limite, embora as quotas da conta continuem a aplicar-se.

Como funciona na prática?

Os fornecedores de cloud concretizam a elasticidade através de serviços de auto scaling. O AWS Auto Scaling, por exemplo, "monitoriza as suas aplicações e ajusta automaticamente a capacidade para manter um desempenho estável e previsível ao menor custo possível". O Azure e o Google Cloud oferecem serviços equivalentes para grupos de máquinas virtuais, contentores e bases de dados.

Uma configuração típica tem cinco partes:

1. Métricas, como a utilização de CPU, os pedidos por destino ou o comprimento da fila, recolhidas a cada minuto ou com maior frequência.
2. Políticas que indicam quando agir: manter o CPU perto de 50%, adicionar duas instâncias quando a fila ultrapassa um limiar ou adicionar capacidade todos os dias úteis às 08:00.
3. Limites: um mínimo para manter a disponibilidade e um máximo para limitar o custo.
4. Aprovisionamento a partir de um modelo ou de uma imagem, para que as novas instâncias sejam idênticas e arranquem depressa.
5. Um balanceador de carga que envia tráfego para as novas instâncias depois de passarem as verificações de estado e as esvazia antes da remoção.

O Azure Well-Architected Framework da Microsoft refere a consequência para o desenho: escalar horizontalmente máquinas virtuais "exige um balanceador de carga separado, o tratamento dos pedidos dos clientes e estado armazenado externamente". A elasticidade é tanto uma propriedade do desenho da aplicação como uma funcionalidade da plataforma.

Elasticidade rápida vs escalabilidade

A escalabilidade é saber se um sistema consegue lidar com mais carga quando lhe são dados mais recursos. A elasticidade é saber se obtém e liberta esses recursos de forma rápida e automática à medida que a carga muda.

Para uma visão empresarial das opções, incluindo grupos de auto scaling de VM, contentores e serverless, leia o nosso guia sobre escalabilidade elástica na computação em cloud.

Exemplos

• Campanhas de vendas no retalho. Uma loja online escala para fora os níveis web e de checkout para uma campanha de Black Friday e volta ao normal na semana seguinte.
• Negócios sazonais. Os sites de reservas e de webcams de uma estância de esqui concentram a maior parte do tráfego em poucos meses de inverno.
• Lançamentos de media. Um serviço de streaming ou de notícias acrescenta capacidade quando um lançamento popular ou uma notícia de última hora provoca um pico.
• Análise em lote. Uma equipa financeira executa os relatórios de fim de mês em centenas de núcleos durante uma hora, em vez de alguns servidores durante dias.
• Desenvolvimento e testes. Os ambientes de teste arrancam para um teste de carga ou um pull request e são eliminados depois.

O caso sazonal é real para a cliente da Opsio Branäsgruppen, um dos maiores grupos de estâncias de esqui da Suécia, com até 15 000 esquiadores por dia no pico. O o seu ambiente VMware no local tinha de ser escalado manualmente antes de cada pico de procura, e o desempenho caía até isso ser feito. Depois da migração para a AWS, o caso de sucesso da Branäsgruppen descreve camadas de front-end web, middleware e base de dados que agora se expandem e contraem automaticamente com a procura sazonal.

Vantagens e limites

As vantagens são diretas: paga a capacidade de pico apenas durante o pico, os utilizadores têm tempos de resposta consistentes e ninguém tem de adicionar servidores manualmente antes de uma campanha.

Os limites são igualmente práticos:

• Tempo de arranque. As novas máquinas virtuais demoram a arrancar e a aquecer. Picos muito abruptos exigem margem, capacidade pré-aquecida ou serverless.
• A camada de dados. Os servidores web escalam facilmente; as bases de dados relacionais não. Planeie réplicas de leitura, cache ou uma base de dados gerida que escale.
• Quotas. Os limites da conta para instâncias ou concorrência podem impedir o escalonamento. Aumente-os antes de picos conhecidos.
• Surpresas de custo. Um erro ou tráfego de bots pode fazê-lo escalar rapidamente. Defina sempre um máximo e alertas de orçamento.
• Licenciamento. O software licenciado por servidor ou por núcleo pode não permitir instâncias de curta duração.

A a sua carga de trabalho tem elasticidade? Uma verificação rápida

• Qualquer servidor pode ser terminado sem que os utilizadores percam a sessão ou os dados?
• Existe uma política de escalonamento com limites mínimo e máximo testados?
• A capacidade desce mesmo depois de um pico? Veja o gráfico do número de instâncias do mês passado.
• A base de dados foi testada com carga no tráfego de pico, e não apenas a camada web?
• As quotas de serviço são suficientes para o maior pico esperado?

Se várias respostas forem "não", a carga de trabalho está alojada na cloud, mas ainda não é elástica. As equipas de serviço gerido AWS e de consultoria cloud da Opsio analisam e corrigem estas lacunas no âmbito do trabalho de arquitetura.

Perguntas frequentes

O que é a elasticidade rápida na computação em cloud?

É uma das cinco características essenciais da computação em cloud definidas pelo NIST: a capacidade pode ser disponibilizada e libertada depressa, por vezes de forma automática, para escalar para fora e para dentro com a procura, e para o utilizador parece ilimitada.

Qual é um exemplo de elasticidade rápida?

Uma loja online que tem quatro servidores web num dia normal, escala automaticamente para vinte durante uma campanha de vendas e volta a quatro quando a campanha termina. Só paga pelos dezasseis servidores adicionais enquanto estão a funcionar.

Qual é a diferença entre elasticidade e escalabilidade?

A escalabilidade é a capacidade de lidar com mais carga acrescentando recursos, normalmente a longo prazo. A elasticidade é acrescentar e remover esses recursos depressa, muitas vezes de forma automática, à medida que a procura sobe e desce.

A elasticidade rápida é o mesmo que auto scaling?

Não exatamente. A elasticidade é a característica; o auto scaling é a forma mais comum de a concretizar. A definição do NIST diz que o aprovisionamento ocorre "em alguns casos automaticamente", pelo que o escalonamento manual rápido também conta, mas na prática as equipas de cloud automatizam-no.

Porque é importante a elasticidade na computação em cloud?

Porque elimina a escolha entre pagar por capacidade paragem e ficar sem capacidade no pico. Dimensiona para a procura de hoje, escala para fora quando ela sobe e escala de volta para dentro quando desce.

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