Aufbau von Microservices-Design für Resilienz

Wenn Ihr mechanisches Projekt anfängt, wütend zu werden

So etwas ist doch keine Seltenheit, oder? Wir verbringen oft viel Zeit damit, Motoren auszuwählen und mechanische Strukturen anzupassen, aber es ist leicht, diese unsichtbaren Codedienste zu ignorieren. Sie sind wie das Nervensystem, das keine Anweisungen senden kann, und egal wie gut die „Muskeln“ sind, sie können sich nicht bewegen.

Die Frage ist also: Wie können diese Microservices in einer industriellen Umgebung zuverlässiger gemacht werden? Wie können sie wie Servomotoren in die Lage versetzt werden, schnell zu korrigieren und auch dann weiterzuarbeiten, wenn sie auf Störungen stoßen?

Es ist besser, anders zu denken: Microservices als mechanische Komponenten zu entwerfen

Denken Sie darüber nach, wie Sie einen Servomotor auswählen: Sie achten auf Drehmoment, Geschwindigkeit, Genauigkeit, Umgebungsanpassungsfähigkeit, Wärmeableitung und Schutzniveau. Denn Sie wissen, dass es in der Werkstatt Vibrationen, Temperaturunterschiede und Staub gibt. Sie entscheiden sich nicht nur für einen Motor, sondern für einen Partner, der weiterhin arbeiten kann.

Das Gleiche gilt für Microservices. Es sollte nicht nur lauffähig sein, sondern auch bei Netzwerkschwankungen, Datenspitzen und lokalen Ausfällen die Funktionalität aufrechterhalten können. Das nennen wir oft „Resilienz“. Es ist ein bisschen wie ein redundantes Design in einer Maschine: Wenn ein Zahnrad verschleißt, fängt die Sicherungsstruktur sofort auf und das System stoppt nicht.

kpowerWenn wir Kunden bei der Integration unterstützen, stoßen wir oft auf solche Bedürfnisse. Jemand fragte: „Wir verwenden sehr gute Motoren und Steuerungen. Warum ist das System immer noch instabil?“ Nach der Überprüfung kommt es häufig vor, dass die Anrufe zwischen Diensten zu „fragil“ sind: Es kommt zu einer Zeitüberschreitung und die gesamte Kette bricht zusammen.

Was zu tun? Es gibt mehrere Richtungen, die Sie in Betracht ziehen können:

• Nehmen Sie sich eine Auszeit und versuchen Sie es erneut, aber seien Sie schlau. Genau wie ein Servo, das ein Impulssignal empfängt, wartet es auf den nächsten Zyklus, wenn es dieses nicht einmal empfängt. Dasselbe sollte auch für Microservice-Aufrufe gelten. Aber ein einfacher Wiederholungsversuch kann das Problem verschlimmern – wenn der Downstream-Dienst wirklich ausgefallen ist, wird ein wiederholter Wiederholungsversuch die Situation nur verschlimmern. Es muss ein Backoff-Mechanismus hinzugefügt werden, z. B. 2 Sekunden warten, 4 Sekunden warten ... und eine Obergrenze festlegen. Lassen Sie nicht zu, dass ein Dienst das gesamte System verlangsamt.

  

• Schnell scheitern und dann einen Umweg machen. Fällt ein Sensor am Fließband aus, sperren Sie ihn vorübergehend und nutzen andere Daten für Berechnungen. Microservices können auch „Circuit Breaker“ setzen: Nach mehreren aufeinanderfolgenden Ausfällen werden die Aufrufe vorübergehend unterbrochen und die voreingestellten Ergebnisse direkt zurückgegeben, etwa Standardwerte oder zwischengespeicherte Daten. Geben Sie nachgelagerten Diensten eine Atempause und stellen Sie gleichzeitig sicher, dass der Hauptprozess weiterhin ausgeführt werden kann.

• Ermöglichen Sie den Diensten, unabhängig zu überleben. Gute mechanische Module können einzeln zerlegt und getestet werden. Microservices sollten außerdem versuchen, die Abhängigkeit von außen so weit wie möglich zu reduzieren. Durch die lokale Zwischenspeicherung häufig verwendeter Daten können die Kernfunktionen beispielsweise auch dann noch für eine Weile aufrechterhalten werden, wenn die Datenbank vorübergehend nicht verfügbar ist. Dies ist so, als hätte man eine eingebaute Notstromversorgung für das Servo. Auch wenn die Hauptstromversorgung unterbrochen wird, kann es seine Position beibehalten.

Das hört sich kompliziert an, willst du es wirklich selbst machen?

Wenn Sie jemanden in Ihrem Team haben, der sich mit Softwarearchitektur auskennt, können Sie es selbst ausprobieren. Doch die Herausforderungen im industriellen Bereich sind oft spezifischer: Ihre Microservices müssen möglicherweise direkt mit der SPS kommunizieren, Motor-Feedback-Daten in Echtzeit verarbeiten und Reaktionszeiten im Millisekundenbereich gewährleisten. Dies ist nicht etwas, das nur ein allgemeiner Rahmen lösen kann.

kpowerDer beste Ansatz besteht darin, sich von der Erfahrung der Hardware-Integration inspirieren zu lassen. Wir haben festgestellt, dass mechanische Systeme, die stabil arbeiten, häufig folgende Eigenschaften aufweisen:

• Zustand beobachtbar: So wie Motoren über Temperatursensoren und Vibrationsüberwachung verfügen, sollten Microservices auch Gesundheitszustands- und Lastdaten offenlegen, damit die Menschen sie auf einen Blick verstehen können.
• Entkopplung zwischen Modulen: Förderbandsteuerung und Robotersteuerung sollten so weit wie möglich getrennt werden. Selbst wenn eine Partei ein Problem hat, kann die andere Partei weitermachen.
• Lokale Verschlechterung zulassen: Wenn es ein Problem mit einer nicht zum Kerngeschäft gehörenden Funktion gibt, kann das System vorübergehend die Genauigkeit reduzieren oder kleinere Schritte überspringen, um sicherzustellen, dass die Hauptlinie weitergeführt wird.

Diese Prinzipien werden auf das Softwaredesign übertragen und zu praktischen Ideen für den Aufbau resilienter Microservices. Es geht nicht darum, das Rad neu zu erfinden, sondern darum, der bestehenden Architektur einige „Puffer“ und „Sicherheitsventile“ hinzuzufügen.

Also, wo genau fangen Sie an?

Wenn Sie ein neues Projekt planen oder eine bestehende Produktionslinie umgestalten, können Sie Folgendes versuchen:

1. Zeichnen Sie zunächst ein Dienstabhängigkeitsdiagramm, genau wie ein mechanisches Baugruppendiagramm, und markieren Sie, welche Dienste welche aufrufen. Finden Sie den einzigen Schwachpunkt – die „Kernkomponente“, von der zu viele Dienste abhängig sind.

2. Fügen Sie Schutz für wichtige Dienste hinzu, z. B. den Auftragsversanddienst, der die gesamte Produktionslinie stoppt. Legen Sie Leistungsschalter, Caches und Downgrade-Strategien dafür fest. Auch wenn es vorübergehend nicht verwendet wird, reservieren Sie die Schnittstelle zunächst.

3. Einheitliche Überwachung und Protokollierung: Alle Dienste geben Protokolle im gleichen Format aus, mit Zeitstempeln, Dienstnamen und Schlüsseldaten. Auf diese Weise können Sie unabhängig davon, wo sich ein Problem befindet, es schnell lokalisieren, indem Sie den Hinweisen folgen, genau wie bei der Suche nach einem Motorfehler.

4. Führen Sie regelmäßig „Fehlerübungen“ durch, um Netzwerkverzögerungen und Datenbank-Timeouts künstlich zu simulieren, um zu sehen, wie das System reagieren wird. Es ist besser, Probleme im Voraus zu erkennen, als mitten in der Nacht einen Alarmruf zu erhalten, nachdem Sie online gegangen sind.

Sag etwas Ehrliches

Microservices in einer industriellen Umgebung müssen keine hohe Parallelität auf Internetebene anstreben. Aber es ist belastbar genug – denn wenn die Produktionslinie eine Stunde lang stillsteht, kann der Verlust Hunderttausende betragen.

Ein gutes, belastbares Design macht das System nicht kompliziert und schwer verständlich. Im Gegenteil, es erleichtert Betrieb und Wartung: Wenn ein Problem auftritt, kann das System selbst einen Teil der Auswirkungen abmildern und Ihnen Zeit für die Fehlerbehebung verschaffen. Genau wie bei einer gut eingestellten Maschine: Wenn in einer bestimmten Verbindung etwas schief geht, läuft sie trotzdem weiter und eine Warnleuchte leuchtet auf, um Sie daran zu erinnern.

kpowerAls ich Kunden betreute, stellte ich fest, dass die Ursache vieler Stabilitätsprobleme nicht in der Hardware oder der Software liegt, sondern im Verbindungsdenken zwischen beiden. Entwerfen Sie Microservices als Teil eines mechanischen Systems und behandeln Sie es mit der gleichen pragmatischen Einstellung wie Lenkgetriebe und Servomotoren. Sie werden feststellen, dass es auf viele Fragen bereits Antworten gibt.

Denn Zuverlässigkeit in der Werkstatt hängt nie vom Glück ab.

Kpower wurde 2005 gegründet und ist ein professioneller Hersteller kompakter Bewegungseinheiten mit Hauptsitz in Dongguan, Provinz Guangdong, China. Kpower nutzt Innovationen in der modularen Antriebstechnologie und integriert Hochleistungsmotoren, Präzisionsgetriebe und Multiprotokoll-Steuerungssysteme, um effiziente und maßgeschneiderte intelligente Antriebssystemlösungen bereitzustellen. Kpower hat weltweit über 500 Unternehmenskunden professionelle Antriebssystemlösungen mit Produkten geliefert, die verschiedene Bereiche abdecken, darunter Smart-Home-Systeme, automatische Elektronik, Robotik, Präzisionslandwirtschaft, Drohnen und industrielle Automatisierung.