Diseño y validación de una arquitectura escalable en Kubernetes para el despliegue de un SaaS

Abstract

La finalidad de este trabajo es diseñar una arquitectura de componentes escalable que interactúe con su entorno, creciendo o decreciendo según la demanda de tráfico que se le exija. Esta arquitectura va a ser diseñada exclusivamente para un sistema de gestión de agrupaciones musicales basado en microservicios. Para simplificar las tareas relacionadas con el diseño, se elaborará primero una prueba de concepto de la arquitectura que no se escale y más tarde una segunda versión escalable, sobre la que se realizarán una serie de pruebas para validarla. Existen tres beneficios principales de esta solución: en primer lugar, la disminución de personal necesario encargado de las labores de operación del sistema, en segundo lugar, la optimización de costo que se emplea para mantener el sistema disponible para los clientes que quieran utilizarlo y, por último, la disminución de los tiempos de espera en el diálogo establecido entre el cliente y el servidor. Una buena comparación del funcionamiento de una arquitectura escalable es la analogía del piloto automático de un coche. Tras fijar un parámetro de velocidad de crucero, el sistema realiza las debidas acciones para que la velocidad se mantenga al valor que el operador ha establecido. En este caso, nuestra variable es la utilización de recursos de procesador y memoria volátil que utiliza el sistema de gestión, y el piloto automático es el encargado de otorgar más recursos al sistema para que el uso medio del procesador y la memoria permanezcan dentro de los umbrales establecidos, mejorando el tiempo de respuesta del sistema. Además de los beneficios mencionados anteriormente, el sistema poseerá una capacidad de respuesta rápida frente a grandes picos de demanda, es decir, cuando un número elevado de usuarios se conecten simultáneamente a este, manteniendo los niveles de calidad de servicio. Esta capacidad permitirá mantener los niveles de calidad de servicio ofrecidos a los clientes. La tecnología que se va a utilizar para resolver el problema será Kubernetes, un orquestador de contenedores “Open Source” desarrollado por Google en 2014 y que pertenece ahora a la “Cloud Native Computing Foundation” (CNCF).

The aim of this project is to design a scalable architecture based on components that interact with their environment, changing its size depending on the amount of the incoming traffic. The architecture is going to be designed only for an Orchestra Manager system that has been developed with microservices. Stress tests are going to be carried out according to Quality of Service’s levels defined, to ensure the architecture validity of the whole system. There are three main benefits of this approach: first, reduction of the staff required to monitor and operate the system, second, decrease of costs of the system maintenance to keep it always available to clients, and last, to shorten waiting times after requests sent from clients. To understand the logic behind this architecture, you may compare it with a car autopilot. After the operator sets the speed limit, the system makes the required actions to keep the car speed to the established value. In this case, our system variables are processor and memory resources that the system takes advantage of, and the autopilot is the responsible to provide more resources to the system, so that its measurements will remain between the threshold levels set. In addition to the benefits already mentioned, the response ability of the system will be faster to traffic peaks, keeping the Quality of Service’s levels defined when a big number of users connect to the system at the same time. The technology to implement the approach will be Kubernetes, an open-source container orchestrator developed by Google in 2014 that is part of the Cloud Native Computing Foundation (CNCF).