Analyse des compromis des architectures de systèmes distribués modernes

Les systèmes logiciels modernes, en particulier ceux qui suivent des architectures distribuées, sont connus pour leur complexité et leur variabilité. Ces systèmes sont composés de nombreux éléments, chacun d'entre eux introduisant des compromis potentiels pouvant affecter des facteurs tels que le coût, les performances, l'évolutivité et la fiabilité. Comprendre ces compromis est essentiel pour les architectes informatiques, les analystes commerciaux, les architectes de données, les ingénieurs logiciels et les ingénieurs de données qui naviguent dans le monde de la modernisation et de la transformation des logiciels. Cet article vise à mettre en lumière le processus et l'importance de mener une analyse des compromis dans les architectures distribuées, en fournissant un aperçu des méthodes, techniques, outils et approches concurrentes associés à cette pratique complexe mais intégrale.

L'architecture logicielle a toujours été un domaine qui nécessite des compromis et des décisions. Dans ce domaine axé sur la précision et l’innovation, chaque décision fait la différence. Il devient de plus en plus crucial de reconnaître l’importance de ces impacts car nous sommes dans une époque de progrès technologiques rapides. À notre époque, chaque décision est une opportunité et un défi.

Dans le tableau dynamique du paysage technologique, il y a une histoire d'évolution intéressante : des géants uniques du passé aux systèmes distribués flexibles d'aujourd'hui. Alors que nous nous trouvons à l’intersection d’une flexibilité sans précédent et d’une complexité croissante, une chose est devenue tout à fait claire
 : les décisions comptent. Et qu’en est-il de la prise de ces décisions ? Eh bien, c’est un mélange d’art, de science et d’un peu de divination.

Comprendre le paysage des systèmes distribués modernes

• Leap évolutif : L'époque où des applications entières résidaient sur un seul serveur ou cluster est révolue. L’essor des microservices, de la conteneurisation (comme Docker), des géants du cloud computing comme AWS, Azure et GCP, et même de l’avant-garde de l’edge computing, ont fondamentalement redéfini l’architecture logicielle. Ces innovations libèrent les applications et leur confèrent une évolutivité et une résilience inégalées.
• Épée à double tranchant : bien que les systèmes distribués présentent de nombreux avantages, ils présentent également des défis complexes. L’autonomie des microservices, par exemple, introduit également des barrières potentielles en matière de synchronisation, de latence et de communication.

La nécessité d'une analyse moderne des compromis

• Contexte historique : Il y a à peine dix ou vingt ans, l’architecture monolithique était la norme. C’était une époque plus simple et les défis étaient simples. Cependant, la révolution numérique a introduit de nombreux nouveaux modèles architecturaux. Des microservices à l’informatique sans serveur, ces modèles offrent une flexibilité et une robustesse sans précédent, redéfinissant les limites de ce que les logiciels peuvent réaliser.
• Complexité et opportunités : à mesure que la technologie évolue, la complexité qui y est associée évolue également. Les architectes doivent désormais prendre en compte les approches cloud natives, les outils d'orchestration de conteneurs comme Kubernetes et les complexités de l'intégration et du déploiement continus. Cependant, à mesure que ces défis se présentent, les opportunités d'innovation et d'optimisation se multiplient également, rendant le rôle de l'architecte plus critique que jamais.

La nécessité d'une analyse moderne des compromis

Identifier les compromis dans les systèmes logiciels modernes

Naviguer dans le vaste domaine des possibilités logicielles modernes revient à traverser un océan d'opportunités et d'embûches. Comme l'a judicieusement dit l'oncle Ben Parker de Spider-Man : « Une grande puissance implique de grandes responsabilités.
Les systèmes distribués offrent évolutivité, résilience et flexibilité. » Cependant, ils introduisent également des défis en matière de cohérence des données, d’orchestration du système, de tolérance aux pannes, etc. Les décisions prises dans ce domaine ont des conséquences considérables.

1.Style architectural :

• Microservices : ils offrent la modularité, l'évolutivité et la possibilité de déployer des parties d'une application de manière indépendante. Cependant, ils introduisent également des défis liés à la découverte de services, à la communication interservices et à la cohérence des données.
• Sans serveur : l'architecture sans serveur promet une rentabilité en supprimant le fardeau de la gestion de l'infrastructure et en offrant une évolutivité à la demande. Cependant, il peut ne pas convenir aux applications ayant des exigences de performances spécifiques en raison de temps de démarrage longs et d'une dépendance potentielle à un fournisseur.
• Architecture basée sur les événements : tend vers une communication asynchrone pour améliorer l'évolutivité, mais nécessite un mécanisme puissant pour garantir la cohérence des données.
• Cloud native : conçue pour tirer pleinement parti des avantages du cloud computing, l'architecture cloud native met l'accent sur l'évolutivité, la résilience et la flexibilité. Il utilise généralement des pratiques de conteneurisation, de microservices et de livraison continue.

Bien qu'il soit rapidement évolutif et flexible, il peut présenter certaines complexités en termes d'orchestration, de gestion du maillage de services et de déploiement multi-cloud.

• Architecture en couches (ou N-tiers) : divisez le système en différentes couches, telles que les couches de présentation, de logique métier et d'accès aux données. Chaque couche a des responsabilités spécifiques et n'interagit qu'avec ses couches adjacentes.
• Architecture réactive : créez des systèmes réactifs, résilients et axés sur les messages. Il est conçu pour gérer la nature asynchrone des applications modernes.
• Hexagones (ou ports et adaptateurs) : concentrez-vous sur la séparation des problèmes en divisant l'application en parties internes et externes. Cela permet d’isoler les applications des technologies et outils externes.

2. Type de base de données : les données sont la bouée de sauvetage des applications modernes

• Base de données relationnelle : connue pour son schéma structuré et ses solides garanties ACID, elle fonctionne bien dans les situations où des jointures et des transactions complexes sont requises. Cependant, leurs compromis peuvent inclure des problèmes potentiels d’évolutivité.
• NoSQL : conçu pour la flexibilité, l'évolutivité et les hautes performances. Cependant, la cohérence peut parfois constituer un défi, en particulier dans les bases de données qui privilégient la disponibilité plutôt que la cohérence stricte.
• Base de données vectorielles : convient à une analyse haute performance, mais peut introduire une complexité de traitement des données.
• Base de données graphiques : convient à l'exploration de données Internet, mais peut ne pas être assez efficace pour les opérations non graphiques.
• Base de données de séries chronologiques : optimisée pour le traitement des données d'horodatage, particulièrement adaptée aux applications de surveillance, financières et IoT. Leurs compromis peuvent inclure des fonctionnalités limitées pour les opérations hors séries chronologiques.
• Base de données en mémoire : stockez les données dans la mémoire principale (RAM) de votre ordinateur pour des temps de réponse plus rapides. Ils sont utilisés dans des applications où la vitesse est essentielle.
• Base de données orientée objet : stocke les données sous forme d'objets utilisés dans la programmation orientée objet.
• Base de données distribuée : distribuez les données sur plusieurs serveurs et pouvez évoluer dans un ou plusieurs emplacements.
• Base de données hiérarchique : organise les données dans une structure arborescente où chaque enregistrement a un seul nœud parent.
• Base de données réseau : similaire à la base de données hiérarchique, mais permet à chaque enregistrement d'avoir plusieurs nœuds parents.
• Base de données multimode : prend en charge plusieurs modèles de données et peut stocker différents types de données.

3. Mode plateforme intégrée

À mesure qu'un système se développe, une communication efficace entre ses composants devient essentielle.

• Point à point : l'intégration point à point directe peut conduire à un couplage étroit et entraver l'évolutivité du système. Les courtiers de messages dissocient la communication des services, assurent la mise en file d'attente des messages et la répartition de la charge, mais introduisent une autre couche de complexité qui peut devenir un point de défaillance unique. Une architecture basée sur les événements utilisant le traitement asynchrone offre les avantages de l'évolutivité et de la réponse en temps réel, mais nécessite des mécanismes puissants pour garantir la cohérence et l'ordre des données.
• API Gateway : API Gateway agit comme un pont entre les clients et les services, fournissant un point d'accès unifié, une authentification centralisée et d'autres fonctions. Les compromis à prendre en compte incluent une latence accrue en raison des sauts de réseau supplémentaires, des goulots d'étranglement potentiels qui peuvent survenir s'ils ne sont pas mis à l'échelle de manière appropriée et la complexité de la gestion d'un autre composant. Cependant, il simplifie l'interaction client, fournit une journalisation et une analyse centralisées et peut faire abstraction de la complexité du service sous-jacent.
• Courtier de messages : découple la communication des services et fournit une file d'attente de messages et une répartition de la charge. Cependant, ils peuvent introduire un autre niveau de complexité et devenir un point de défaillance unique.
• Publier/S'abonner (Pub/Sub) : permet aux services de publier des événements/messages, tandis que d'autres services s'y abonnent. Cela découple le service et assure l'évolutivité, mais gérer l'ordre des messages et assurer leur livraison peut être un défi.
• Requête/Réponse : un mode synchrone dans lequel un service envoie une demande et attend une réponse. Cela peut entraîner des retards, surtout si le service de réponse prend du temps à traiter.
• Resource d'événements : capturez les changements d'état en tant qu'événements, permettant au système de reconstruire l'état en rejouant les événements. Très utile pour les systèmes qui nécessitent une piste d'audit.
• Intégration de données (ETL) : processus utilisé pour déplacer des données entre des systèmes, généralement d'un système d'exploitation vers un entrepôt de données.
• Intégration par lots : les données sont transmises entre les systèmes par lots plutôt qu'individuellement. Efficace pour de grandes quantités de données, mais peut introduire des retards dans l'attente du prochain lot.
• Orchestration : Un service central (orchestrateur) est chargé de gérer les interactions entre les services et de veiller à ce qu'elles soient exécutées dans un ordre précis.
• Traitement en streaming : Streaming continu de données, traitées par enregistrement ou étape par étape sur une fenêtre temporelle glissante.

4. Observabilité :

• Métriques : données quantitatives sur un processus, souvent utilisées pour les contrôles de santé du système.
• Tracking : suivez le processus de requêtes se propageant entre les composants.
• Journaux : enregistrements détaillés générés par les composants logiciels, cruciaux pour le débogage.
• Événement : Un événement important au sein du système qui mérite d’être noté. Les événements peuvent aller des actions de l'utilisateur aux alertes système.
• Surveillance de l'expérience utilisateur : observez et comprenez comment les utilisateurs finaux interagissent avec le système, en vous concentrant sur les performances et la convivialité.
• Surveillance des performances du réseau : surveillez et analysez le trafic réseau et les mesures pour évaluer les performances et la santé de votre réseau.
• Surveillance synthétique : simulez l'interaction de l'utilisateur avec le système pour tester les performances et la convivialité.
• Surveillance des utilisateurs en temps réel (RUM) : capturez et analysez les interactions des utilisateurs en temps réel pour comprendre l'expérience utilisateur réelle.
• Surveillance des conteneurs et de l'orchestration : surveillez la santé et les performances des applications conteneurisées et des plates-formes d'orchestration comme Kubernetes.

5.DevSecOps :

• Sécurité automatisée : utilisez des outils pour automatiser les contrôles et les analyses de sécurité. Y compris les tests de sécurité des applications statiques (SAST), les tests de sécurité des applications dynamiques (DAST) et l'analyse des dépendances.
• Surveillance continue : assurez-vous que les applications sont surveillées en temps réel pour détecter et répondre aux menaces. Cela inclut la surveillance des journaux système, de l’activité des utilisateurs et du trafic réseau pour détecter toute activité suspecte.
• Automatisation CI/CD : les pipelines d'intégration continue et de déploiement continu (CI/CD) garantissent que les modifications de code sont automatiquement testées, créées et déployées avant le déploiement. L'intégration de contrôles de sécurité dans ces pipelines garantit que les vulnérabilités sont détectées et corrigées avant le déploiement.
• Infrastructure en tant que code (IaC) :
  Gérez et configurez l’infrastructure à l’aide du code et de l’automatisation. Des outils tels que Terraform et Ansible peuvent être utilisés à cet effet, garantissant que les meilleures pratiques de sécurité sont suivies dans ces scripts.
• Sécurité des conteneurs : à mesure que la conteneurisation devient plus courante, il est essentiel d'assurer la sécurité des images et des environnements d'exécution des conteneurs. Cela inclut l’analyse des images de conteneurs à la recherche de vulnérabilités et la garantie de la sécurité d’exécution.
• Gestion des secrets : assurez-vous que les données sensibles telles que les clés API, les mots de passe et les certificats sont stockées et gérées en toute sécurité. Des outils tels que HashiCorp Vault peuvent aider à gérer et à accéder aux secrets en toute sécurité.
• Modélisation des menaces : évaluez et modélisez régulièrement les menaces potentielles pour les applications. Cette approche proactive permet de comprendre les vecteurs d'attaque potentiels et de les atténuer.
• Intégration de l'assurance qualité (AQ) : intégrez des contrôles et des tests de qualité tout au long du cycle de développement, et pas seulement dans la phase post-développement.
• Collaboration et communication : favoriser une communication et une collaboration efficaces entre les équipes de développement, d'exploitation et de sécurité.
• Gestion de la configuration : gérez et maintenez la cohérence des performances des produits en contrôlant les modifications apportées aux logiciels.
• Amélioration continue : mettre en œuvre des mécanismes pour recueillir les commentaires de toutes les parties prenantes et améliorer continuellement les processus et les outils.
• Gestion des vulnérabilités : il ne s'agit pas seulement d'analyser, mais également de gérer, hiérarchiser et corriger systématiquement les vulnérabilités découvertes.

6. Protocole de communication :

• HTTP/REST : protocole largement adopté, connu pour sa simplicité et son apatride, couramment utilisé pour les services Web et les API.
• gRPC : un framework RPC open source hautes performances qui utilise des tampons de protocole et prend en charge le streaming bidirectionnel et d'autres fonctionnalités, ce qui le rend très efficace pour la communication des microservices.
• GraphQL : un langage de requête pour les API qui permet aux clients de demander exactement ce dont ils ont besoin, réduisant ainsi les problèmes de surextraction et de sous-extraction courants dans REST.
• WebSocket : Un protocole qui fournit un canal de communication full-duplex, idéal pour les applications Web en temps réel.
• SOAP (Simple Object Access Protocol) :
  Protocole d'échange d'informations structurées dans des services Web, utilisant XML, connu pour sa robustesse et son évolutivité.
• MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) : protocole de messagerie léger conçu pour être utilisé dans des réseaux à faible bande passante, à latence élevée ou peu fiables, généralement utilisés dans les scénarios IoT.
• AMQP (Advanced Message Queuing Protocol) : un protocole middleware orienté message qui se concentre sur la mise en file d'attente, le routage et la fiabilité des messages, et convient à la messagerie au niveau de l'entreprise.
• Thrift (Apache Thrift) : un cadre logiciel pour le développement de services multilingues évolutifs qui combine une pile logicielle avec un moteur de génération de code pour un déploiement efficace de services multilingues.
• CoAP (Constrained Application Protocol) : protocole de transmission Web pour les nœuds et les réseaux contraints de l'Internet des objets, similaire au HTTP mais plus adapté aux appareils à faible consommation.
• ZeroMQ : une bibliothèque de messagerie asynchrone hautes performances qui fournit des files d'attente de messages sans avoir besoin d'un courtier de messages dédié, pour les applications distribuées ou simultanées.
• SignalR : une bibliothèque pour ASP.NET qui simplifie le processus d'ajout de fonctionnalités Web en temps réel aux applications, idéale pour la communication en temps réel dans les applications Web.

7. Sécurité :

• Authentification : confirmez l'identité de l'utilisateur ou du système.
• Autorisation : assurez-vous qu'un utilisateur ou un système ne peut accéder qu'aux ressources auxquelles il est autorisé à accéder.
• Cryptage : protégez la confidentialité des données en utilisant des algorithmes pour convertir les données dans un format illisible.
• Gestion des vulnérabilités : surveillez, identifiez et résolvez en permanence les vulnérabilités du système afin de réduire la surface d'attaque potentielle.
• Audit et conformité : enregistrez les activités dans le système et assurez-vous que le système est conforme aux réglementations et normes en vigueur.
• Sécurité du réseau : assurez la sécurité du réseau, y compris les pare-feu, les systèmes de détection d'intrusion (IDS), etc.
• Sécurité des points finaux : protégez les appareils finaux contre les menaces, notamment les logiciels malveillants, les virus et les attaques réseau.
• Intervention d'urgence : élaborez des plans pour répondre aux incidents de sécurité, y compris une réponse rapide aux menaces potentielles.
• Sécurité des conteneurs : assurez la sécurité des images de conteneurs et des environnements d'exécution, notamment en analysant les images de conteneurs à la recherche de vulnérabilités, en limitant les autorisations des conteneurs, etc.
• Sécurité des API : protégez les API contre les abus et les attaques, notamment à l'aide de clés API, d'OAuth et d'autres mesures de sécurité.
• Formation des développeurs : offrez une formation à la sécurité aux développeurs pour vous assurer qu'ils comprennent et suivent les meilleures pratiques de sécurité.
• Continuité des activités et reprise après sinistre : élaborez des plans pour garantir que les opérations commerciales peuvent être restaurées rapidement et efficacement en cas d'incident de sécurité.
• Divulgation et réponse aux vulnérabilités : fournir des canaux de divulgation des vulnérabilités aux chercheurs externes et établir un mécanisme de réponse et un processus de réparation des vulnérabilités.
• Sécurité des partenaires et de la chaîne d'approvisionnement : assurez-vous que les interactions avec les partenaires et la chaîne d'approvisionnement sont sécurisées, empêchant ainsi les attaquants d'accéder au système par ces canaux.

Méthodes d'analyse des compromis

1. Coût et performances :

• Choisissez le service cloud :
  Un aspect clé du compromis entre coût et performances est le choix d’un service cloud. Certains fournisseurs peuvent être plus rentables dans certains domaines et offrir de meilleures performances dans d’autres. Réalisez une évaluation complète basée sur les besoins en matière de charge de travail pour sélectionner le fournisseur de services cloud le plus approprié.
• Mise à l'échelle élastique : utilisez la mise à l'échelle élastique pour ajuster les ressources afin de s'adapter à l'évolution des charges de travail. Cela réduit les coûts pendant les périodes creuses tout en offrant des performances adéquates pendant les périodes de pointe.
• Outils d'optimisation des coûts : exploitez les outils et services d'optimisation des coûts du fournisseur de cloud pour analyser et optimiser l'utilisation des ressources, garantissant ainsi que les coûts sont minimisés tout en offrant des performances adéquates.

2. Fiabilité et évolutivité :

• Déploiement multirégional : déployez des applications dans plusieurs régions pour augmenter la disponibilité. Cela peut ajouter une certaine complexité et un certain coût, mais peut améliorer considérablement la fiabilité du système.
• Équilibrage de charge : utilisez l'équilibrage de charge pour répartir le trafic afin de garantir qu'aucun point unique ne devienne le goulot d'étranglement du système. Cela contribue à améliorer l’évolutivité et la disponibilité.
• Exploitation et maintenance automatisées : utilisez des outils d'exploitation et de maintenance automatisés pour garantir la capacité d'auto-guérison du système. L'automatisation peut réduire l'impact des pannes du système et améliorer la fiabilité.

3. Cohérence et performances :

• Transactions distribuées : utilisez des transactions distribuées dans des scénarios qui nécessitent une cohérence. Cela peut avoir un certain impact sur les performances, mais garantit la cohérence des données.
• Partage : divisez les données pour améliorer les performances. Cependant, cela peut rendre plus difficile le maintien de la cohérence entre les transactions entre les fragments.
• Mise en cache : utilisez la mise en cache pour accélérer les opérations de lecture, mais sachez que la mise en cache peut entraîner des problèmes de cohérence. Utilisez des stratégies de mise en cache appropriées, telles que l'invalidation du cache ou le cache de mise à jour en écriture, pour maintenir la cohérence.

4.Gérer la complexité :

• Communication microservice :
  Dans une architecture de microservices, la communication entre les microservices peut être une source majeure de complexité. Choisissez le mode de communication approprié, tel que HTTP/REST, gRPC, etc., et utilisez les outils appropriés pour simplifier la communication.
• Sélection de la plateforme d'intégration : choisissez un modèle de plateforme d'intégration approprié, tel qu'une passerelle API, un courtier de messages, etc., pour gérer la communication entre les services. Cela permet de réduire la complexité de la communication.
• Surveillance et observation : utilisez des outils de surveillance et d'observation appropriés pour comprendre la santé de votre système. Cela permet de diagnostiquer et de résoudre rapidement les problèmes, réduisant ainsi la complexité de la gestion.

5. Sécurité et flexibilité :

• Modèle de sécurité Zero Trust : adoptez un modèle de sécurité Zero Trust, ce qui signifie ne faire confiance à aucune entité à l'intérieur ou à l'extérieur du système. Cela contribue à améliorer la sécurité du système, mais peut ajouter une certaine complexité de gestion et de configuration.
• Contrôle d'accès basé sur les rôles (RBAC) : utilisez RBAC pour gérer l'accès aux ressources système. Cela contribue à améliorer la sécurité mais nécessite une configuration et une gestion flexibles.

6. Vitesse et qualité de développement :

• Pratiques de développement agiles : adoptez des pratiques de développement agiles telles que Scrum ou Kanban pour augmenter la vitesse de développement. Cependant, assurez-vous de développer rapidement sans sacrifier la qualité du code.
• Tests automatisés : utilisez des tests automatisés pour garantir la qualité du code. Cela permet d'accélérer le processus de développement, mais nécessite un peu plus de temps pour écrire et maintenir la suite de tests.
• Révision du code : mettez en œuvre la révision du code pour garantir un code de haute qualité. Cela peut augmenter le temps de développement, mais améliore la maintenabilité et la qualité du code.

7. Expérience utilisateur et performances :

• Optimisation front-end : améliorez l'expérience utilisateur grâce à des mesures d'optimisation frontale, telles que la mise en cache, la fusion des ressources, le chargement asynchrone, etc. Cependant, cela peut ajouter une certaine complexité au développement et à la maintenance.
• Global Content Delivery Network (CDN) : utilisez le CDN pour améliorer les performances d'accès des utilisateurs du monde entier. Cela peut réduire considérablement les temps de chargement, mais nécessite de gérer la configuration et les coûts du CDN.

8. Flexibilité et stabilité :

• Segmentation des fonctionnalités : divisez le système en petites unités fonctionnelles pour améliorer la flexibilité. Sachez cependant que cela peut augmenter la complexité du système car plusieurs unités fonctionnelles doivent être gérées.
• Commutateurs de fonctionnalités : utilisez les commutateurs de fonctionnalités pour activer ou désactiver des fonctionnalités spécifiques au moment de l'exécution. Cela facilite le changement de fonctionnalité sans affecter l'ensemble du système, mais nécessite une configuration supplémentaire.

Conclusion

L'analyse des compromis est cruciale lors de la conception et de la gestion de systèmes complexes. Les équipes doivent examiner attentivement les compromis entre différents aspects afin de prendre des décisions éclairées face à diverses exigences et contraintes. Cela peut impliquer la sélection de technologies, des décisions architecturales, la conception de processus, etc. Tout au long des cycles de développement et d'exploitation, des mécanismes de surveillance et de retour d'information continus sont également essentiels pour s'adapter aux changements et optimiser en permanence le système. En fin de compte, les compromis ne sont pas une simple décision ponctuelle, mais une itération et un ajustement constants à mesure que le système évolue.

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