Was ist Skalierbarkeit?

29. August 2022

Unter Skalierbarkeit versteht man die Fähigkeit eines Systems, Netzwerks oder Prozesses, eine wachsende Arbeitsmenge zu bewältigen, und sein Potenzial zur Erweiterung, um diesem Wachstum gerecht zu werden. Dieses Konzept ist entscheidend für die Entwicklung von Systemen, die sich an erhöhte Lasten anpassen können, ohne die Leistung oder das Benutzererlebnis zu beeinträchtigen.

Skalierbarkeit ist oft ein Aspekt bei der Entwicklung von Anwendungen, Datenbanken, Netzwerke und Infrastruktur. Dies kann anhand der Fähigkeit gemessen werden, den Durchsatz bei erhöhter Auslastung zu erhöhen, wenn Ressourcen (z. B CPURAM Bandbreite) sind hinzugefügt. Wenn die Nachfrage wächst, sollte das System dazu in der Lage sein vergrößern (durch Hinzufügen weiterer Ressourcen zur bestehenden Infrastruktur) oder skalieren (durch Hinzufügen weiterer Knoten zur Bewältigung der Last, was häufig in verteilten Systemen verwendet wird).

Ein Beispiel für Skalierbarkeit in der IT

Ein praktisches Beispiel für Skalierbarkeit finden Sie in cloud-basierte Dienste wie Amazon Web Services (AWS) oder Google Cloud Plattform (GCP). Diese Plattformen ermöglichen es Unternehmen, mit dem zu beginnen, was sie benötigen, und die Ressourcen je nach Bedarf zu erhöhen oder zu reduzieren. Beispielsweise könnte ein Startup seine Anwendung zunächst auf einem einzigen Server bereitstellen server mit begrenzter CPU und RAM. Wenn das Startup wächst und mehr Benutzer anzieht, steigt die Nachfrage nach der Anwendung. Statt zu kaufen und zu warten Hardware, kann das Unternehmen seine anpassen cloud Diensteinstellungen, um mehr Ressourcen zuzuweisen oder die Last auf zusätzliche zu verteilen servers.

Diese Skalierbarkeit stellt sicher, dass die Anwendung auch dann reagiert, wenn die Anzahl der Benutzer steigt. Dies zeigt, wie Unternehmen das Nachfragewachstum ohne erhebliche Vorabinvestitionen in die physische Infrastruktur effizient bewältigen können.

Wachstum vs. Skalierung

Die Begriffe „Wachstum“ und „Skalierung“ werden im Geschäfts- und Technologiekontext oft synonym verwendet, haben jedoch unterschiedliche Bedeutungen.

Mit Wachstum ist eine Vergrößerung oder Anzahl gemeint, beispielsweise mehr Umsatz, höhere Umsätze, mehr Kunden oder größere Produktlinien. Im Kontext eines Unternehmens bedeutet Wachstum oft, dass die Ressourcen im gleichen Maße wie die Einnahmen ausgeweitet werden; Je mehr Geld ein Unternehmen verdient, desto mehr gibt es aus, um dieses Wachstum aufrechtzuerhalten oder zu beschleunigen. Dies kann bedeuten, mehr Mitarbeiter einzustellen, die Produktion zu steigern, Büroflächen zu erweitern oder in mehr Marketing zu investieren. Das Wachstum ist im Allgemeinen linear und seine Nachhaltigkeit hängt direkt mit der proportionalen Zunahme der Ressourcen zusammen.

Bei der Skalierung hingegen geht es darum, die Kapazität zu erweitern und den Umsatz zu steigern, ohne die Ressourcen wesentlich zu erhöhen. Es impliziert Effizienz; Ein skalierbares Unternehmen kann eine wachsende Anzahl von Kunden oder Umsätzen bewältigen, ohne dass die Betriebskosten entsprechend steigen. In der Technologie geht es bei der Skalierung häufig um die Optimierung von Software und Hardware, sodass mehr Transaktionen ohne direkten Anstieg der Infrastruktur oder des Personals abgewickelt werden können.

Horizontale vs. vertikale Skalierung

Horizontale und vertikale Skalierung sind zwei Strategien zur Erhöhung der Kapazität von IT-Systemen wie Datenbanken, Anwendungen und Diensten, um mehr Last zu bewältigen oder die Leistung zu verbessern. Jeder Ansatz hat seine Vorteile und Kontexte, in denen er am besten geeignet ist.

Vertikale Skalierung

Vertikale Skalierung (Hochskalierung) beinhaltet die Erhöhung der Leistung eines einzelnen server oder Ressource, typischerweise durch Hinzufügen weiterer CPUs, Arbeitsspeicher oder Speicherkapazität zu einem vorhandenen System. Dieser Ansatz ist häufig einfacher zu implementieren, da keine wesentlichen Änderungen erforderlich sind Architektur der Anwendung oder das Hinzufügen weiterer Maschinen zum Setup.

Der vertikalen Skalierung sind jedoch Grenzen gesetzt. Es gibt ein Maximum, um das Sie ein einzelnes Upgrade durchführen können serverSobald Sie diese Grenze erreicht haben, werden weitere Kapazitätssteigerungen unmöglich oder unerschwinglich. Die vertikale Skalierung eignet sich für Anwendungen mit einer festen Obergrenze für den Ressourcenbedarf oder wenn der anfängliche Bedarf gering bis mäßig ist.

Vorteile der vertikalen Skalierung

  • Einfache Bedienung. Die vertikale Skalierung ist im Allgemeinen einfacher als die horizontale Skalierung, da dabei ein einzelnes Upgrade erforderlich ist serverRessourcen (CPU, RAM, Speicher) nutzen, anstatt weitere hinzuzufügen serverS. Dies kann die Verwaltung und Wartung erleichtern.
  • Kompatibilität. Da die vertikale Skalierung die grundlegende Architektur der Anwendung oder der Datenbank nicht verändert, sind häufig, wenn überhaupt, nur minimale Änderungen an der Software erforderlich. Dies macht es zu einer unkomplizierten Option für die Skalierung von Legacy-Systemen oder Anwendungen, die nicht für verteilte Umgebungen konzipiert sind.
  • Sofortige Leistungssteigerung. Aufrüstung der Ressourcen eines Einzelnen server kann eine sofortige Leistungsverbesserung bewirken, was für Anwendungen von Vorteil ist, die schnelle Verbesserungen zur Bewältigung erhöhter Lasten benötigen.
  • Reduzierte Netzwerklatenz. Da sich alle Ressourcen auf einem einzigen befinden server, da ist kein Netzwerklatenz in der Kommunikation zwischen verschiedenen servers oder Knoten, was zu schnelleren Datenverarbeitungs- und -abrufzeiten führt.
  • Einfache Verwaltung. Verwalten einer Single serverSelbst wenn es sich um ein leistungsfähiges System handelt, ist es oft einfacher als die Verwaltung eines verteilten Systems und führt zu einem geringeren Verwaltungsaufwand.
  • Weniger Platzbedarf. Ein einziger, mächtiger server verbraucht weniger physischen Platz als mehrere servers, was eine wichtige Überlegung sein kann data centers mit begrenztem Platz.
  • Ideal für spezifische Anwendungen. Bestimmte Anwendungen und Datenbanken, die nicht für die Ausführung auf verteilten Systemen konzipiert sind, profitieren stark von der vertikalen Skalierung, insbesondere wenn sie vorhersehbare, moderate Wachstumsmuster aufweisen.
  • Kostengünstig für kleine bis mittlere Arbeitslasten. Für kleine bis mittlere Arbeitslasten ist die vertikale Skalierung kostengünstiger als die horizontale Skalierung, da sie die Komplexität und den Overhead von vermeidet Verwaltung mehrerer servers.

Nachteile der vertikalen Skalierung

  • Begrenzte Skalierbarkeit. Es gibt eine physische Grenze dafür, wie viel Sie ein einzelnes Upgrade durchführen können serverRessourcen, was bedeutet, dass die vertikale Skalierung eine Obergrenze hat. Sobald Sie die maximale Kapazität der Hardware erreicht haben, können Sie nicht weiter skalieren, ohne auf ein neues, leistungsfähigeres System zu migrieren.
  • Hohe Kosten über einen Punkt hinaus. Anfänglich kann die vertikale Skalierung kosteneffektiv sein, aber die Kosten können exponentiell steigen, wenn Sie sich dem oberen Ende der Hardwarespezifikationen nähern. Hochleistung servers mit erstklassigen Ressourcen können deutlich teurer sein.
  • Ausfallzeit für Upgrades. Aktualisieren eines serverDie Hardware von 's erfordert häufig Ausfallzeiten, in denen das System für Benutzer nicht verfügbar ist. Dieses Mal offline ist ein erheblicher Nachteil für Anwendungen, die hohe Anforderungen stellen Verfügbarkeit.
  • Der Punkt des Versagens. Sich auf eine einzige verlassen server für den Betrieb einer Anwendung bedeutet, dass die gesamte Anwendung ausfällt, wenn die server scheitert. Dies birgt ein höheres Risiko einer Dienstunterbrechung als verteilte Systeme, wo Redundanz kann eingebaut werden.
  • Kühlung und Stromverbrauch. Stärker servers verbrauchen typischerweise mehr Strom und erzeugen mehr Wärme, was die Kosten für Kühlung und Kühlung erhöht Stromversorgung der data center.
  • Platzbeschränkungen. Während ein einziger mächtiger server verbraucht weniger Platz als mehrere servers, data centers stoßen immer noch auf Einschränkungen bei der Unterbringung sehr großer oder spezieller Hardware, insbesondere wenn eine Skalierung häufig erforderlich ist.
  • Komplexe Upgrades. Wenn Sie sich dem oberen Ende der Möglichkeiten der vertikalen Skalierung nähern, können weitere Upgrades komplexere Änderungen erforderlich machen server, einschließlich des Austauschs von Kernkomponenten, die eng mit der Gesamtleistung des Systems verbunden sind.
  • Nicht für alle Anwendungen geeignet. Einige Anwendungen sind von Natur aus darauf ausgelegt, von verteilten Computerumgebungen zu profitieren, und weisen eine schlechte Leistung auf, wenn ihnen mehr Leistung in einem einzigen System zur Verfügung gestellt wird.server Konfiguration.

Horizontale Skalierung

Horizontale Skalierung (Skalierung) beinhaltet das Hinzufügen weiterer servers oder Knoten zu einem Pool hinzufügen, um die Last gleichmäßiger auf sie zu verteilen. Diese Strategie wird in verteilten Systemarchitekturen bevorzugt, wie sie beispielsweise in zu finden sind cloud Computing Umgebungen, in denen Arbeitslasten problemlos auf viele Maschinen verteilt werden können.

Die horizontale Skalierung ist hoch flexEs ist flexibel und kann unbegrenzte Lasten bewältigen, indem dem Pool kontinuierlich weitere Maschinen hinzugefügt werden. Es ist besonders effektiv für stark nachgefragte, wachstumsorientierte Anwendungen, erfordert jedoch, dass die Anwendung unter Berücksichtigung der Verteilung entwickelt wird.

Vorteile der horizontalen Skalierung

  • Nahezu lineare Skalierbarkeit. Durch das Hinzufügen weiterer Maschinen oder Knoten zu einem System kann dessen Kapazität zur Bewältigung höherer Lasten linear erhöht werden, wodurch die horizontale Skalierung für wachsende Anwendungen oder Datenbanken äußerst effektiv wird.
  • Fehlertoleranz und hohe Verfügbarkeit. Durch die Verteilung der Arbeitslast auf mehrere servers, horizontale Skalierung kann die Fehlertoleranz des Systems verbessern. Wenn man server fehlschlägt, können die anderen übernehmen und minimieren Ausfallzeit und Gewährleistung einer hohen Verfügbarkeit.
  • FlexSkalierungsmöglichkeit. Das Hinzufügen weiterer Mittelklassemaschinen zu einem System ist oft einfacher und kostengünstiger als die Aufrüstung einer einzelnen Maschine server bis zur maximalen Kapazität. Das flexDie Flexibilität ermöglicht eine präzisere Skalierung als Reaktion auf den tatsächlichen Bedarf.
  • Kosteneffizienz im großen Maßstab. Aufgrund der Komplexität der Architektur könnte der Aufbau eines horizontal skalierten Systems zunächst teurer sein. Wenn jedoch die Nachfrage steigt, wird die Ergänzung zusätzlicher Standardmaschinen kostengünstiger als die kontinuierliche Investition in High-End-Maschinen server Upgrades.
  • Lastverteilung. Eine horizontale Skalierung ermöglicht eine bessere Darstellung Lastverteilung Strategien, die den Datenverkehr oder die Rechenlast gleichmäßig verteilen servers, die die Leistung und Reaktionsfähigkeit von Anwendungen erheblich verbessern können.
  • Verwendung von Standardhardware. Bei diesem Ansatz wird in der Regel handelsübliche Standardhardware verwendet, was die Bestandsverwaltung und den Austausch fehlerhafter Komponenten erleichtert.
  • Skalierbarkeit ohne Ausfallzeiten. Systeme, die für die horizontale Skalierung ausgelegt sind, können oft noch mehr leisten servers ohne Ausfallzeiten und ermöglicht so ein nahtloses Wachstum und eine Erweiterung.
  • Geografische Verteilung. Die horizontale Skalierung kann flächendeckend umgesetzt werden geografisch verteilt data centers, wodurch die Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit von Anwendungen für Benutzer weltweit verbessert wird, indem Ressourcen näher an sie herangebracht werden.
  • Energieeffizienz. Die Last auf mehrere verteilen servers können energieeffizienter sein, als sich auf ein einzelnes, leistungsstarkes Gerät zu verlassen server Das verbraucht viel Strom, insbesondere bei wechselnder Belastung.
  • Zukunftssicherheit. Eine horizontal skalierbare Architektur lässt sich besser an zukünftiges Wachstum anpassen, da sie mit der Erwartung erstellt wurde, mehr Knoten hinzuzufügen, um höhere Lasten zu bewältigen.

Nachteile der horizontalen Skalierung

  • Erhöhte Komplexität. Verwalten eines verteilten Systems mit mehreren Knoten oder servers ist von Natur aus komplexer als die Verwaltung eines einzelnenserver aufstellen. Diese Komplexität wirkt sich auf Bereitstellung, Überwachung, Verwaltung und Fehlerbehebung aus.
  • Höhere Ersteinrichtungskosten. Die Einrichtung einer horizontal skalierbaren Architektur erfordert häufig höhere Vorabinvestitionen in Infrastruktur und Entwicklung. Der Entwurf verteilter Systeme kann zusätzliche Software- und Hardwarekomponenten erfordern, was die Anfangskosten erhöht.
  • Probleme mit Netzwerklatenz und Bandbreite. Die Kommunikation zwischen Knoten in einem verteilten System kann zu Netzwerklatenz führen und möglicherweise die Leistung beeinträchtigen. Die Sicherstellung einer ausreichenden Netzwerkbandbreite für die Kommunikation zwischen Knoten ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung und erhöht die Infrastrukturanforderungen.
  • Herausforderungen bei der Datenkonsistenz. Die Aufrechterhaltung der Datenkonsistenz über mehrere Knoten hinweg kann eine Herausforderung sein, insbesondere in Systemen, die eine hohe Konsistenz erfordern. Die Implementierung und Verwaltung von Datenbanken, die verteilte Transaktionen unterstützen, kann zu Komplexität und Leistungsaufwand führen.
  • Anforderungen an den Lastausgleich. Für die horizontale Skalierung sind effektive Lastausgleichsstrategien erforderlich, um den Datenverkehr gleichmäßig auf die Knoten zu verteilen. Der Lastenausgleich erfordert zusätzliche Komponenten und Logik zur Überwachung und Verwaltung der Lastverteilung, was die Komplexität des Systems erhöht.
  • Abhängigkeit vom Design verteilter Systeme. Damit die horizontale Skalierung ihren vollen Nutzen bringt, müssen Anwendungen und Datenbanken für verteilte Umgebungen entworfen oder angepasst werden. Dies kann erhebliche architektonische Änderungen und Fachwissen beim Aufbau und der Verwaltung verteilter Systeme erfordern.
  • Potenzial für eine Unterauslastung der Ressourcen. Eine ineffiziente Skalierung oder Lastverteilung kann zu einer Unterauslastung der Ressourcen führen, wobei einige Knoten überlastet sind, während andere im Leerlauf sind, was die Kosteneffizienz der Skalierung zunichte macht.
  • Betriebsaufwand. Viele verwalten servers, einschließlich ihrer Bereitstellung, Aktualisierungen und Überwachung, erhöhen den Betriebsaufwand. Darüber hinaus werden ausgefeilte Automatisierungs- und Verwaltungstools unerlässlich, was die Komplexität und die Kosten erhöht.
  • Sicherheitsüberlegungen. Ein verteiltes System mit mehreren Zugangspunkten kann größer sein AngriffsflächeDies erfordert umfassende Sicherheitsmaßnahmen und ständige Wachsamkeit zum Schutz vor Cyber-Bedrohungen.
  • Kompatibilität mit bestehender Infrastruktur. Die Integration eines horizontal skalierbaren Systems in die bestehende Infrastruktur und Prozesse kann eine Herausforderung sein und eine sorgfältige Planung und möglicherweise erhebliche Änderungen erfordern.

Wie skaliert man ein Unternehmen in der IT?

Die Skalierung eines Unternehmens im IT-Bereich erfordert strategische Planung, effizientes Ressourcenmanagement und die Einführung skalierbarer Technologien. Hier sind einige wichtige Tipps für die effektive Skalierung der IT-Infrastruktur Ihres Unternehmens:

Investieren Sie in eine skalierbare Infrastruktur

Um effizient zu skalieren, investieren Sie in eine Infrastruktur, die mit Ihren Anforderungen wachsen kann. Dazu gehört auch die Wahl cloud Dienstleistungen, die anbieten flexFlexibilität und Skalierbarkeit. Cloud Mit Plattformen können Sie Ressourcen dynamisch anpassen und nur für das bezahlen, was Sie nutzen. Dies ist entscheidend für die Bewältigung unterschiedlicher Arbeitslasten, ohne zu viel in Hardware zu investieren. Darüber hinaus ist die Einführung von Containerisierung und Orchestrierungswerkzeuge wie Docker und Kubernetes hilft bei der effizienten Verwaltung von Anwendungen und stellt sicher, dass sie je nach Bedarf vergrößert und verkleinert werden können.

Fokus auf Automatisierung

Automatisierung ist der Schlüssel zur effizienten Skalierung. Automatisieren Sie wiederkehrende Aufgaben wie Bereitstellungen, Tests, Überwachung usw backups, um den manuellen Aufwand zu reduzieren und das Risiko menschlicher Fehler zu minimieren. Automatisierung setzt nicht nur wertvolle Ressourcen frei, sondern sorgt auch für einen konsistenten und zuverlässigen Service. Werkzeuge wie Jenkins für CI / CD Rohrleitungen, Terraform für Infrastruktur als Codeund Ansible für das Konfigurationsmanagement können Abläufe erheblich rationalisieren.

Verbessern Sie die Skalierbarkeit Ihres Produkts

Stellen Sie sicher, dass Ihr Produkt für die problemlose Bewältigung erhöhter Belastungen ausgelegt ist. Dies kann eine Optimierung Ihres Problems beinhalten Codebasis, adoptieren Microservices-Architektur für eine bessere Isolation und Skalierbarkeit und um sicherzustellen, dass Ihre Datenbanken und Backend-Dienste horizontal skaliert werden können. Implementieren Caching, benutzen Sie Content Delivery Networks (CDNs) Um die Ladezeiten zu verkürzen, planen Sie Ihre Daten sorgfältig Datenbankschema um eine effiziente Skalierung zu unterstützen.

Kultivieren Sie ein skalierbares Team und eine skalierbare Kultur

Wenn Ihr Unternehmen wächst, wächst auch Ihr Team. Investieren Sie in eine skalierbare Teamstruktur mit klaren Rollen und Verantwortlichkeiten und fördern Sie eine Kultur des kontinuierlichen Lernens und flexFähigkeit. Fördern Sie übergreifende Schulungen in Ihrem Team, um die Vielseitigkeit zu erhöhen und sicherzustellen, dass wichtige Bereiche Ihres Unternehmens stets abgedeckt sind. Adoptieren agile Methoden kann Ihrem Team auch dabei helfen, anpassungsfähig zu bleiben und auf Veränderungen zu reagieren.

Planen Sie finanziell skalierbar

Die Finanzplanung ist entscheidend für eine erfolgreiche Skalierung. Dies erfordert eine sorgfältige Budgetierung, Prognosen und die strategische Zuweisung von Ressourcen, um nachhaltiges Wachstum sicherzustellen. Berücksichtigen Sie die Kosten, die mit der Skalierung Ihrer Infrastruktur, der Einstellung, dem Marketing und anderen Betriebskosten verbunden sind. Wenn Sie den Cashflow genau im Auge behalten und über einen soliden Finanzplan verfügen, können Sie fundierte Entscheidungen treffen und mit Bedacht skalieren.


Anastazija
Spasojević
Anastazija ist eine erfahrene Content-Autorin mit Wissen und Leidenschaft für cloud Computer, Informationstechnologie und Online-Sicherheit. Bei phoenixNAP, konzentriert sie sich auf die Beantwortung brennender Fragen zur Gewährleistung der Datenrobustheit und -sicherheit für alle Teilnehmer der digitalen Landschaft.