Utilizzo del bilanciamento del carico per applicazioni ad alta affidabilità

Architettura dell'applicazione

L'applicazione include i seguenti componenti di Compute Engine:

• Rete VPC: una rete virtuale all'interno di Google Cloud in grado di offrire connettività globale tramite le proprie route e regole firewall.
• Regola firewall: un firewall di Google Cloudti permette di consentire o negare il traffico verso le tue istanze.
• Modello di istanza: un modello utilizzato per creare ogni istanza VM nel gruppo di istanze gestite.
• Gruppo di istanze gestite a livello di regione: un gruppo di istanze VM che eseguono la stessa applicazione in più zone.
• Indirizzo IP esterno statico globale: un indirizzo IP statico accessibile su reti esterne e che può essere collegato a una risorsa globale.
• Bilanciatore del carico globale: un bilanciatore del carico che consente di distribuire le istanze di backend in più regioni. Utilizza un bilanciatore del carico globale quando gli utenti devono accedere agli stessi contenuti e applicazioni e vuoi garantire l'accesso utilizzando un singolo indirizzo IP anycast.
• Controllo di integrità: una policy utilizzata dal bilanciatore del carico per valutare la reattività dell'applicazione su ogni istanza VM.

Avvio dell'applicazione web

Questo tutorial utilizza un'applicazione web archiviata su GitHub. Per scoprire di più sulle modalità di implementazione dell'applicazione, vedi il repository GoogleCloudPlatform/python-docs-samples su GitHub.

Avvia l'applicazione web su ogni VM di un gruppo di istanze includendo uno script di avvio in un modello di istanza. Inoltre, esegui il gruppo di istanze in una rete VPC dedicata per impedire alle regole firewall di questo tutorial di interferire con le risorse esistenti in esecuzione nel tuo progetto.

Crea una rete VPC

L'utilizzo di una rete VPC protegge le risorse esistenti nel progetto dall'essere influenzate dalle risorse che creerai per questo tutorial. Una rete VPC serve anche a limitare il traffico in entrata in modo che debba transitare per il bilanciatore del carico.

Crea una rete VPC per incapsulare le regole firewall per l'applicazione web dimostrativa:

1. Nella console Google Cloud , vai alla pagina Reti VPC.

   Vai a Reti VPC

2. Fai clic su Crea rete VPC.

3. In Nome, inserisci web-app-vpc.

4. Imposta Modalità di creazione subnet su Automatica.

5. Nella parte inferiore della pagina, fai clic su Crea.

Attendi il completamento della creazione della rete VPC prima di continuare.

Crea una regola firewall

Dopo aver creato la rete VPC, configura una regola firewall per consentire il traffico HTTP alla rete VPC:

1. Nella console Google Cloud , vai alla pagina Firewall.

   Vai a Firewall

2. Fai clic su Crea regola firewall.

3. Nel campo Nome, inserisci allow-web-app-http.

4. Imposta Rete su web-app-vpc.

5. In Destinazioni, seleziona Tutte le istanze nella rete.

6. Imposta Filtro di origine su IPv4 ranges.

7. In Intervalli IP di origine, inserisci 0.0.0.0/0 per consentire l'accesso per tutti gli indirizzi IP.

8. In Protocolli e porte, segui questi passaggi:

   1. Seleziona Protocolli e porte specificati.
   2. Seleziona TCP.
   3. Nel campo Porte, inserisci 80 per consentire l'accesso per il traffico HTTP.

9. Fai clic su Crea.

Crea un modello di istanza

Crea un modello da utilizzare per creare un gruppo di istanze VM. Ogni istanza creata dal modello avvia un'applicazione web dimostrativa tramite uno script di avvio.

1. Nella console Google Cloud , vai alla pagina Modelli di istanza.

   Vai a Modelli di istanza

2. Fai clic su Crea modello istanza.

3. In Nome, inserisci load-balancing-web-app-template.

4. In Configurazione macchina, imposta Tipo di macchina su e2-micro.

5. In Firewall, seleziona Consenti traffico HTTP.

6. Espandi la sezione Opzioni avanzate.

7. Espandi la sezione Gestione.

8. Nella sezione Automazione, inserisci il seguente script di avvio:

   sudo apt update && sudo apt -y install git gunicorn3 python3-pip
   git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/python-docs-samples.git
   cd python-docs-samples/compute/managed-instances/demo
   sudo pip3 install -r requirements.txt
   sudo gunicorn3 --bind 0.0.0.0:80 app:app --daemon
   

   Lo script recupera, installa e avvia l'applicazione web all'avvio dell'istanza VM.

9. Espandi la sezione Networking.

10. Nella sezione Interfacce di rete, fai clic su Aggiungi un'interfaccia di rete e poi seleziona la rete web-app-vpc. In questo modo, ogni istanza creata con questo modello verrà eseguita sulla rete creata in precedenza.

11. Fai clic su Crea.

Attendi il completamento della creazione del modello prima di continuare.

Crea un gruppo di istanze gestite a livello di regione

Per eseguire l'applicazione web, utilizza il modello di istanza per creare un gruppo di istanze gestite a livello di regione:

1. Nella console Google Cloud , vai alla pagina Gruppi di istanze.

   Vai a Gruppi di istanze

2. Fai clic su Crea gruppo di istanze.

3. Seleziona Nuovo gruppo di istanze gestite (stateless).

4. In Nome, inserisci load-balancing-web-app-group.

5. In Modello di istanza, seleziona load-balancing-web-app-template.

6. Imposta Numero di istanze su 6. Se questo campo è disabilitato, disattiva prima la scalabilità automatica.

7. In Località, seleziona Più zone.

8. In Regione, seleziona us-central1.

9. Per Zone, seleziona le seguenti zone dall'elenco a discesa:

   • us-central1-b
   • us-central1-c
   • us-central1-f

10. Seleziona Consenti ridistribuzione istanze.

11. Per la Modalità di scalabilità automatica, seleziona Off: non scalare automaticamente.

12. Fai clic su Crea. Verrà visualizzata nuovamente la pagina Gruppi di istanze.

13. Per verificare che le istanze eseguano correttamente l'applicazione web dimostrativa:

    1. Nella pagina Gruppi di istanze, fai clic su load-balancing-web-app-group per visualizzare le istanze del gruppo.

    2. In IP esterno, fai clic su un indirizzo IP per connettere l'istanza. Si apre una nuova scheda del browser che mostra l'applicazione web dimostrativa:

       

       Al termine, chiudi la scheda del browser per l'applicazione web dimostrativa.

Configurazione del bilanciatore del carico

Per utilizzare un bilanciatore del carico per indirizzare il traffico alla tua applicazione web, devi prenotare un indirizzo IP esterno per ricevere tutto il traffico in entrata. Quindi, crea un bilanciatore del carico che accetti il traffico da quell'indirizzo IP e reindirizzi il traffico al gruppo di istanze.

Prenota un indirizzo IP statico

Utilizza un indirizzo IP esterno statico globale per fornire al bilanciatore del carico un unico punto di accesso per la ricezione di tutto il traffico utente. Compute Engine conserva gli indirizzi IP statici anche se modifichi o elimini le risorse Google Cloud affiliate. In questo modo, l'applicazione web avrà sempre lo stesso punto di accesso, anche se altre parti della stessa possono cambiare.

1. Nella console Google Cloud , vai alla pagina Indirizzi IP.

   Vai a Indirizzi IP

2. Fai clic su Prenota indirizzo IP statico esterno.

3. Nel campo Nome, inserisci web-app-ipv4.

4. Imposta Versione IP su IPv4.

5. Imposta Tipo su Globale.

6. Fai clic su Prenota.

Crea un bilanciatore del carico

Questa sezione illustra i passaggi necessari per creare un bilanciatore del carico globale che indirizzi il traffico HTTP.

Questo bilanciatore del carico utilizza un frontend per ricevere il traffico in entrata e un backend per distribuire questo traffico alle istanze integre. Poiché il bilanciatore del carico è costituito da più componenti, questa attività è suddivisa in più parti:

• Configurazione backend
• Configurazione frontend
• Esamina e finalizza

Completa tutti i passaggi per creare il bilanciatore del carico.

Avvia la configurazione

1. Nella console Google Cloud , vai alla pagina Bilanciamento del carico.

   Vai a Bilanciamento del carico

2. Fai clic su Crea bilanciatore del carico.
3. In Tipo di bilanciatore del carico, seleziona Bilanciatore del carico delle applicazioni (HTTP/HTTPS) e fai clic su Avanti.
4. In Pubblico o interno, seleziona Pubblico (esterno) e fai clic su Avanti.
5. In Deployment globale o in una regione singola, seleziona Ideale per workload globali e fai clic su Avanti.
6. In Generazione del bilanciatore del carico, seleziona Bilanciatore del carico delle applicazioni esterno globale e fai clic su Avanti.
7. Fai clic su Configura.

Configurazione di base

1. In Nome bilanciatore del carico, inserisci web-app-load-balancer.

Configurazione backend

1. Nel riquadro sinistro della pagina Crea bilanciatore del carico delle applicazioni esterno globale, fai clic su Configurazione backend.
2. Fai clic su Crea o seleziona servizi di backend e bucket di backend per aprire un menu a discesa. Fai clic su Servizi di backend, quindi su Crea un servizio di backend.
3. Nella nuova finestra, come Nome dell'applicazione di backend inserisci web-app-backend.
4. Imposta Gruppo di istanze su load-balancing-web-app-group.
5. Imposta Numeri di porta su 80. In questo modo, consenti il traffico HTTP tra il bilanciatore del carico e il gruppo di istanze.
6. In Modalità di bilanciamento, seleziona Utilizzo.
7. Fai clic su Fine per creare il backend.

8. Crea il controllo di integrità per il backend del bilanciatore del carico:

   1. In Controllo di integrità, seleziona Crea un controllo di integrità (o Crea un altro controllo di integrità) dal menu a discesa. Viene visualizzata una nuova finestra.
   2. Nella nuova finestra, in Nome, inserisci web-app-load-balancer-check.
   3. Imposta Protocollo su HTTP.
   4. In Porta, inserisci 80.
   5. Per questo tutorial, imposta Percorso richiesta su /health, un percorso a cui l'applicazione web dimostrativa è configurata per rispondere.

   6. Imposta i seguenti Criteri integrità:

      1. Imposta Intervallo di controllo su 3 secondi. Questa impostazione definisce l'intervallo di tempo dall'inizio di un probe all'inizio di quello successivo.
      2. Imposta Timeout su 3 secondi. Questa impostazione definisce il tempo di attesa da parte di Google Cloud per una risposta a un probe. Il valore deve essere inferiore o uguale all'intervallo di controllo.
      3. Imposta Soglia stato integro su 2 operazioni riuscite consecutive. Questa impostazione definisce il numero di probe sequenziali che devono riuscire affinché l'istanza sia considerata integra.
      4. Imposta Soglia stato non integro su 2 errori consecutivi. Questa impostazione definisce il numero di probe sequenziali che non devono riuscire affinché l'istanza sia considerata non integra.

   7. Fai clic su Salva e continua per creare il controllo di integrità.

9. Fai clic su Crea per creare il servizio di backend.

Configurazione frontend

1. Nel riquadro sinistro della pagina Crea bilanciatore del carico delle applicazioni esterno globale, fai clic su Configurazione frontend.
2. Nella pagina Configurazione frontend, in Nome, inserisci web-app-ipv4-frontend.
3. Imposta Protocollo su HTTP.
4. Imposta Versione IP su IPv4.
5. Imposta Indirizzo IP su web-app-ipv4.
6. Imposta Porta su 80.
7. Fai clic su Fine per creare il frontend.

Esamina e finalizza

1. Verifica le impostazioni di bilanciamento del carico prima di creare il bilanciatore del carico:

   1. Nel riquadro a sinistra della pagina Crea bilanciatore del carico delle applicazioni esterno globale, fai clic su Esamina e finalizza.

   2. Nella pagina Esamina e finalizza, verifica le seguenti impostazioni in Backend:

      • Servizio di backend = web-app-backend.
      • Protocollo endpoint = HTTP.
      • Controllo di integrità = web-app-load-balancer-check.
      • Gruppo di istanze = load-balancing-web-app-group.

   3. Nella stessa pagina, verifica che Frontend utilizzi un indirizzo IP con Protocollo HTTP.

2. Nel riquadro a sinistra della pagina Crea bilanciatore del carico delle applicazioni esterno globale, fai clic su Crea per completare la creazione del bilanciatore del carico.

Potrebbe essere necessario attendere alcuni minuti per il completamento della creazione del bilanciatore del carico.

Simulazione di un'interruzione del servizio a livello di zona

Puoi osservare la funzionalità del bilanciatore del carico simulando la non disponibilità diffusa di un'interruzione del servizio a livello di zona. Questa simulazione forza tutte le istanze situate in una zona specificata a segnalare uno stato non integro nel percorso della richiesta /health. Quando queste istanze segnalano uno stato non integro, non superano il controllo di integrità del bilanciamento del carico, il che fa sì che il bilanciatore del carico smetta di indirizzare il traffico a queste istanze.

1. Monitora le zone a cui il bilanciatore del carico indirizza il traffico.

   1. Nella console Google Cloud , vai a Cloud Shell.

      Apri Cloud Shell

      Cloud Shell si apre in un riquadro della consoleGoogle Cloud . L'inizializzazione della sessione può richiedere alcuni secondi.

   2. Salva l'indirizzo IP esterno statico del bilanciatore del carico:

      1. Recupera l'indirizzo IP esterno dalla regola di forwarding frontend del bilanciatore del carico inserendo il seguente comando nel terminale:

         gcloud compute forwarding-rules describe web-app-ipv4-frontend --global
         

         Copia EXTERNAl_IP_ADDRESS dall'output:

         IPAddress: EXTERNAl_IP_ADDRESS
         ...
         

      2. Crea una variabile bash locale:

         export LOAD_BALANCER_IP=EXTERNAl_IP_ADDRESS
         

         dove EXTERNAl_IP_ADDRESS è l'indirizzo IP esterno che hai copiato.

   3. Per monitorare le zone a cui il bilanciatore del carico indirizza il traffico, esegui lo script bash seguente:

      while true
      do
              BODY=$(curl -s "$LOAD_BALANCER_IP")
              NAME=$(echo -n "$BODY" | grep "load-balancing-web-app-group" | perl -pe 's/.+?load-balancing-web-app-group-(.+?)<.+/\1/')
              ZONE=$(echo -n "$BODY" | grep "us-" | perl -pe 's/.+?(us-.+?)<.+/\1/')
      
              echo $ZONE
      done
      

      Questo script tenta continuamente di connettersi all'applicazione web tramite l'indirizzo IP per il frontend del bilanciatore del carico e offre come output la zona in cui è in esecuzione l'applicazione web per ogni connessione.

      L'output risultante deve includere le zone us-central1-b, us-central1-c e us-central1-f:

      us-central1-f
      us-central1-b
      us-central1-c
      us-central1-f
      us-central1-f
      us-central1-c
      us-central1-f
      us-central1-c
      us-central1-c
      

      Tieni aperto questo terminale.

2. Mentre il monitoraggio è in esecuzione, inizia a simulare l'interruzione di servizio a livello di zona.

   1. In Cloud Shell, apri una seconda sessione del terminale facendo clic sul pulsante add Aggiungi.

   2. Crea una variabile bash locale per l'ID progetto:

      export PROJECT_ID=PROJECT_ID
      

      dove PROJECT_ID è l'ID del progetto attuale, visualizzato su ogni nuova riga in Cloud Shell:

      user@cloudshell:~ (PROJECT_ID)$
      

   3. Crea una variabile bash locale per la zona che vuoi disabilitare. Per simulare un errore della zona us-central1-f, utilizza il seguente comando:

      export DISABLE_ZONE=us-central1-f
      

      Quindi, esegui lo script bash seguente. Questo script fa in modo che le istanze dell'applicazione web dimostrativa nella zona disabilitata generino risposte di non integrità al controllo di integrità del bilanciatore del carico. Le risposte di non integrità inducono il bilanciatore del carico a indirizzare il traffico lontano da queste istanze.

      export MACHINES=$(gcloud --project=$PROJECT_ID compute instances list --filter="zone:($DISABLE_ZONE)" --format="csv(name,networkInterfaces[0].accessConfigs[0].natIP)" | grep "load-balancing-web-app-group")
      for i in $MACHINES;
      do
        NAME=$(echo "$i" | cut -f1 -d,)
        IP=$(echo "$i" | cut -f2 -d,)
        echo "Simulating zonal failure for zone $DISABLE_ZONE, instance $NAME"
        curl -q -s "http://$IP/makeUnhealthy" >/dev/null --retry 2
      done
      

      Dopo un breve ritardo, il bilanciatore del carico smette di indirizzare il traffico alle zone non integre, quindi l'output della prima finestra del terminale smette di elencare la zona us-central1-f:

      us-central1-c
      us-central1-c
      us-central1-c
      us-central1-b
      us-central1-b
      us-central1-c
      us-central1-b
      us-central1-c
      us-central1-c
      

      Ciò indica che il bilanciatore del carico indirizza il traffico solo alle istanze integre e attive.

      Tieni aperti entrambi i terminali.

   4. Nel secondo terminale, crea una variabile bash locale per la zona che vuoi ripristinare. Per ripristinare il traffico nella zona us-central1-f, utilizza il seguente comando:

      export ENABLE_ZONE=us-central1-f
      

      Quindi, esegui lo script bash seguente. Questo script fa in modo che le istanze dell'applicazione web dimostrativa nella zona abilitata generino risposte di integrità al controllo di integrità del bilanciatore del carico. Le risposte di integrità inducono il bilanciatore del carico a iniziare a distribuire nuovamente il traffico verso queste istanze.

      export MACHINES=$(gcloud --project=$PROJECT_ID compute instances list --filter="zone:($ENABLE_ZONE)" --format="csv(name,networkInterfaces[0].accessConfigs[0].natIP)" | grep "load-balancing-web-app-group")
      for i in $MACHINES;
      do
        NAME=$(echo "$i" | cut -f1 -d,)
        IP=$(echo "$i" | cut -f2 -d,)
        echo "Simulating zonal restoration for zone $ENABLE_ZONE, instance $NAME"
        curl -q -s "http://$IP/makeHealthy" >/dev/null --retry 2
      done
      

      Dopo alcuni minuti, l'output della prima finestra del terminale elenca gradualmente di nuovo la zona us-central1-f:

      us-central1-b
      us-central1-b
      us-central1-c
      us-central1-f
      us-central1-c
      us-central1-c
      us-central1-b
      us-central1-c
      us-central1-f
      

      Ciò indica che il bilanciatore del carico indirizza nuovamente il traffico in entrata a tutte le zone.

      Al termine, chiudi entrambi i terminali.

(Facoltativo) Limitazione del traffico in entrata

Quando hai creato il gruppo di istanze gestite a livello di regione, potevi accedere a ogni istanza direttamente tramite il relativo indirizzo IP temporaneo esterno. Tuttavia, ora che hai preparato un bilanciatore del carico e un indirizzo IP esterno statico, potresti voler modificare il firewall di rete in modo che il traffico in entrata debba passare per il bilanciatore del carico.

Se vuoi limitare il traffico in entrata al bilanciatore del carico, modifica il firewall di rete per disabilitare l'indirizzo IP esterno temporaneo per ogni istanza.

1. Modifica la regola firewall per limitare il traffico HTTP in modo che sia possibile accedere all'applicazione web solo utilizzando il bilanciatore del carico:

   1. Nella console Google Cloud , vai alla pagina Firewall.

      Vai a Firewall

   2. In Nome, fai clic su allow-web-app-http.

   3. Fai clic su Modifica.

   4. Modifica Intervalli IP di origine per consentire solo i probe di controllo di integrità:

      1. Elimina 0.0.0.0/0.
      2. Nella stessa riga, inserisci 130.211.0.0/22 e premi Tab.
      3. Nella stessa riga, inserisci 35.191.0.0/16 e premi Tab.

   5. Fai clic su Salva.

2. Verifica di non essere in grado di connetterti all'applicazione web utilizzando l'indirizzo IP esterno temporaneo per un'istanza specifica:

   1. Nella console Google Cloud , vai alla pagina Gruppi di istanze.

      Vai a Gruppi di istanze

   2. Fai clic su load-balancing-web-app-group per visualizzare le istanze del gruppo.

   3. In IP esterno, fai clic su un indirizzo IP per connettere l'istanza. Si apre una nuova scheda del browser, ma l'applicazione web non si apre (alla fine, la pagina mostrerà un errore di timeout).

      Al termine, chiudi la scheda del browser per l'istanza.

3. Verifica di essere in grado di connetterti all'applicazione web utilizzando il bilanciatore del carico:

   1. Nella console Google Cloud , vai alla pagina Bilanciamento del carico.

      Vai a Bilanciamento del carico

   2. In Nome, fai clic su web-app-load-balancer per espandere il bilanciatore del carico appena creato.

   3. Per connetterti all'app web tramite gli indirizzi IP statici esterni, cerca Frontend e IP:Porta e copia l'indirizzo IP. Quindi, apri una nuova scheda del browser e incolla l'indirizzo IP nella barra degli indirizzi. Dovresti visualizzare l'applicazione web dimostrativa:

      

      Tieni presente che ogni volta che aggiorni la pagina, il bilanciatore del carico si connette a istanze diverse in zone diverse. Questo accade perché non ti colleghi direttamente a un'istanza, ma al bilanciatore del carico, che seleziona l'istanza a cui ti reindirizza.

      Al termine, chiudi la scheda del browser per l'applicazione web dimostrativa.