第5回：Cusinart - 高度な運用機能
～自己修復する分散システムの実現～
はじめに
分散システムの運用では、障害検知、自動復旧、負荷分散が重要です。Cusinartは、これらの機能を統合的に提供します。
障害検知と自動復旧
// ヘルスチェックシステム
pub struct HealthMonitor {
nodes: HashMap<NodeId, NodeHealth>,
checker: IntervalChecker,
recovery_manager: RecoveryManager,
}
impl HealthMonitor {
pub async fn start_monitoring(&mut self) -> Result<()> {
self.checker.start(Duration::from_secs(5), |_| {
self.check_all_nodes()
}).await
}
async fn check_all_nodes(&mut self) -> Result<()> {
for (node_id, health) in &mut self.nodes {
match self.check_node(*node_id).await {
Ok(_) => health.record_success(),
Err(e) => {
health.record_failure();
if health.should_recover() {
self.initiate_recovery(*node_id, e).await?;
}
}
}
}
Ok(())
}
async fn initiate_recovery(&mut self, node_id: NodeId, cause: Error) -> Result<()> {
let recovery_plan = self.recovery_manager
.create_recovery_plan(node_id, cause)?;
self.execute_recovery_plan(recovery_plan).await
}
}
// 障害復旧システム
pub struct RecoveryManager {
strategies: Vec<Box<dyn RecoveryStrategy>>,
state_store: StateStore,
}
impl RecoveryManager {
pub fn create_recovery_plan(&self, node_id: NodeId, cause: Error) -> Result<RecoveryPlan> {
let strategy = self.select_strategy(&cause)?;
let current_state = self.state_store.get_node_state(node_id)?;
strategy.create_plan(node_id, current_state)
}
async fn execute_plan(&self, plan: RecoveryPlan) -> Result<()> {
for step in plan.steps {
match step {
RecoveryStep::RestartNode(node_id) => {
self.restart_node(node_id).await?;
}
RecoveryStep::ReplicateState(source, target) => {
self.replicate_state(source, target).await?;
}
RecoveryStep::RedirectTraffic(from, to) => {
self.redirect_traffic(from, to).await?;
}
}
}
Ok(())
}
}
ノードの動的管理
// ノードマネージャー
pub struct DynamicNodeManager {
nodes: HashMap<NodeId, NodeInfo>,
capacity_planner: CapacityPlanner,
load_balancer: LoadBalancer,
}
impl DynamicNodeManager {
pub async fn add_node(&mut self, config: NodeConfig) -> Result<NodeId> {
let node_id = self.generate_node_id();
let node = Node::start(config).await?;
// 新しいノードの初期化
self.initialize_node(&node).await?;
// 既存ノードとの同期
self.sync_state_with_cluster(&node).await?;
// 負荷分散の更新
self.load_balancer.add_node(node_id, node.capacity());
self.nodes.insert(node_id, node);
Ok(node_id)
}
pub async fn remove_node(&mut self, node_id: NodeId) -> Result<()> {
let node = self.nodes.get(&node_id)
.ok_or(Error::NodeNotFound)?;
// ワークロードの移行
self.migrate_workload(node_id).await?;
// ノードのグレースフルシャットダウン
node.shutdown().await?;
// クラスタ設定の更新
self.load_balancer.remove_node(node_id);
self.nodes.remove(&node_id);
Ok(())
}
}
// 容量計画
pub struct CapacityPlanner {
metrics_collector: MetricsCollector,
threshold_manager: ThresholdManager,
}
impl CapacityPlanner {
pub async fn analyze_capacity(&self) -> Result<CapacityPlan> {
let metrics = self.metrics_collector.get_cluster_metrics().await?;
let current_load = metrics.average_load();
if current_load > self.threshold_manager.scale_up_threshold() {
Ok(CapacityPlan::ScaleUp(self.calculate_new_nodes(current_load)))
} else if current_load < self.threshold_manager.scale_down_threshold() {
Ok(CapacityPlan::ScaleDown(self.calculate_removable_nodes(current_load)))
} else {
Ok(CapacityPlan::Maintain)
}
}
}
負荷分散とスケーリング
// 負荷分散システム
pub struct LoadBalancer {
strategy: Box<dyn BalancingStrategy>,
node_stats: HashMap<NodeId, NodeStats>,
}
impl LoadBalancer {
pub async fn distribute_task(&self, task: Task) -> Result<NodeId> {
let eligible_nodes = self.find_eligible_nodes(&task)?;
let selected_node = self.strategy.select_node(&eligible_nodes, &self.node_stats)?;
Ok(selected_node)
}
pub fn update_node_stats(&mut self, node_id: NodeId, stats: NodeStats) {
self.node_stats.insert(node_id, stats);
self.strategy.adjust_weights(&self.node_stats);
}
}
// 自動スケーリング
pub struct AutoScaler {
node_manager: DynamicNodeManager,
capacity_planner: CapacityPlanner,
scaling_policy: ScalingPolicy,
}
impl AutoScaler {
pub async fn run_scaling_cycle(&mut self) -> Result<()> {
let plan = self.capacity_planner.analyze_capacity().await?;
match plan {
CapacityPlan::ScaleUp(count) => {
for _ in 0..count {
let config = self.scaling_policy.create_node_config()?;
self.node_manager.add_node(config).await?;
}
}
CapacityPlan::ScaleDown(nodes) => {
for node_id in nodes {
self.node_manager.remove_node(node_id).await?;
}
}
CapacityPlan::Maintain => {}
}
Ok(())
}
}
実装例：自己修復型クラスタの実装
// 自己修復クラスタ
pub struct SelfHealingCluster {
health_monitor: HealthMonitor,
node_manager: DynamicNodeManager,
auto_scaler: AutoScaler,
}
impl SelfHealingCluster {
pub async fn run(&mut self) -> Result<()> {
// 各コンポーネントの起動
let health_handle = tokio::spawn(async move {
self.health_monitor.start_monitoring().await
});
let scaling_handle = tokio::spawn(async move {
loop {
self.auto_scaler.run_scaling_cycle().await?;
tokio::time::sleep(Duration::from_secs(60)).await;
}
});
// イベントループ
loop {
tokio::select! {
health_event = health_handle => {
self.handle_health_event(health_event?).await?;
}
scaling_event = scaling_handle => {
self.handle_scaling_event(scaling_event?).await?;
}
}
}
}
async fn handle_health_event(&mut self, event: HealthEvent) -> Result<()> {
match event {
HealthEvent::NodeFailure(node_id) => {
self.initiate_node_recovery(node_id).await
}
HealthEvent::ServiceDegraded(service_id) => {
self.handle_service_degradation(service_id).await
}
// 他のヘルスイベント処理
}
}
}
// 使用例
async fn main() -> Result<()> {
let config = ClusterConfig::load("cluster.toml")?;
let mut cluster = SelfHealingCluster::new(config);
cluster.run().await
}
今回のまとめ
- 高度な障害検知と自動復旧機能の実装
- 動的なノード管理とスケーリング
- 効率的な負荷分散システム
- 自己修復型クラスタの実現
次回予告
第6回では、gennethleia-coreの実装について解説します。no_std環境対応の基盤設計と、プラットフォーム非依存のコアロジック実装について詳しく見ていきます。
参考資料
- Site Reliability Engineering
- Designing Data-Intensive Applications
- Cloud Native Patterns
- Autonomous Systems Design