La scalabilité désigne la capacité d’un système à augmenter ou réduire rapidement la puissance ou la taille de l’infrastructure informatique, de stockage ou réseau. À mesure que les exigences et les besoins en ressources des applications évoluent, la mise à l’échelle de l’infrastructure de stockage permet de s’adapter à ces besoins, d’optimiser les coûts et d’améliorer l’efficacité de l’équipe chargée des opérations.
La mise à l’échelle verticale (scale-up) et la mise à l’échelle horizontale (scale-out) sont les principales méthodes utilisées par les entreprises pour accroître la capacité de leur infrastructure. Pour l’utilisateur final, ces deux concepts peuvent sembler remplir la même fonction. Pourtant, chacun répond à des besoins précis et résout différemment certains problèmes de capacité de l’infrastructure système.
Quelle est la différence entre mise à l’échelle verticale et mise à l’échelle horizontale ?
En bref, la mise à l’échelle verticale consiste à ajouter des ressources, comme des disques durs et de la mémoire, afin d’augmenter la capacité de calcul des serveurs physiques ; la mise à l’échelle horizontale consiste quant à elle à ajouter des serveurs à l’architecture pour répartir la charge de travail entre un plus grand nombre de machines.
Mise à l’échelle verticale
La mise à l’échelle verticale de l’infrastructure de stockage vise à ajouter des ressources pour prendre en charge une application et maintenir ou améliorer ses performances. Les ressources virtuelles comme matérielles peuvent faire l’objet d’une mise à l’échelle verticale.
Dans le cas du matériel, il peut s’agir tout simplement d’utiliser un disque dur de plus grande capacité pour augmenter considérablement l’espace de stockage. Il faut toutefois noter que la mise à l’échelle verticale n’exige pas nécessairement de modifier l’architecture du système.
La mise à l’échelle verticale de l’infrastructure reste viable jusqu’à ce qu’il devienne impossible de faire évoluer certains composants, ce qui en fait une solution plutôt temporaire.
Quand effectuer une mise à l’échelle verticale de l’infrastructure
- Lorsque les performances commencent à être affectées :Un bon indicateur est le moment où les charges de travail commencent à atteindre leurs limites de performance, entraînant une latence accrue et des goulots d’étranglement liés aux capacités d’E/S et du processeur.
- Lorsque l’optimisation du stockage ne suffit plus :Lorsque l’efficacité des solutions d’optimisation des performances et de la capacité diminue, il est peut-être temps de procéder à une mise à l’échelle verticale.
- Lorsque votre application peine à gérer les complexités d’un système distribué :Vous devriez envisager une mise à l’échelle verticale lorsque votre application peine à répartir les processus entre plusieurs serveurs ou à gérer les complexités d’un système distribué.
Exemples de situations justifiant une mise à l’échelle verticale
Un système ERP qui gère différents processus métier
Imaginons une grande entreprise industrielle qui utilise un système de planification des ressources de l’entreprise (ERP) pour gérer différents processus métier. Le système ERP doit être capable de prendre en charge un grand nombre d’opérations d’E/S en raison des volumes importants de données traités chaque jour, notamment les stocks, les commandes, la paie, etc.
À mesure que l’entreprise se développe et que le volume de données augmente, les performances du système peuvent diminuer, ce qui entraîne une baisse d’efficacité des opérations. Pour résoudre ces problèmes de performance, l’entreprise peut choisir d’effectuer une mise à l’échelle verticale en ajoutant de la mémoire vive, des processeurs et des ressources de stockage à son serveur existant. La capacité du serveur à gérer les données et opérations supplémentaires s’en trouverait accrue, ce qui améliorerait les performances du système.
Charges de travail liées au machine learning (ML)
Prenons le cas d’une start-up technologique spécialisée dans le ML. Elle développe des modèles complexes d’analyse de données qui nécessitent une puissance de calcul et une mémoire importantes pour traiter de vastes ensembles de données. À mesure que l’entreprise acquiert davantage de données et que la complexité des modèles augmente, la configuration matérielle actuelle devient un facteur limitant.
Pour y remédier, l’entreprise peut effectuer une mise à l’échelle verticale de son infrastructure en ajoutant des processeurs ou des GPU plus puissants et en augmentant la mémoire et le stockage. Cette infrastructure renforcée peut prendre en charge les charges de travail exigeantes liées au ML, garantir le bon déroulement des opérations et accélérer l’entraînement des modèles.
Avantages
- Rapidité relative :Remplacer une ressource, comme un processeur unique par un processeur double, permet de doubler le débit du processeur. La même approche peut être appliquée à des ressources telles que la mémoire vive dynamique (DRAM) afin d’améliorer les performances de la mémoire dynamique.
- Simplicité :Augmenter la taille d’un système existant ne modifie ni la connectivité réseau ni la configuration logicielle. Le temps et les efforts ainsi économisés rendent donc le processus de mise à l’échelle beaucoup plus simple que celui d’une architecture horizontale.
- Rentabilité :La mise à l’échelle verticale coûte moins cher que la mise à l’échelle horizontale, car le matériel réseau et les licences sont nettement moins coûteux. En outre, les coûts d’exploitation, comme le refroidissement, sont plus faibles avec les architectures verticales.
- Consommation énergétique réduite :Comme elle nécessite moins d’équipements physiques que la mise à l’échelle horizontale, la mise à l’échelle verticale réduit considérablement la consommation énergétique globale.
Inconvénients
- Latence :L’introduction de machines plus puissantes ne garantit pas qu’une charge de travail s’exécutera plus rapidement. Une architecture verticale peut introduire de la latence dans des cas d’utilisation tels que le traitement vidéo, ce qui peut à son tour dégrader les performances.
- Main-d’œuvre et risques :La mise à niveau du système peut être fastidieuse, car il faut par exemple copier les données vers un nouveau serveur. Le basculement vers ce nouveau serveur peut entraîner une interruption de service et présenter un risque de perte de données pendant le processus.
- Vieillissement du matériel :Les contraintes liées au vieillissement des équipements réduisent progressivement leur efficacité et leurs performances. Les temps de sauvegarde et de restauration font partie des fonctionnalités affectées par la baisse des performances et de la capacité.
Mise à l’échelle horizontale
L’infrastructure à mise à l’échelle horizontaleremplace le matériel afin d’augmenter les fonctionnalités, les performances et la capacité. La mise à l’échelle horizontale permet de surmonter certaines limites de l’infrastructure verticale, car elle est généralement plus efficace et plus performante. De plus, l’utilisation du cloud pour effectuer cette mise à l’échelle évite d’avoir à acheter du nouveau matériel à chaque mise à niveau du système.
Si la mise à l’échelle horizontale permet de répliquer des ressources ou des services, l’un de ses principaux atouts réside dans la fluidité de la mise à l’échelle des ressources. Elle permet de répondre rapidement et efficacement aux variations de la demande.
Quand effectuer une mise à l’échelle horizontale de l’infrastructure
- Lorsque vous avez besoin d’une stratégie de mise à l’échelle à long terme :La nature progressive de la mise à l’échelle horizontale permet d’adapter l’infrastructure à la croissance des données prévue à long terme. Des composants peuvent être ajoutés ou retirés en fonction de vos objectifs.
- Lorsque les mises à niveau doivent être flexibles :La mise à l’échelle horizontale évite les limites liées à l’obsolescence technologique ainsi que la dépendance à l’égard d’un fournisseur pour certaines technologies matérielles.
- Lorsque les charges de travail de stockage doivent être réparties :La mise à l’échelle horizontale convient parfaitement aux cas d’utilisation qui exigent de répartir les charges de travail entre plusieurs nœuds de stockage.
Exemples de situations justifiant une mise à l’échelle horizontale
Les services de streaming qui garantissent une expérience utilisateur fluide
Une entreprise comme Netflix ou YouTube, qui fournit des services de streaming à des millions d’utilisateurs dans le monde, doit relever des défis particuliers. Avec une base d’utilisateurs mondiale en constante croissance, il n’est pas réaliste de s’appuyer sur un seul serveur ou un cluster situé au même endroit.
Dans ce scénario, l’entreprise effectuerait une mise à l’échelle horizontale en ajoutant des serveurs dans différentes régions du monde. Cette stratégie améliorerait la diffusion des contenus, réduirait la latence et offrirait une expérience utilisateur homogène et fluide. Elle est souvent mise en œuvre conjointement avec des réseaux de diffusion de contenu (CDN), qui contribuent à distribuer les contenus dans différentes régions.
Les plateformes de réseaux sociaux
Une plateforme de réseau social en forte croissance qui doit gérer un afflux de contenus générés par les utilisateurs doit stocker et récupérer d’immenses volumes de données, notamment les profils, les publications et les contenus multimédias. La mise à l’échelle verticale peut apporter un soulagement temporaire. Cependant, à mesure que la plateforme se développe et attire davantage d’utilisateurs, la mise à l’échelle horizontale devient indispensable.
En ajoutant des serveurs au réseau, la plateforme peut répartir les opérations de stockage et de récupération des données entre plusieurs serveurs. Elle peut ainsi gérer efficacement les données à haut volume et à grande vélocité typiques de ces plateformes. La mise à l’échelle horizontale garantit également une haute disponibilité et une redondance accrues, améliorant ainsi l’expérience utilisateur globale.
Avantages
- Adoption de technologies de serveurs plus récentes :Comme l’architecture n’est pas limitée par du matériel ancien, l’infrastructure horizontale est moins affectée par les problèmes de capacité et de performances que l’infrastructure verticale.
- Adaptation aux variations de la demande :L’architecture horizontale facilite l’adaptation aux variations de la demande, puisque des services et du matériel peuvent être ajoutés ou retirés selon les besoins. Elle facilite également la mise à l’échelle des ressources.
- Maîtrise des coûts :La mise à l’échelle horizontale repose sur un modèle progressif, qui rend les coûts plus prévisibles. En outre, ce modèle permet de ne payer que les ressources nécessaires au moment où elles sont requises.
Inconvénients
- Espace limité en baie :L’infrastructure horizontale présente le risque de manquer d’espace en baie. En théorie, l’espace en baie peut finir par ne plus suffire pour répondre à une demande croissante, ce qui montre que la mise à l’échelle horizontale n’est pas toujours la meilleure approche pour gérer une demande accrue.
- Hausse des coûts d’exploitation :L’ajout de ressources serveur entraîne des coûts supplémentaires, notamment pour les licences, le refroidissement et l’alimentation électrique.
- Coûts initiaux plus élevés :La mise en place d’un système horizontal nécessite un investissement conséquent, puisqu’il ne s’agit pas simplement de mettre à niveau l’infrastructure existante.
Mise à l’échelle verticale ou horizontale ? Comment choisir
Alors, faut-il effectuer une mise à l’échelle verticale ou horizontale de votre infrastructure ? L’arbre de décision ci-dessous vous aidera à répondre plus clairement à cette question.
En résumé : mise à l’échelle verticale et horizontale
Le choix entre mise à l’échelle verticale et horizontale dépend largement des besoins et des circonstances propres à votre entreprise. La mise à l’échelle verticale est idéale lorsqu’un seul système peut répondre à la demande, comme dans le cas des bases de données hautes performances. Cette approche a toutefois ses limites en matière de capacités matérielles et peut entraîner une hausse des coûts au fil du temps.
À l’inverse, la mise à l’échelle horizontale est plus efficace lorsque la charge de travail peut être répartie entre plusieurs serveurs. Elle est souvent privilégiée pour gérer les pics de trafic web ou les données générées par les utilisateurs sur des plateformes telles que les réseaux sociaux. Cette méthode peut cependant complexifier la gestion du système distribué.
En pratique, de nombreuses entreprises adoptent une approche hybride : elles maximisent la puissance de chaque serveur grâce à la mise à l’échelle verticale, puis étendent la capacité grâce à la mise à l’échelle horizontale. En définitive, le choix entre ces deux stratégies doit tenir compte des exigences de votre application, de vos prévisions de croissance et de votre budget. N’oubliez pas que l’objectif est d’aligner votre stratégie de mise à l’échelle sur vos objectifs métier afin d’optimiser les performances.
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