Guide: Fehleranalyse und Behebung von Problemen in der Produktionsumgebung verteilter Systeme

Verteilte Systeme sind das Rückgrat vieler moderner Softwareanwendungen und Plattformen. Sie ermöglichen die Skalierbarkeit und Verfügbarkeit von Diensten durch die Verteilung von Arbeitslasten auf mehrere Rechner und geografische Standorte. Wie bei jedem komplexen System können jedoch Produktionsprobleme den Dienst unterbrechen und die Benutzer beeinträchtigen.

Als DevOps- oder Infrastruktur-Ingenieur ist es wichtig, die Fähigkeiten und das Wissen zu besitzen, um häufige Produktionsprobleme in einem dezentralen System zu beheben und zu lösen. Diese Probleme reichen von einfachen Konfigurationsproblemen bis hin zu komplexen Ausfällen der Systemarchitektur.

Wenn Unternehmen nicht in der Lage sind, diese Probleme zu beheben, kann dies erhebliche Folgen haben, z. B. Umsatzeinbußen, Rufschädigung und geringere Kundenzufriedenheit.

Doch sehen wir uns an, wie Sie häufige Produktionsprobleme in einem verteilten System beheben können.

Post-Mortem-Analyse: Identifizierung der Problemursache

In modernen (Microservices-)Bereitstellungen beheben Softwareteams bei einer Post-Mortem-Analyse in der Regel zwei verschiedene Dinge.

• Traces des Netzwerkflusses innerhalb der (Microservice-)Komponenten mit Tools wie Kiali, Jaeger, Istio
• Infrastrukturkomponenten wie Runtime, Artefakte und mehr.

Noch wichtiger ist jedoch, dass moderne Software so entwickelt wird, dass sie selbstheilend ist. Um dies zu erreichen, stellen Softwareteams sicher, dass die Software während der Entwicklungsphase ordnungsgemäß getestet wird, z. B. durch Unit-Tests und automatisierte Integrationstests.

Let’s dive in.

Informationssammlung zum Problem

Der erste Schritt besteht darin, so viele Informationen wie möglich über das Problem zu sammeln, um die Ursache für ein Produktionsproblem in einem verteilten System zu ermitteln. Dies kann die Analyse von Protokollen, Überwachungsdaten und generierten Fehlermeldungen beinhalten. Tools für die Protokollverwaltung und -überwachung können dabei helfen, diese Daten zu sammeln und zu organisieren, so dass sie leichter zu analysieren sind.

Um die Informationen zu sammeln, können Sie die folgenden Tools verwenden:

• Tools zur Protokollverwaltung: z. B. Splunk, Elastic Stack
• Überwachungswerkzeuge: z. B. Prometheus, Grafana

Identifizierung von Mustern und Korrelationen

Sobald Sie ein klares Verständnis des Problems haben, besteht der nächste Schritt darin, Muster und Korrelationen zu identifizieren, die auf die Grundursache des Problems hinweisen könnten. Dies kann die Suche nach Trends oder Änderungen in den Daten beinhalten, die um die Zeit des Problems herum aufgetreten sind. Auch hier können Visualisierungstools und Tools zur Erkennung von Anomalien hilfreich sein, da sie helfen können, ungewöhnliche Muster oder Abweichungen vom normalen Verhalten zu erkennen.

Zur Erkennung von Mustern und Korrelationen können Sie die folgenden Tools verwenden:

• Visualisierungstools: z. B. Kibana, Datadog
• Tools zur Erkennung von Anomalien: z. B. New Relic

Verwendung von Debugging-Tools und -Techniken

Sobald Sie das Problem und die möglichen Ursachen verstanden haben, ist es an der Zeit, mit der Fehlersuche zu beginnen. Dies kann den Einsatz von Tools wie Debuggern und Profilern beinhalten, um zu verstehen, was auf einer tieferen Ebene innerhalb des Systems passiert. Außerdem ist es wichtig, bei der Fehlersuche systematisch vorzugehen. Beginnen Sie mit den wahrscheinlichsten Ursachen und arbeiten Sie sich durch die Liste, bis Sie die Grundursache gefunden haben.

Essentielle Tools zur Fehlersuche:

• Debugger: z.B., GDB, LLDB
• Profiler: z. B. perf, VTune

Prioritäten setzen und den Prozess der Fehlersuche strukturieren

Einer der wichtigsten Schritte bei der Fehlersuche und Behebung von Produktionsproblemen in verteilten Systemen ist die Festlegung von Prioritäten und die Organisation des Prozesses. Dazu gehört die Bestimmung der Auswirkungen des Problems auf die Benutzer und das System sowie die Erstellung eines Aktionsplans und eines Zeitplans für die Lösung.

Bestimmung der Auswirkungen des Problems auf die Benutzer und das System

Um die Auswirkungen des Problems zu bestimmen, ist es wichtig, Faktoren wie die Anzahl der betroffenen Benutzer, den Schweregrad des Problems und die möglichen Folgen zu berücksichtigen, wenn das Problem nicht behoben wird. Anhand dieser Informationen lassen sich die Prioritäten für die Fehlerbehebung und die Problembehebung entsprechend ihrer Wichtigkeit festlegen.

Aufstellen eines Aktionsplans und eines Zeitplans für die Lösung des Problems

Sobald Sie die Auswirkungen des Problems ermittelt haben, ist es wichtig, einen Aktionsplan und einen Zeitplan für die Lösung zu erstellen. Dazu kann es erforderlich sein, die Fehlerbehebung in kleinere, überschaubare Aufgaben zu unterteilen und für jede Aufgabe eine Frist zu setzen. Es ist auch entscheidend, alle notwendigen Parteien, wie Entwickler und IT-Support, in die Fehlerbehebung einzubeziehen und jedem Teammitglied bestimmte Aufgaben zuzuweisen.

Durch die Organisation und Priorisierung des Fehlerbehebungsprozesses können Sie sicherstellen, dass Sie das Problem umgehend und effizient lösen und die Auswirkungen auf die Benutzer und das System minimieren.

Behebung des Problems

Temporäre Fehlerbehebungen zur Minimierung der Auswirkungen auf die Benutzer

Wenn ein Produktionsproblem in einem verteilten System auftritt, ist es wichtig, die Auswirkungen auf die Benutzer so gering wie möglich zu halten. Dazu können temporäre Lösungen gehören, wie z. B. die Deaktivierung bestimmter Funktionen oder die Umleitung des Datenverkehrs auf einen anderen Server, bis eine dauerhafte Lösung implementiert werden kann.

Es ist wichtig, die möglichen Folgen einer vorübergehenden Lösung sorgfältig abzuwägen und sicherzustellen, dass sie keine weiteren Probleme oder Komplikationen verursacht. Versuchen Sie außerdem, die Benutzer und die betroffenen Parteien über schnelle Lösungen zu informieren, damit sie die Situation und die möglichen Auswirkungen kennen.

Implementierung von dauerhaften Lösungen

Sobald die Auswirkungen auf die Benutzer durch temporäre Lösungen minimiert wurden, besteht der nächste Schritt darin, permanente Lösungen zu implementieren, um die Grundursache des Problems zu beheben. Dies kann eine Änderung der Systemarchitektur, die Aktualisierung von Software oder Hardware oder die Implementierung neuer Prozesse oder Verfahren beinhalten.

Jede dauerhafte Lösung muss sorgfältig geplant und getestet werden, um sicherzustellen, dass sie effektiv und praktikabel ist. Es kann auch notwendig sein, externe Experten oder Anbieter einzubeziehen, wenn das Problem spezielle Kenntnisse oder Ressourcen erfordert.

Testen und Überprüfen der Lösung

Sobald eine dauerhafte Lösung implementiert wurde, gilt es, gründlich zu testen und zu überprüfen, ob die Lösung wirksam ist und keine unbeabsichtigten Folgen hat. Sie können zum Beispiel Stresstests durchführen, Simulationen laufen lassen oder das System überwachen, um sicherzustellen, dass das Problem nicht erneut auftritt.

Das Testen und Verifizieren der Problemlösung ist ein wichtiger Schritt bei der Fehlerbehebung, da es dazu beiträgt, das Problem zu beheben und sicherzustellen, dass das System korrekt funktioniert. Darüber hinaus ist es wichtig, den Test- und Überprüfungsprozess zu dokumentieren, um später darauf zurückgreifen zu können.

Vor allem aber wird moderne Software so entwickelt, dass sie sich selbst heilt. Um dies zu erreichen, stellen die Softwareteams sicher, dass die Software während der Entwicklungsphase ordnungsgemäß getestet wird, z. B. durch Einheitstests und automatisierte Integrationstests.

Diese Tests decken Rand- und Eckfälle ab.

Das Softwareprojekt sollte ein QA-Team enthalten und folgende Umgebungen aufweisen:

• Entwicklung/Qualitätssicherung (dev/QA)
• Benutzerakzeptanztests (UAT, Kopie von prod)
• Produktionsumgebung

Sobald der Code und die Tests in der Entwicklungs-/Qualitätssicherungsumgebung funktionieren, sollte er in die UAT-Umgebung übertragen werden, die eine Kopie der Produktionsdaten enthält (Aktualisierungsprozess).

Guter, strukturierter Code ist essentiell in jedem Software-Projekt. In diesem Artikel findest du einige Tipps dazu: Zum Artikel.

Überprüfung nach einem Vorfall

Analysieren der Problemursache

Nach der Behebung eines Problems in einem verteilten System muss unbedingt eine Nachuntersuchung durchgeführt werden, um die Grundursache zu ermitteln und das Auftreten ähnlicher Probleme zu verhindern.

Dies kann die Analyse von Protokollen, Überwachungsdaten und anderen relevanten Informationen beinhalten, um zu verstehen, was das Problem verursacht hat und wie die Ursache behoben wurde. Dazu kann auch die Einholung von Feedback von Benutzern und anderen Beteiligten sowie die Durchführung von Ursachenanalysen wie der 5-Whys-Methode gehören.

Ziel der Überprüfung nach einem Vorfall ist es, alle zugrunde liegenden Probleme oder Schwachstellen im System zu ermitteln, die zu dem Problem beigetragen haben könnten, und Präventivmaßnahmen zu ergreifen, um ähnliche Situationen in Zukunft zu vermeiden.

Umsetzung von Präventivmaßnahmen zur Vermeidung ähnlicher Probleme in der Zukunft

Sobald die Ursache des Problems ermittelt wurde, besteht der nächste Schritt darin, Präventivmaßnahmen zu ergreifen, um ähnliche Situationen zu vermeiden. Dies kann eine Änderung der Systemarchitektur, die Aktualisierung von Software oder Hardware oder die Einführung neuer Prozesse oder Verfahren beinhalten.

Es ist wichtig, alle Präventivmaßnahmen sorgfältig zu planen und zu testen, um sicherzustellen, dass sie wirksam sind und keine unbeabsichtigten Folgen haben. Es kann auch notwendig sein, externe Experten oder Anbieter einzubeziehen, wenn das Problem spezielle Kenntnisse oder Ressourcen erfordert.

Dokumentieren des Prozesses für zukünftige Referenzen

Neben der Umsetzung von Präventivmaßnahmen ist es wichtig, den gesamten Prozess der Fehlersuche und -behebung zu dokumentieren, um ihn später nachvollziehen zu können. Dies kann dazu beitragen, etwaige Muster oder gemeinsame Probleme zu erkennen, die im System auftreten, und kann als wertvolle Ressource für künftige Fehlerbehebungsmaßnahmen dienen.

Die Dokumentation des Prozesses kann auch die Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen den Teams verbessern und als Lernmöglichkeit für kontinuierliche Verbesserungen dienen.

Schlussfolgerung

Die Fehlersuche und Behebung von Produktionsproblemen in verteilten Systemen ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Funktionalität und Zuverlässigkeit des Systems. Dazu gehören die Identifizierung der Fehlerquelle, die Festlegung von Prioritäten und die Organisation des Fehlerbehebungsprozesses, die Behebung des Problems und die Durchführung einer Überprüfung nach dem Vorfall, um die Ursachen zu ermitteln und ähnliche Probleme zu vermeiden.

Eine effektive Fehlersuche und -behebung erfordert sorgfältige Planung, Liebe zum Detail und einen proaktiven Ansatz für kontinuierliches Lernen und Verbesserung. Durch diese Schritte können Unternehmen sicherstellen, dass Produktionsprobleme umgehend und effizient behoben werden und die Auswirkungen auf Benutzer und System minimiert werden.

Es ist wichtig, der Behebung von Produktionsproblemen in verteilten Systemen Priorität einzuräumen, da diese Probleme erhebliche Folgen haben können, wenn sie nicht behoben werden. Durch einen proaktiven Ansatz bei der Fehlersuche und -behebung können Unternehmen die Zuverlässigkeit und Funktionalität ihrer Systeme aufrechterhalten und ihren Benutzern eine nahtlose Erfahrung bieten.