Fehleranalyse und Behebung von Problemen in der Produktionsumgebung verteilter Systeme

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:

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.

Incident post mortem

Post Mortem bei Zwischenfällen – Wie man mit Ausfallzeiten umgeht

Fehler sind menschlich und können zu einfachen oder sogar schweren Zwischenfällen führen. Seien wir ehrlich: Wir können versuchen, Fehler zu vermeiden, aber früher oder später werden sie passieren. Doch Fehler zu machen ist nicht das größte Problem. Wir müssen sicherstellen, dass wir aus unseren Fehlern lernen. Wenn du nach einem Zwischenfall oder Fehler in deinen Projekten eine Post-Mortem-Analyse einführst, kannst du aus vergangenen Fehlern lernen. In diesem Beitrag geht es um die Einführung einer Post-Mortem-Kultur in deiner DevOps-Organisation und darum, warum Schuldzuweisungen keine Lösung sind.

Der beste Weg, um aus Vorfällen zu lernen, ist die Durchführung von Post Mortems.

Was ist ein Post Mortem bei Projekten und Vorfällen?

Bei einem Incident Post Mortem oder einer Retrospektive wird untersucht, wie es zu dem Vorfall kam, welche Auswirkungen er auf die Unternehmensziele und -metriken hatte und wie das Team die Fehler behoben hat.

Warum braucht man Post Mortem Analysen bei DevOps?

In vielen Unternehmen, ob groß oder klein, kommt es mindestens mehrmals im Jahr zu größeren Störungsfällen. Wie bereits erwähnt, kannst du daran arbeiten, Vorfälle zu verhindern, ihre Auswirkungen zu verringern und ihre Folgen für deine Ziele oder andere wichtige KPIs zu verkürzen. Aber sie werden trotzdem auftreten, egal was du tust.

Änderungen an deinen Systemen, deinem Code oder deiner Infrastruktur können Schwachstellen verursachen, die zu Zwischenfällen führen. Als DevOps-Champion veröffentlichst du wahrscheinlich neue Iterationen von Code oder Updates in hoher Frequenz. Dadurch wird das Risiko und die Auswirkungen von Fehlern bei einzelnen Releases minimiert. Gleichzeitig führt die steigende Anzahl von Releases wahrscheinlich aber nicht zu einer Verringerung der Anzahl von Zwischenfällen. Die Wahrscheinlichkeit, dass gleich dein ganzes System ausfällt, wird damit jedoch drastisch reduziert.

Aber was passiert, wenn ein kritischer Zwischenfall eintritt?

Anstatt Schuldzuweisungen zu machen und mit dem Finger auf den Verantwortlichen zu zeigen, ist das Einzige, was zählt, herauszufinden, was die Ursache für den Fehler war, der zu dem Vorfall geführt hat, und gegebenenfalls die Auswirkungen zu mildern.

Die Analyse der Ursache und die Umsetzung von Präventivmaßnahmen sind wichtig, um sicherzustellen, dass solche Vorfälle nicht zu oft auftreten. Andernfalls kann es passieren, dass sich die Vorfälle häufen und die Fehlerbehebung zur wöchentlichen Routine wird. Früher oder später werden deine Teams nur noch mit der Reaktion auf Vorfälle beschäftigt sein. Und das will niemand! Um aus dieser Situation herauszukommen, muss dein Team den neuen Status quo anerkennen.

Und wie sieht eine Postmortem-Analyse aus?

Um aus den Fehlern der Vergangenheit zu lernen, müssen wir nach Vorfällen eine genaue Analyse der Ereignisse durchführen.

Ein Postmortem sollte immer dann durchgeführt werden, wenn ein Vorfall die Reaktion eines IT-Ingenieurs oder Entwickler erfordert. Normalerweise werden bei einer Postmortem-Analyse die folgenden Punkte erfasst:

  • Was hat den Vorfall ausgelöst?
  • Was waren die Auswirkungen?
  • Wie lange hat es gedauert, den Vorfall zu erkennen und einzudämmen?
  • Welche Schritte wurden unternommen, um den Vorfall zu entschärfen?
  • Hat das Team eine Ursachenanalyse durchgeführt?
  • Können wir eine Zeitleiste der wichtigsten Ereignisse erstellen? Fasse die wichtigsten Aktivitäten aus Chatgesprächen, Details zum Vorfall und mehr zusammen.
  • Was sind die Lehren und nächsten Schritte? Was ist gut gelaufen und was ist nicht gut gelaufen? Wie können wir verhindern, dass dieses Problem erneut auftritt?

In den meisten Fällen wird die Analyse von den Teammitgliedern durchgeführt, die auf den Vorfall reagierten und die Ursache entschärften oder untersuchten.

Beispiel: Ausfall von Facebook, Whatsapp und Instagram im Oktober 2021

Am 4. Oktober 2021 kam es bei mehreren öffentlichen Diensten von Facebook zu einem weltweiten Ausfall von fast 24 Stunden. Wie Facebook (Meta) erklärte, führten Konfigurationsänderungen an den Backbone-Routern, die den Netzwerkverkehr zwischen den Rechenzentren koordinieren, zu Problemen, die die Kommunikation unterbrachen.

In diesem Artikel erfährst du mehr über den Ausfall des Dienstes und den Postmortem bei Meta.

Was Facebook getan hat, scheint auf den ersten Blick sehr einfach zu sein: Sie folgten ihrem internen Prozess “Storm Drills”. So stellen sie bei Facebook sicher, dass sie immer genau wissen, was sie als Nächstes zu tun haben, wenn etwas passiert.

Danach stellten sie sicher, dass sie einen Postmortem durchführen, um herauszufinden, was wirklich passiert ist.

Einführung von objektiven Post Mortems – Ohne Schuldzuweisungen

Die Durchführung von Post-Mortems scheint recht einfach zu sein. Für viele Organisationen, die noch nie darüber nachgedacht haben, Post-Mortems in ihre Incident Response einzubauen, könnte dies jedoch eine Herausforderung sein, die sie nicht auf die leichte Schulter nehmen sollten.

Die Einführung und der anhaltende Erfolg eines neuen oder geänderten Prozesses erfordern Zeit und Anstrengungen auf allen Ebenen der Organisation.

Um die Umstellung zu erleichtern, gibt es ein paar wichtige Grundsätze, die du beachten solltest:

  • Achte darauf, dass du dich von Schuldzuweisungen und gegenseitigen Vorwürfen distanzierst: Dies ist der wichtigste Aspekt, um die Dinge von Anfang an richtig anzugehen. Wenn sich die Analyse darauf konzentriert, den Verursachern des Vorfalls die Schuld zu geben, anstatt dafür zu sorgen, dass das Team lernt und sich verbessert, wird die ganze Initiative eher schaden als nützen.
  • Kommuniziere offen und fehlertolerant: Achte darauf, dass Post-Mortem-Meetings nicht dazu dienen, einen Schuldigen zu finden. Es ist die einzige Gelegenheit für die Teams, zu lernen und sich zu verbessern. Das bedeutet, ehrlich zu sein, was passiert ist, und die Erwartungen zu korrigieren.
  • Führe einen Verantwortlichen für die Post-Mortem-Besprechung ein: Ein engagierter Leader stellt sicher, dass jede Reaktion auf einen Vorfall mit einem Postmortem abgeschlossen wird. Diese Führungskräfte verfügen in der Regel über ein umfassendes Verständnis für alle Services und DevOps. Der Leader gibt den Ton für Post-Mortems an und bestimmt weitgehend die kollektive Einstellung zur Distanzierung von Schuldzuweisungen.
  • Arbeite zusammen, teile Informationen und fördere die Kommunikation: Sorge dafür, dass die Postmortems in einer internen Plattform (z. B. einem Confluence-Wiki) gut dokumentiert werden. Jeder Post Mortem kann dann als brauchbares Schulungsmaterial für deine Teams verwendet werden.
  • Bringe das Topmanagement mit an Bord und beziehe alle relevanten Stakeholder ein: Um alle Teammitglieder in der Organisation zu begeistern, ist eine Kommunikation von oben nach unten unerlässlich. Gleichzeitig müssen aber auch die Führungskräfte wissen, was passiert ist. Stelle also sicher, dass du klare Zahlen und Ergebnisse kommunizierst.
  • Triff Entscheidungen: Im Idealfall liefert eine gutes, lückenloses Postmortem präventive Vorschläge. Du musst festlegen, wer für die Genehmigung der Empfehlungen und die Überprüfung der schriftlichen Berichte verantwortlich ist.