Usługa Azure Functions ograniczona za pomocą usługi HostServiceUnavailable 503 podczas zimnego startu i skalowania planu + planu instancji przed wprowadzeniem na rynek, który ustabilizował funkcje

Microsoft Azure Functions oferuje zaawansowaną, bezserwerową platformę obliczeniową, która umożliwia programistom uruchamianie kodu sterowanego zdarzeniami bez konieczności udostępniania infrastruktury ani zarządzania nią. Jednak w miarę jak coraz więcej użytkowników przyjmuje ten model, coraz częściej ujawniają się niespójności wydajności podczas zimnego rozruchu i zdarzeń skalowania. Szczególnie palącym problemem jest pojawianie się błędówHTTP 503 HostServiceUnavailablew okresach zimnego uruchamiania aplikacji funkcyjnej. Te przejściowe awarie znacząco wpływają na dostępność aplikacji, niezawodność i wygodę użytkownika, jeśli nie zostaną rozwiązane.

TLDR

Azure Functions może napotkać błędy związane z ograniczaniem przepustowości i błędemHTTP 503 HostServiceUnavailablepodczas zimnego uruchamiania, szczególnie w przypadku obciążeń o dużej skali lub serii. Te awarie zwykle pojawiają się, gdy platforma nie przygotowała wstępnie wystąpień aplikacji funkcji na czas dla przychodzących żądań. Firma Microsoft zareagowała, wprowadzając ulepszenia w zakresie skalowania planu i wstępnego podgrzewania instancji. Zastosowanie tych zmian pomogło ustabilizować aplikacje Azure Function, szczególnie w warstwach Premium i Elastic Premium, redukując opóźnienia i błędy podczas zimnego uruchamiania.

Zrozumienie problemu 503 HostServiceUnavailable

Gdy Azure Functions są wywoływane po pewnym okresie bezczynności, środowisko musi „zimnie startować”, tj. uruchomić wymaganą instancję obliczeniową, aby wykonać przychodzący kod. Jeśli podczas tego procesu zimnego startu dodatkowe obciążenie pojawi się szybciej, niż system jest w stanie skalować, może zwrócić błąd HTTP 503 z przyczynąHostServiceUnavailable. Ten status wskazuje, że obecnie nie ma dostępnych pracowników, którzy mogliby przetworzyć żądanie.

Błędy te są szczególnie problematyczne w:

• Aplikacje czasu rzeczywistego oczekujące odpowiedzi o niskim opóźnieniu
• Interfejsy API obsługujące usługi skierowane do klienta
• Systemy doświadczają gwałtownych wzrostów ruchu, na przykład podczas premier produktów lub wydarzeń promocyjnych

Przyczyna leży w sposobie skalowania aplikacji na platformie Azure w odpowiedzi na zapotrzebowanie. Domyślny plan zużycia dynamicznie przydziela pracowników, ale nie jest odporny na opóźnienia w uruchamianiu. Nawet Plan Premium, który skraca czas uruchamiania, jest podatny na nagłe i nieprzewidywalne skoki obciążenia.

Techniczna przyczyna źródłowa: interakcja skalowania i zimnego rozruchu

Jeśli aplikacja Azure Function jest bezczynna przez kilka minut, platforma zwalnia swoje zasoby robocze, aby zachować wydajność systemu. Następne wywołanie powoduje zimny start, podczas którego:

• Host funkcji musi załadować zawartość i konfigurację aplikacji
• Zależności, takie jak połączenia z bazą danych lub zestawy SDK, ładują się do pamięci
• Bezczynna aplikacja funkcyjna musi czekać na przydzielenie procesu roboczego zaplecza

Kiedy popyt pojawia się gwałtownie – powiedzmy, że kilka wywołań API ląduje jednocześnie – platforma musi szybko skalować się w górę i alokować pracowników. Jednak nie ma gwarantowanej szybkości przydzielania pracowników, zwłaszcza w planie zużycia. Jeśli udostępniona infrastruktura nie nadąża za zapotrzebowaniem, przychodzące żądania nie będą mogły zostać obsłużone, co spowoduje wygenerowanie błędu 503 HostServiceUnavailable.

Te błędy 503 nie są wyjątkami w kodzie użytkownika. Pochodzą z warstwy infrastruktury platformy Azure. Platformy monitorowania aplikacji, takie jak Application Insights, zazwyczaj rejestrują problem jako błąd żądania bez odpowiedniego wystąpienia wykonania.

Początkowe kroki łagodzące (i ich wady)

Organizacje dotknięte błędami zimnego startu tradycyjnie szukały kilku obejść:

1. Korzystanie z planu Premium lub Elastic Premium:Plany te oferują funkcje, takie jak wystąpienia Always Ready i integracja z siecią VNET, które zmniejszają opóźnienia przy zimnym uruchomieniu i zapewniają lepszą przewidywalność. Jednak nadal ponoszą koszty niezależnie od sposobu wykorzystania.
2. Wyzwalanie żądań rozgrzewki:wysyłanie pingów HTTP co kilka minut w celu sztucznego utrzymywania ciepła instancji. Chociaż działa to tymczasowo, jest uważane za antywzorzec i powoduje niepotrzebne obciążenie.
3. Refaktoryzacja do trwałych funkcji lub kolejek:Korzystanie z asynchronicznego przesyłania komunikatów lub koordynatorów zmniejsza bezpośrednią zależność od protokołu HTTP, ale wymaga zmian w architekturze i często zwiększa złożoność.

Takie strategie ograniczają występowanie błędów 503, ale nie eliminują ich całkowicie. Ponadto nieprzewidywalne wzorce ruchu w dalszym ciągu obciążają podstawowe możliwości skalowania infrastruktury.

Nowa strategia Microsoftu: skalowanie planu i wstępnie podgrzewane instancje

W 2023 roku firma Microsoft zaczęła wprowadzać ulepszenia inteligentnego skalowania i wstępnego rozgrzewania platformy Azure Functions. Celem było zwiększenie przewidywalności zachowania zimnego startu i ograniczenie błędów 503 w przypadku skoków obciążenia poprzez proaktywne przygotowanie zasobów obliczeniowych.

1. Inteligentne ulepszenia automatycznego skalowania

Firma Microsoft zaktualizowała swój algorytm skalowania, aby skuteczniej przewidywać wzorce obciążenia. Uwzględniając ruch historyczny i telemetrię w czasie rzeczywistym, system lepiej przewiduje, kiedy wstępnie przydzielić więcej instancji.

To uaktualnienie jest szczególnie istotne w zastosowaniach, w których impulsy następują po cyklu dziennym (np. poranny wzrost liczby logowań). Dzięki ulepszonemu uczeniu się na podstawie wcześniejszych wzorców platforma Azure może proaktywnie skalować przed nadejściem wzrostu, zamiast reagować po wystąpieniu błędów 503.

2. Wstępne łączenie instancji

Plany Premium i Elastic Premium obejmują teraz koncepcjęwstępnie rozgrzanych instancji. Zamiast reaktywnie skalować na żądanie, platforma Azure wstępnie udostępnia pulę bezczynnych, ale gotowych do obsługi wystąpień przeznaczonych dla aplikacji funkcji lub planu usług. Kiedy pojawia się obciążenie pracą, te wstępnie ogrzane instancje natychmiast absorbują skok.

Możesz skonfigurować liczbę zawsze gotowych wystąpień w planie Premium, korzystając z szablonów Azure Portal lub Infrastructure as Code (IaC). Wewnętrzne oceny firmy Microsoft wykazują znaczną poprawę w przypadku procesorów 503, gdy co najmniej jedna wstępnie rozgrzana instancja jest zawsze aktywna.

3. Szybsza aktywacja planu i ponowne wykorzystanie kontenera

W usłudze Azure Functions działającej na izolowanych kontenerach lub w planach hostingu systemu Linux zaobserwowano znaczny spadek opóźnień w wyniku wewnętrznego ulepszenia, które w stosownych przypadkach umożliwia ponowne wykorzystanie środowisk wykonawczych. Oznacza to mniej konieczności ładowania nowych kontenerów i szybszą dostępność hostów wykonawczych.

Wyniki w terenie: jak zespoły ustabilizowały aplikacje funkcyjne

Po tych zmianach kilku użytkowników korporacyjnych zgłosiło poprawę niezawodności, zwłaszcza w przypadku interfejsów API, które wcześniej były podatne na błędy 503 podczas nagłych żądań. Według inżynierów produktów firmy Microsoft duzi klienci dzierżawili stawki 503 z 4,5% do mniej niż 0,1% w ciągu kilku tygodni od skonfigurowania planu dostrojenia i włączenia wstępnie rozgrzanych instancji.

Wspólne strategie stabilizacji obejmują obecnie:

• Przełączanie krytycznych obciążeń na plany Premium lub Elastic Premium
• KonfigurowanieminimumInstanceCountw celu utrzymywania bezczynnych pracowników w trybie ciepłym
• Monitorowanie opóźnień zimnego startu za pośrednictwem Application Insights i wskaźników KPI Azure Monitor
• Łączenie reguł proaktywnego skalowania z alertami systemowymi dotyczącymi progów wydajności

Najlepsze praktyki pozwalające uniknąć błędów 503

Jeśli używasz Azure Functions w aplikacji wrażliwej na opóźnienia lub o dużej przepustowości, weź pod uwagę następujące wskazówki operacyjne:

• Udostępnij instancje zawsze gotowe:ustaw co najmniej jedną ciepłą instancję w planach Premium, używając minimumInstanceCount .
• Użyj aplikacji Application Gateway lub buforowania API Management:buforuj odpowiedzi na niespersonalizowane żądania, aby zminimalizować zależność zaplecza.
• Monitoruj zimny start i dostępność aplikacji:korzystaj ztestów dostępnościi śledź FunctionExecutionUnits i FunctionExecutionCount .
• Trasa przewidywalnego ruchu:planuj obciążenia związane z raportowaniem i analizą poza godzinami szczytu systemu podstawowego.
• Dostosuj reguły skalowania:w przypadku wyzwalaczy innych niż HTTP, takich jak Service Bus lub Event Hub, użyj logiki przetwarzania wsadowego i skalowania na poziomie aplikacji.

Wniosek

Problem polegający na tym, że usługa Azure Functions zwracała błędyHostServiceUnavailable 503w warunkach obciążenia przy zimnym uruchomieniu spowodowała znaczne trudności operacyjne w wielu usługach natywnych w chmurze. Chociaż żadne z tych obejść nie jest skutecznym rozwiązaniem, udoskonalenia firmy Microsoft — zwłaszcza w zakresie inteligentnego automatycznego skalowania i udostępniania instancji przed wprowadzeniem na rynek — eliminują podstawową lukę w infrastrukturze.

Obecnie zespoły migrujące z planowania funkcji reaktywnych do proaktywnych (np. wdrożenia Premium z minimalną liczbą instancji) korzystają z bardziej stabilnego środowiska obliczeniowego. Monitorowanie wskaźników w czasie rzeczywistym, planowanie oczekiwanego obciążenia i wykorzystywanie najnowszych ulepszeń skalowania platformy Azure to podstawowe strategie minimalizacji przyszłego ryzyka.

Infrastruktura bezserwerowa może spełnić obietnicę wysokiej skalowalności i minimalnej konserwacji, ale tylko pod warunkiem zrozumienia jej ograniczeń operacyjnych. Dzięki odpowiednim konfiguracjom Azure Functions może teraz zapewnić nie tylko elastyczność, ale także spójność na dużą skalę.