Değişmez Altyapı

Önceki iki ders altyapıyı yerinde değiştirdi: kuyruğun bölüm sayısı arttı, makine sayısı arttı, var olan kaynaklara dokunulmadı. Bir makinenin üzerindeki paket sürümü de aynı yolla ilerler — makine aynı makine kalır, üzerindeki yazılım değişir. Bu yerinde yamadır ve her uygulaması makinenin geçmişine bir katman ekler.

İkinci yol makineye hiç dokunmaz: yeni bir imaj hazırlanır, eski makine kapatılır, yerine imajdan yeni bir makine doğar. Değişmez altyapı budur — koşan bir kaynak değiştirilmez, yerine yenisi konur. Bu ders aynı güncellemeyi sekiz dönem boyunca iki yolla koşturur ve dört şey sayar: birbirinden ayrışan sunucu sayısı, güncelleme süresi, geri alma turu, ve yeniden oluşturmanın taşıyamadığı şey. Sonunda yeniden oluşturmanın hiçbir şey kazandırmadığı durum da aynı ölçüyle gösterilir.

Filo bölgesel ölçüm ağının toplayıcı makineleridir: sayaç okumalarını sahadan alıp kuyruğa yazan kurgu yazılım. Makineler gerçekten kurulmaz; filo, olaylar ve süreler node ile modellenir ve üreteç kendi yazılıdır.

AT13. Filo on iki makinedir ve sekiz dönem güncellenir. Bir makinenin parmak izi sürümü ile taşıdığı izlerden oluşur; iki makine aynı parmak izini taşıyorsa ayrışmamıştır. AT14. Olaylar bir kez üretilir (tohum 8140723, üreteç kendi yazılıdır) ve iki yolda aynı sırayla oynatılır; aradaki fark yoldan gelir, olaydan değil. AT15. Bir dönemde makine başına yamanın düşme olasılığı 0,10; bir acil düzeltme uygulanma olasılığı 0,10’dur. AT16. Yeniden oluşturma yolunda makine her dönem geçerli imajdan doğar. Dönem içinde uygulanan acil düzeltme çift dönemlerde imaja işlenir, tek dönemlerde kaybolur. AT17. Süreler: yerinde yama 40 saniye, yeniden oluşturma 360 saniye artı 90 saniye boşaltma; dalga dört makinedir. Düşen yama iki kez daha denenir, düşen sağlık kontrolü bir tur daha. AT18. Geri alma 3. ve 6. dönemde yapılır. Ters yama iz taşıyan makinede düşer ve her turda kalanın yarısı düzelir.

Filo ve Sekiz Dönem

// filo.mjs — on iki makinelik toplayici filosunun sekiz donemi. Model; uretec kendi yazilidir.
export const TOHUM = 8140723, MAKINE = 12, DONEM = 8;
const uretec = (t) => () => (t = (t * 1103515245 + 12345) % 2147483648) / 2147483648;

// Olaylar bir kez uretilir ve iki yolda ayni sirayla oynatilir; boylece fark yoldan gelir.
const r = uretec(TOHUM);
export const olay = [];
for (let d = 1; d <= DONEM; d++)
  for (let m = 0; m < MAKINE; m++)
    olay.push({ d, m, yamaDuser: r() < 0.10, acil: r() < 0.10 });
const donemin = (d) => olay.filter((o) => o.d === d);
const imza = (x) => `${x.surum}|${[...x.iz].sort().join(",")}`;
export const ayrisan = (s) => new Set(s.map(imza)).size;
const bosFilo = () => Array.from({ length: MAKINE }, () => ({ surum: "1.0.0", iz: new Set() }));

export const yolYerinde = () => {                        // yerinde yama: iz birikir, silinmez
  const s = bosFilo(), dizi = [];
  let dusen = 0, acil = 0;
  for (let d = 1; d <= DONEM; d++) {
    for (const o of donemin(d)) {
      if (o.yamaDuser) { s[o.m].iz.add(`yarim-yama-${o.d}`); dusen++; }
      else s[o.m].surum = `1.${d}.0`;
      if (o.acil) { s[o.m].iz.add(`acil-${d}`); acil++; }
    }
    dizi.push(ayrisan(s));
  }
  return { s, dizi, dusen, acil, kaybolan: 0 };
};

export const yolYeniden = () => {                        // yeniden olusturma: her donem imajdan
  const s = bosFilo(), dizi = [], imajIz = new Set();
  let dusen = 0, acil = 0, kaybolan = 0;
  for (let d = 1; d <= DONEM; d++) {
    for (let m = 0; m < MAKINE; m++) s[m] = { surum: `1.${d}.0`, iz: new Set(imajIz) };
    const islenecek = [];
    for (const o of donemin(d)) {
      if (o.yamaDuser) dusen++;                          // saglik kontrolu duser: bir tur daha
      if (o.acil) { acil++; s[o.m].iz.add(`acil-${d}`);  // donem icinde tek makineye uygulanir
        if (d % 2 === 0) islenecek.push(`acil-${d}`); else kaybolan++; }
    }
    dizi.push(ayrisan(s));
    for (const x of islenecek) imajIz.add(x);            // cift donemde duzeltme imaja islenir
  }
  return { s, dizi, dusen, acil, kaybolan };
};

Ölçüm

// olc.mjs — ayrisma, guncelleme suresi, geri alma turu ve yeniden olusturmanin tasiyamadigi.
import { TOHUM, MAKINE, DONEM, olay, ayrisan, yolYerinde, yolYeniden } from "./filo.mjs";

const A = yolYerinde(), B = yolYeniden();
console.log(`tohum ${TOHUM}   makine ${MAKINE}   donem ${DONEM}   olay ${olay.length}`);
console.log(`donem donem ayrisan sunucu (tekil parmak izi)`);
console.log(`  yerinde yama       ${A.dizi.join("  ")}   -> son ${ayrisan(A.s)}/${MAKINE}`);
console.log(`  yeniden olusturma  ${B.dizi.join("  ")}   -> son ${ayrisan(B.s)}/${MAKINE}`);
console.log(`  dusen yama/saglik ${A.dusen}   acil duzeltme ${A.acil}` +
  `   imaja islenmeyip kaybolan ${B.kaybolan}\n`);

// Sureler saniyedir; dalga 4 makinedir. Yerinde yama 40 sn, yeniden olusturma 360 sn + 90 sn bosaltma.
const DALGA = Math.ceil(MAKINE / 4), YAMA = 40, KUR = 360, BOSALT = 90;
const donemDusen = (d) => olay.filter((o) => o.d === d && o.yamaDuser).length;
let sA = 0, sB = 0;
for (let d = 1; d <= DONEM; d++) {
  sA += DALGA * YAMA + donemDusen(d) * 2 * YAMA;          // dusen yama iki kez daha denenir
  sB += DALGA * (BOSALT + KUR) + donemDusen(d) * KUR;     // dusen saglik kontrolu bir tur daha
}
console.log(`guncelleme suresi (${DONEM} donem toplami, saniye)`);
console.log(`  yerinde yama       ${sA}   donem ortalamasi ${(sA / DONEM).toFixed(0)}`);
console.log(`  yeniden olusturma  ${sB}   donem ortalamasi ${(sB / DONEM).toFixed(0)}` +
  `   oran ${(sB / sA).toFixed(1)} kat\n`);

// Geri alma: 3. ve 6. donemin guncellemesi geri alinir. Ters yama, iz tasiyan makinede duser.
const geriAl = (s) => {
  const izli = s.filter((x) => x.iz.size).length;
  let tur = 1, kalan = izli;
  while (kalan > 0 && tur < 3) { kalan = Math.floor(kalan / 2); tur++; }
  return { tur: kalan > 0 ? tur + 1 : tur, izli, elle: kalan };
};
const g = geriAl(A.s);
console.log(`geri alma (3. ve 6. donem, iki kez)`);
console.log(`  yerinde yama       tur ${g.tur} x 2 = ${g.tur * 2}   ters yamanin dustugu makine` +
  ` ${g.izli}   elle onarim kalan ${g.elle}`);
console.log(`  yeniden olusturma  tur 1 x 2 = 2   onceki imaj etiketi secilir, filo ayni` +
  ` ${DALGA * (BOSALT + KUR)} saniyede doner\n`);

// Yeniden olusturmanin tasiyamadigi: yerel durum, acik baglanti, sicak onbellek.
const TAMPON = 1800, ISLEM = 20, BAGLANTI = 40, ISINMA = 720, OKUMA = 15, KAT = 3.4;
console.log(`yeniden olusturmanin tasiyamadigi (donem basina, ${MAKINE} makine)`);
console.log(`  kuyruk tamponu     bosaltma yoksa dusen okuma ${MAKINE * TAMPON}` +
  `   bosaltma varsa ek sure ${DALGA * BOSALT} sn (tampon ${TAMPON / ISLEM} sn'de biter)`);
console.log(`  acik baglanti      kopan ${MAKINE * BAGLANTI}   yerinde yamada 0`);
console.log(`  sicak onbellek     isinma ${ISINMA} sn, veri deposu okumasi ${KAT} kat` +
  `   ek okuma ${MAKINE * ISINMA * OKUMA * (KAT - 1)}\n`);

// Yeniden olusturmanin kazandirmadigi durum: tek makineli, durum tasiyan veri deposu.
const VERI_GB = 400, HIZ_MBS = 180;
const tasima = Math.round(VERI_GB * 1024 / HIZ_MBS);
console.log(`durum tasiyan tek makine (olcum deposu, ${VERI_GB} GB yerel veri)`);
console.log(`  yerinde yama ${YAMA} sn   yeniden olusturma ${tasima} sn` +
  ` (${(tasima / 60).toFixed(1)} dk, veri kopyalama ${HIZ_MBS} MB/sn)`);
console.log(`  ayrisan sunucu 1/1 -> 1/1   kazanc 0   bedel ${(tasima / YAMA).toFixed(0)} kat sure`);

tohum 8140723   makine 12   donem 8   olay 96
donem donem ayrisan sunucu (tekil parmak izi)
  yerinde yama       3  6  6  6  7  7  8  10   -> son 10/12
  yeniden olusturma  2  2  1  1  1  2  2  2   -> son 2/12
  dusen yama/saglik 7   acil duzeltme 9   imaja islenmeyip kaybolan 3

guncelleme suresi (8 donem toplami, saniye)
  yerinde yama       1520   donem ortalamasi 190
  yeniden olusturma  13320   donem ortalamasi 1665   oran 8.8 kat

geri alma (3. ve 6. donem, iki kez)
  yerinde yama       tur 4 x 2 = 8   ters yamanin dustugu makine 10   elle onarim kalan 2
  yeniden olusturma  tur 1 x 2 = 2   onceki imaj etiketi secilir, filo ayni 1350 saniyede doner

yeniden olusturmanin tasiyamadigi (donem basina, 12 makine)
  kuyruk tamponu     bosaltma yoksa dusen okuma 21600   bosaltma varsa ek sure 270 sn (tampon 90 sn'de biter)
  acik baglanti      kopan 480   yerinde yamada 0
  sicak onbellek     isinma 720 sn, veri deposu okumasi 3.4 kat   ek okuma 311040

durum tasiyan tek makine (olcum deposu, 400 GB yerel veri)
  yerinde yama 40 sn   yeniden olusturma 2276 sn (37.9 dk, veri kopyalama 180 MB/sn)
  ayrisan sunucu 1/1 -> 1/1   kazanc 0   bedel 57 kat sure

Ayrışan Sunucu ve Geri Alma

Aynı doksan altı olay iki yolda oynatıldı ve sekiz dönem sonunda yerinde yama yolunda on iki makineden onu tekil hâle geldi: on farklı parmak izi, yani ortalama 1,2 makinelik gruplar. Dizi birikimi gösteriyor — üçten ona, hiç geri dönmeden. Yeniden oluşturma yolunda dizi bir ile iki arasında salınıyor ve hiç birikmiyor. Aradaki fark bir dikkat farkı değil: iki yolda da yedi yama düştü, dokuz acil düzeltme uygulandı. Yerinde yamada bunların izi makinede kalır; yeniden oluşturmada bir sonraki dönem makine sıfırdan doğduğu için iz silinir.

Silinmenin bir bedeli var ve o da sayılı: dokuz acil düzeltmenin üçü imaja geri işlenmedi ve kayboldu. Yeniden oluşturma, düzeltmenin imaja geri yazılmasını zorunlu kılar; yazılmazsa düzeltme bir sonraki dönemde yok olur ve giderdiği sorun geri gelir. Yerinde yamada böyle bir zorunluluk yoktur — düzeltme kalır. Ayrışmayı üreten şey tam olarak budur: kalıcılık.

Ayrışmanın maliyeti dizinin kendisinde görünmez; sonraki bir işlemde görünür. On tekil parmak izi demek, bir sonraki değişikliğin on ayrı başlangıç durumunda denenmesi demektir. Bir yamanın bir makinede çalışıp ötekinde çalışmaması artık bir olasılık değil, sekiz dönemin biriktirdiği sonuçtur. Yeniden oluşturma yolunda aynı değişiklik en çok iki başlangıç durumunda denenir ve ikisinden biri dönem içinde uygulanmış tek bir acil düzeltmedir — dönem kapandığında o da yok olur.

Süre tablosu ters yönde çalışıyor. Yeniden oluşturma sekiz dönemde 13.320 saniye, yerinde yama 1.520 saniye — 8,8 kat. Dönem başına 190 saniye ile 1.665 saniye arasındaki fark, bir bakım penceresinin boyutunu belirleyecek büyüklükte. Geri almada işaret değişiyor: yerinde yama iki geri almada toplam sekiz tur harcadı, çünkü ters yama iz taşıyan on makinede düştü ve iki makine sonunda elle onarıldı. Yeniden oluşturma iki turda bitti — önceki imaj etiketi seçilir, filo 1.350 saniyede o etikete döner. Geri almanın tur sayısı ile süresi burada birbirinden ayrılıyor: yeniden oluşturmanın turu tektir ve öngörülebilir, yerinde yamanınki ortamın biriktirdiği ize bağlıdır ve önceden bilinemez.

Yeniden Oluşturmanın Taşıyamadığı

Üçüncü tablo yeniden oluşturmanın bedelinin süreden ibaret olmadığını gösteriyor. Makine kapatıldığında üzerinde taşıdığı üç şey vardır ve hiçbiri imajın parçası değildir. Kuyruk tamponunda bekleyen okumalar: boşaltma yapılmazsa dönem başına 21.600 okuma düşer; boşaltma yapılırsa hiç düşmez ama her dalgaya doksan saniye eklenir. Açık bağlantılar: sahadan gelen dört yüz seksen uzun ömürlü bağlantı her dönemde kopar ve yeniden kurulur; yerinde yamada bu sayı sıfırdır. Sıcak önbellek: yeni doğan makinenin önbelleği boştur, on iki dakikalık ısınma boyunca veri deposu okuması 3,4 katına çıkar ve dönem başına 311.040 ek okuma doğar.

Üçünün de bir azaltma yolu var ve üçü de bedelini başka bir yere yazıyor. Boşaltma tamponu kurtarır ve süreyi uzatır. Bağlantıların kopması, sahadaki birimin yeniden bağlanmayı beklemesi ve okumayı yerelde tutmasıyla kayıpsız hâle gelir — ama bu, saha birimine bir tampon eklemek demektir. Önbelleğin ısınması, makinenin trafiğe alınmadan önce ısıtılmasıyla gizlenir; o da dalga başına ek süredir. Ölçü değişmiyor, yalnızca sütun değiştiriyor.

Bu üç kalemin ortak yanı, hiçbirinin kayıtta yazılı olmamasıdır. İmaj sürümü, paket listesi ve ayarlar kayda girer; tamponun doluluğu, bağlantı sayısı ve önbelleğin sıcaklığı girmez. Yeniden oluşturma kayıtta yazılı olanı bire bir yeniden üretir ve kayıtta yazılı olmayanı her seferinde sıfırlar. Ayrışmayı önleyen mekanizma ile yerel durumu yok eden mekanizma aynı mekanizmadır; biri ötekinden ayrılamaz.

Kazanç Sağlamadığı Durum

Son tablo yeniden oluşturmanın işe yaramadığı yeri gösteriyor. Ölçüm deposu tek makinedir ve üzerinde dört yüz gigabayt yerel veri taşır. Tek makine olduğu için ayrışacak bir şey yoktur: parmak izi sayısı yeniden oluşturmadan önce de sonra da birdir. Kazanç sıfırdır. Bedel ise kopyalama süresidir — 2.276 saniye, yerinde yamanın elli yedi katı — ve bu sürenin tamamı veri taşımaya gider, yazılım güncellemeye değil.

Aynı hesap ölçüm ağının öteki bileşenlerinde başka sonuç verir. Doğrulayıcı makineler durum taşımaz ve dört tanedir; orada yeniden oluşturma toplayıcılardakine yakın bir kazanç üretir. Kuyruk ile nesne deposu zaten sağlayıcının işlettiği kaynaklardır ve üzerlerinde yama uygulanacak bir işletim ortamı yoktur; bu iki bileşende sorunun kendisi sorulmaz. Karar, filoyu tek parça görmekten değil, rol rol ayırmaktan çıkıyor.

Buradan çıkan ölçüt tek cümledir: yeniden oluşturmanın kazancı, aynı rolü paylaşan makine sayısıyla ve o makinelerde biriken izle orantılıdır. On iki toplayıcıda kazanç ondan bire iner; tek bir durum taşıyan makinede kazanç yoktur. Değişmez altyapı bir ilke olarak değil, rol rol karar verilir ve kararın girdisi bu iki sayıdır.

Özet

• Aynı 96 olay iki yolda oynatıldığında yerinde yama 8 dönem sonunda 12 makinenin 10’unu tekil hâle getirdi (dizi 3’ten 10’a); yeniden oluşturmada dizi 1 ile 2 arasında kaldı.
• İki yolda da 7 yama düştü ve 9 acil düzeltme uygulandı; farkı üreten şey izin kalıcılığıydı.
• Yeniden oluşturma 9 acil düzeltmenin 3’ünü kaybetti; düzeltmenin imaja geri işlenmesi zorunluluk hâline geliyor.
• Güncelleme süresi yeniden oluşturmada 8,8 kat uzun (dönem başına 1.665’e karşı 190 saniye), ama geri alma 8 tur yerine 2 turda bitti ve turun sayısı önceden biliniyor.
• Yeniden oluşturmanın taşıyamadığı üç kalem dönem başına 21.600 düşen okuma, 480 kopan bağlantı ve 311.040 ek veri deposu okumasıdır; durum taşıyan tek makinede kazanç 0, bedel 57 kat süredir.

Sonraki Adım

Bu derste iki iş birbirine karıştı. İmajın hangi paketleri taşıdığı, makinenin üzerindeki ayarların ne olduğu bir iştir; makinenin kaç tane olduğu, hangi ağa bağlandığı, hangi diski taşıdığı başka bir iştir. Yerinde yama birincisine, yeniden oluşturma ikincisine dokunur — ve acil düzeltmenin kaybolması tam olarak bu iki işin sınırında oldu.

Sonraki ders bu sınırı çizer. Bir ortamın kalemleri iki katmana bölünür — kaynağı yaratan katman ve kaynağın içini ayarlayan katman — ve sınırın nereye çizildiği sayılır: kaç kalem her iki katmanda da tanımlı, kaç kalem hiçbirinde, sınır kaydığında kaç kalem iki kez uygulanıyor ve iki katman aynı kaleme yazdığında hangisi kazanıyor.