¿Escalabilidad vertical u horizontal? Este es el dilema al que muchos desarrolladores deben enfrentarse a la hora de manejar las cargas de trabajo crecientes de sus aplicaciones. Y aunque ambas opciones son soluciones válidas y ofrecen buenos resultados, lo hacen de maneras fundamentalmente diferentes, lo que puede tener un impacto directo en el rendimiento y costes.
En este artículo veremos qué es la escalabilidad vertical y horizontal, cuáles son las principales ventajas y desventajas de estas metodologías o cómo se traslada la teoría en la práctica en la nube. También veremos algunos ejemplos Además, proporcionaremos una pequeña guía para ayudar a los desarrolladores a decidir cuál estrategia es la más adecuada, entre otros puntos interesantes.
¿Qué es la escalabilidad?
La escalabilidad es la capacidad que tiene una aplicación o infraestructura IT para crecer o reducir elásticamente su capacidad y rendimiento en respuesta a la demanda. El objetivo: ofrecer siempre un funcionamiento óptimo. Se trata de una característica clave en el diseño de aplicaciones modernas basadas en la nube, tanto a nivel de diseño y calidad del servicio como a nivel de costes operativos.
La escalabilidad permite a las empresas adaptarse rápidamente a los cambios en la demanda, evitando tanto el sobreaprovisionamiento como la falta de recursos. Este concepto se puede comparar con la capacidad que tiene una autopista con varios carriles para absorber el tráfico sin colapsar, provocar accidentes, generar retrasos o impacientar a los conductores.
¿Qué es la escalabilidad vertical?
La escalabilidad vertical o vertical scaling hace referencia al aumento de recursos de un sistema con el objetivo de satisfacer la demanda. En términos más concretos, implica agregar más potencia a una única máquina, es decir, sustituir o agregar componentes de hardware que permitan aumentar la capacidad de procesamiento, la memoria de trabajo o el almacenamiento.
Se trata de una metodología que es relativamente sencilla de implementar, ya que no requiere cambios significativos en la arquitectura de la aplicación. Tan solo es necesario añadir nuevos módulos de memoria RAM, agregar un disco duro de mayor capacidad o reemplazar el procesador por uno más potente.
Si seguimos con el ejemplo anterior, si la autopista representa la infraestructura IT, la escalabilidad vertical sería como agregar más carriles a la autopista existente para manejar más tráfico. De esta forma, el tráfico puede fluir de manera más eficiente sin necesidad de crear nuevas rutas, no se producirán atascos y los conductores estarán más satisfechos.
Ventajas de la escalabilidad vertical
- Facilidad: es fácil de llevar a cabo, ya que no requiere cambios en la arquitectura de la aplicación.
- Rendimiento: permite un mayor rendimiento de una sola instancia del sistema.
- Administración: requiere menos esfuerzos de administración y coordinación en comparación con la escalabilidad horizontal.
- Rentabilidad: puede llegar ser más económico, aunque depende un poco de la solución empleada.
Desventajas de la escalabilidad vertical
- Límites: tiene un umbral físico, ya que no se puede aumentar indefinidamente los recursos de una sola máquina.
- Disponibilidad: si la máquina principal falla, toda la aplicación puede quedar inoperativa.
¿Qué es la escalabilidad horizontal?
Por otro lado, la escalabilidad horizontal u horizontal scaling hace referencia al aumento del número de máquinas o nodos en un sistema para distribuir la carga de trabajo. En lugar de trabajar y mejorar una sola máquina, esta metodología se centra en añadir más servidores que pueden trabajar en paralelo y compartir la carga entre ellos.
En lugar de seguir aumentando la RAM, CPU, GPU o capacidad de almacenamiento de un servidor, se añaden nuevos servidores al clúster existente. Cuando hablamos de la nube, esto se traduce en la capacidad de agregar o eliminar instancias o nodos según sea necesario para manejar la demanda fluctuante.
Al igual que en el ejemplo de la autopista, la escalabilidad horizontal sería como construir nuevas rutas y caminos alternativos a la autopista principal, permitiendo que el tráfico se distribuya más ampliamente y evitando así embotellamientos. El tráfico se reparte entre varias rutas, lo que reduce la carga en cualquier punto específico y mejora la satisfacción general.
Ventajas de la escalabilidad horizontal
- Flexibilidad: permite agregar o quitar recursos fácilmente según la demanda.
- Redundancia: mejora la disponibilidad y la tolerancia a fallos al distribuir la carga entre múltiples máquinas.
- Sin límites: prácticamente no tiene límites en cuanto a la cantidad de recursos que se pueden añadir.
- Balanceo de carga: permite distribuir la carga de manera eficiente entre múltiples servidores.
Desventajas de la escalabilidad horizontal
- Complejidad: requiere una arquitectura más compleja y una mayor coordinación.
- Diseño: la aplicación debe estar diseñada con la capacidad de distribuir recursos entre varios servidores.
- Inversión inicial: puede ser más caro inicialmente debido a la necesidad de múltiples máquinas y sistemas de gestión.
Aspecto | Escalabilidad Vertical | Escalabilidad Horizontal |
|---|---|---|
Definición | Aumentar recursos de una sola máquina | Aumentar el número de máquinas/nodos |
Facilidad | Fácil de llevar a cabo | Requiere arquitectura compleja |
Rendimiento | Mayor rendimiento de una sola instancia | Distribución de carga entre múltiples máquinas |
Administración | Menos esfuerzos de administración | Mayor coordinación necesaria |
Rentabilidad | Puede ser más económico | Coste inicial más alto |
Límites | Umbral físico | Prácticamente sin límites |
Disponibilidad | Falla de la máquina principal inhabilita la aplicación | Mejora la disponibilidad y la tolerancia a fallos |
Flexibilidad | Menos flexible frente a la demanda fluctuante | Alta flexibilidad para agregar/quitar recursos según la demanda |
Redundancia | Menor redundancia | Mayor redundancia |
Balanceo de carga | No aplicable | Permite balanceo de carga |
Diseño | No requiere cambios significativos en la arquitectura de la aplicación | La aplicación debe estar diseñada para distribuir recursos |
Caso de uso Kubernetes: ¿Escalabilidad horizontal o vertical?
Hasta ahora hemos hablado de la escalabilidad vertical y horizontal en términos generales, pero a continuación veremos cómo podemos aplicar estos conceptos cuando hablamos de escalabilidad en la nube.
Kubernetes se ha convertido en el estándar de facto para la orquestación de contenedores, facilitando la implementación y desarrollo de aplicaciones escalables. Los desarrolladores pueden emplear esta herramienta para ajustar automáticamente los recursos asignados a los contenedores según la demanda en tiempo real, permitiendo tanto la escalabilidad vertical como horizontal.
- Horizontal Pod Autoscaler (HPA): permite replicar o reducir automáticamente el número de pods en un despliegue basado en métricas como el uso de CPU o memoria. La carga se distribuye entre múltiples pods, proporcionando flexibilidad y redundancia.
- Vertical Pod Autoscaler (VPA): ajusta automáticamente los recursos asignados a un pod individual, aumentando o disminuyendo la cantidad de CPU y memoria según sea necesario. La aplicación se beneficia de un rendimiento mejorado sin necesidad de modificar la arquitectura subyacente.
Kubernetes permite configurar ambos tipos de escalabilidad de manera sencilla, brindando a los desarrolladores la flexibilidad para elegir la estrategia que mejor se adapte a sus necesidades específicas. La elección entre escalabilidad vertical vs. horizontal dependerá del tipo de aplicación y de los requisitos de rendimiento y disponibilidad. El diseño de la aplicación y los objetivos del proyecto serán factores determinantes para decidir el enfoque a adoptar.
La escalabilidad vertical suele ser una estrategia más adecuada en aplicaciones monolíticas que no han sido diseñadas para distribuir la carga entre múltiples nodos. También para apps en lo que los picos de cargas no son muy habituales, ya sea porque el tráfico es estable o el crecimiento es progresivo, o en aplicaciones donde la comunicación entre componentes debe ser extremadamente rápida y de baja latencia.
Por otro lado, la escalabilidad horizontal es preferible para aplicaciones distribuidas y microservicios que requieren alta disponibilidad y redundancia. Es ideal para SaaS, APIs o servicios que necesitan manejar grandes volúmenes de tráfico concurrente, escenarios donde la disponibilidad y la tolerancia a fallos son críticas o aplicaciones sin estado o con manejo de estado externalizado.
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