Horizontal Scaling là gì? Cách mở rộng theo chiều ngang

Khi lưu lượng truy cập và dữ liệu ngày càng tăng, việc mở rộng hệ thống trở thành yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu suất và tính ổn định cho ứng dụng. Trong đó, Horizontal Scaling là một trong những phương pháp mở rộng hạ tầng được sử dụng phổ biến trong các hệ thống hiện đại nhờ khả năng tăng khả năng xử lý bằng cách bổ sung thêm máy chủ. Vậy Horizontal Scaling là gì, hoạt động ra sao và khác gì so với Vertical Scaling?

Horizontal Scaling là gì?

Horizontal Scaling (mở rộng theo chiều ngang) là phương pháp mở rộng hệ thống bằng cách tăng hoặc giảm số lượng máy chủ hoặc phiên bản ứng dụng để đáp ứng sự thay đổi của khối lượng công việc. Phương pháp này giúp hệ thống xử lý nhiều truy cập và dữ liệu hơn bằng cách phân bổ tải trên nhiều máy chủ khác nhau, từ đó duy trì hiệu suất ổn định và tăng khả năng chịu tải.

Ví dụ về Horizontal Scaling trong thực tế

Để hiểu rõ hơn cách Horizontal Scaling hoạt động, hãy cùng xem xét ví dụ về một hệ thống ứng dụng web (chẳng hạn như một trang thương mại điện tử) khi đối mặt với lượng truy cập tăng đột biến.

Ban đầu, ứng dụng web này được triển khai trên một máy chủ đám mây duy nhất với cấu hình 8 vCPU và 32 GB RAM. Trong những ngày bình thường, hệ thống vận hành trơn tru. Tuy nhiên, vào các dịp sự kiện như Flash Sale hay Black Friday, lượng người dùng truy cập mua sắm tăng gấp 3 lần, khiến máy chủ này chạm ngưỡng 100% công suất xử lý (CPU) và ứng dụng bắt đầu có dấu hiệu giật lag, thậm chí từ chối kết nối.

Để giải quyết bài toán này bằng phương pháp Horizontal Scaling, hệ thống sẽ được mở rộng bằng cách bổ sung thêm hai máy chủ mới (chứa bản sao mã nguồn của ứng dụng) với cùng cấu hình 8 vCPU và 32 GB RAM.

Lúc này, hệ thống sẽ sử dụng thêm một Bộ cân bằng tải (Load Balancer) đặt ở phía trước. Load Balancer đóng vai trò như một "người điều phối giao thông", tiếp nhận toàn bộ yêu cầu từ người dùng và phân phối đều khối lượng công việc này sang cả 3 máy chủ.

Thay vì một máy chủ phải oằn mình gánh toàn bộ tải, giờ đây mỗi máy chủ chỉ phải xử lý khoảng 1/3 lượng truy cập. Nhờ đó, hệ thống không chỉ thoát khỏi tình trạng quá tải, duy trì tốc độ phản hồi nhanh chóng mà còn tăng tính dự phòng: nếu một trong ba máy chủ bất ngờ gặp sự cố, hai máy còn lại vẫn sẽ tiếp tục phục vụ người dùng mà không làm sập toàn bộ hệ thống.

Cách Horizontal Scaling hoạt động

Horizontal Scaling hoạt động dựa trên một bộ cân bằng tải đóng vai trò trung gian để phân phối đồng đều các yêu cầu từ người dùng đến một cụm máy chủ phía sau. Do mỗi máy chủ trong cụm đều được cài đặt một bản sao của phần mềm, chúng hoàn toàn có khả năng tiếp nhận và xử lý các yêu cầu này một cách độc lập. 

Song song đó, bộ cân bằng tải sẽ liên tục kiểm tra tình trạng hoạt động của hệ thống thông qua giao thức kiểm tra tín hiệu phản hồi hoặc trao đổi các thông điệp duy trì kết nối, nhằm đảm bảo chỉ điều hướng luồng truy cập đến các máy chủ đang vận hành bình thường.

Ưu điểm của Horizontal Scaling 

Horizontal Scaling mang lại nhiều lợi ích cho hệ thống, đặc biệt với các ứng dụng có lưu lượng truy cập lớn và cần khả năng mở rộng linh hoạt:

• Giảm nguy cơ gián đoạn dịch vụ: Phân bổ khối lượng công việc ra nhiều máy chủ; nếu một máy gặp sự cố, các máy còn lại vẫn tiếp tục xử lý dữ liệu và duy trì hoạt động.
• Tăng tính sẵn sàng và ổn định: Khả năng dự phòng giữa nhiều máy chủ giúp hệ thống hoạt động liên tục, hạn chế tối đa thời gian ngừng dịch vụ.
• Mở rộng linh hoạt theo thực tế: Dễ dàng bổ sung thêm máy chủ khi lưu lượng truy cập tăng mà không cần phải thay đổi toàn bộ hạ tầng hiện có.
• Thuận tiện bảo trì, nâng cấp: Có thể thực hiện cuốn chiếu trên từng máy chủ riêng lẻ, hạn chế ảnh hưởng đến hoạt động chung của toàn bộ hệ thống.

Nhược điểm của Horizontal Scaling 

Mở rộng theo chiều ngang đi kèm với một số nhược điểm và thách thức nhất định đòi hỏi doanh nghiệp phải cân nhắc kỹ lưỡng:

• Phức tạp trong triển khai và quản lý: Phải vận hành đồng thời nhiều máy chủ, đòi hỏi hệ thống phải thiết lập các cơ chế phân bổ tải, đồng bộ dữ liệu và duy trì kết nối ổn định.
• Tăng chi phí vận hành: Đòi hỏi doanh nghiệp phải đầu tư thêm ngân sách cho hạ tầng, công cụ giám sát và các tài nguyên đi kèm để duy trì nhiều máy hoạt động cùng lúc.

Phân biệt Horizontal Scaling và Vertical Scaling 

Horizontal Scaling và Vertical Scaling đều giúp hệ thống đáp ứng lượng dữ liệu và truy cập tăng cao, nhưng mỗi phương pháp sẽ mở rộng tài nguyên theo cách khác nhau.

Nhìn chung, Vertical Scaling phù hợp với các hệ thống nhỏ hoặc chưa cần mở rộng phức tạp, trong khi Horizontal Scaling thường được ưu tiên trong các hệ thống hiện đại cần khả năng mở rộng linh hoạt và hoạt động ổn định ở quy mô lớn.

Câu hỏi thường gặp về Horizontal Scaling 

Horizontal Scaling có phải là Scale Out không?

Có. Horizontal Scaling còn được gọi là Scale Out vì phương pháp này mở rộng hệ thống bằng cách bổ sung thêm nhiều máy chủ để chia sẻ khối lượng công việc.

Horizontal Scaling có cần Load Balancer không? 

Có, hệ thống thường cần sử dụng bộ cân bằng tải (Load Balancer) dùng để phân phối request hoặc traffic đến nhiều server phía sau, giúp tránh quá tải một node và hỗ trợ health check/failover.  

Horizontal Scaling khác gì Auto Scaling? 

Horizontal Scaling là phương pháp mở rộng hệ thống bằng cách bổ sung thêm nhiều máy chủ để chia sẻ tải xử lý. Trong khi đó, Auto Scaling là cơ chế tự động tăng hoặc giảm tài nguyên dựa trên nhu cầu thực tế của hệ thống.

Nói đơn giản, Horizontal Scaling là cách mở rộng hệ thống, còn Auto Scaling là cách tự động hóa quá trình mở rộng đó.

Horizontal Scaling là giải pháp mở rộng hệ thống theo chiều ngang giúp tăng khả năng xử lý, cải thiện tính ổn định và đáp ứng tốt nhu cầu tăng trưởng của ứng dụng hiện đại. Dù việc triển khai và quản lý có thể phức tạp hơn, đây vẫn là phương pháp được nhiều doanh nghiệp lựa chọn nhờ khả năng mở rộng linh hoạt và duy trì hiệu suất ổn định khi lưu lượng truy cập tăng cao.