Reliable Actors の状態管理

[アーティクル]
06/01/2023

Reliable Actors は、ロジックと状態の両方をカプセル化できるシングルスレッドオブジェクトです。アクターは Reliable Services 上で実行されるため、同じ永続化およびレプリケーションメカニズムを使用して、状態を確実に保持することができます。このため、エラー後やガベージコレクションに続く再アクティベーション時、リソース分散またはアップグレードのためにクラスター内のノード間を移動されたときでも、アクターは状態を失いません。

状態の永続性とレプリケーション

各アクターインスタンスは一意の ID にマッピングされるため、すべての Reliable Actors は、 ステートフル であると見なされます。つまり、同じアクター ID を繰り返し呼び出すと、同じアクターインスタンスにルーティングされます。一方ステートレスシステムでは、クライアント呼び出しが常に同じサーバーにルーティングされるとは限りません。このため、アクターサービスは常にステートフルなサービスです。

アクターをステートフルと見なすことができても、状態を確実に格納しているとは限りません。アクターは、データストレージの要件に基づいて、次のような状態の永続性とレプリケーションのレベルを選択できます。

永続化状態:状態はディスクに永続化され、3 つ以上のレプリカにレプリケートされます。永続化状態は、完全なクラスター停止があっても状態を永続化できる、最も持続性のある状態ストレージオプションです。
揮発状態:状態は 3 つ以上のレプリカにレプリケートされ、メモリだけに保持されます。揮発状態により、ノード障害時、アクター障害時、およびアップグレードとリソース分散中の回復力が得られます。ただし、状態はディスクに保持されません。従って、すべてのレプリカが同時に失われると状態も失われます。
非永続化状態:状態はレプリケートされず、ディスクにも書き込まれません。状態を確実に維持する必要がないアクターにのみ使用します。

永続性の各レベルは、単にサービスの状態プロバイダーとレプリケーション構成が異なるだけです。状態がディスクに書き込まれるかどうかは、状態プロバイダーによって決まります。これは、状態を格納する Reliable Service のコンポーネントです。またレプリケーションは、サービスがデプロイされるレプリカ数によって決まります。 Reliable Services と同様に、状態プロバイダーもレプリカ数も手動で簡単に設定できます。アクターフレームワークは、属性を提供します。これはアクターに使用された場合、既定の状態プロバイダーとレプリカ数の自動生成設定を自動的に選択して、上記の 3 つの永続性設定のいずれかを実現します。 StatePersistence 属性は、派生クラスによって継承されません。各 Actor 型は、独自の StatePersistence レベルを提供する必要があります。

永続化状態

[StatePersistence(StatePersistence.Persisted)]
class MyActor : Actor, IMyActor
{
}

@StatePersistenceAttribute(statePersistence = StatePersistence.Persisted)
class MyActorImpl  extends FabricActor implements MyActor
{
}

この設定は、ディスクにデータを格納する状態プロバイダーを使用し、自動的にサービスレプリカ数を 3 に設定します。

揮発状態

[StatePersistence(StatePersistence.Volatile)]
class MyActor : Actor, IMyActor
{
}

@StatePersistenceAttribute(statePersistence = StatePersistence.Volatile)
class MyActorImpl extends FabricActor implements MyActor
{
}

この設定は、メモリ内のみの状態プロバイダーを使用し、レプリカ数を 3 に設定します。

非永続化状態

[StatePersistence(StatePersistence.None)]
class MyActor : Actor, IMyActor
{
}

@StatePersistenceAttribute(statePersistence = StatePersistence.None)
class MyActorImpl extends FabricActor implements MyActor
{
}

この設定は、メモリ内のみの状態プロバイダーを使用し、レプリカ数を 1 に設定します。

既定値と生成される設定

StatePersistence属性を使用する場合、状態プロバイダーはアクターサービスが開始される際に、ランタイムで自動的に選択されます。ただし、レプリカ数は、コンパイル時に Visual Studio アクタービルドツールによって設定されます。ビルドツールは自動的にアクターサービスの既定のサービスを ApplicationManifest.xml 内に生成します。 最小レプリカセットサイズとターゲットレプリカセットサイズのために、パラメーターが作成されます。

これらのパラメーターは手動で変更できます。ただしStatePersistence属性が変更されるたびに、選択されたStatePersistence属性の既定のレプリカセットサイズ値にパラメーターは設定され、前の値はオーバーライドされます。つまり、StatePersistence属性の値を変更すると、ServiceManifest.xml に設定した値がビルド時のみにオーバーライドされます。

<ApplicationManifest xmlns:xsd="https://www.w3.org/2001/XMLSchema" xmlns:xsi="https://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" ApplicationTypeName="Application12Type" ApplicationTypeVersion="1.0.0" xmlns="http://schemas.microsoft.com/2011/01/fabric">
   <Parameters>
      <Parameter Name="MyActorService_PartitionCount" DefaultValue="10" />
      <Parameter Name="MyActorService_MinReplicaSetSize" DefaultValue="3" />
      <Parameter Name="MyActorService_TargetReplicaSetSize" DefaultValue="3" />
   </Parameters>
   <ServiceManifestImport>
      <ServiceManifestRef ServiceManifestName="MyActorPkg" ServiceManifestVersion="1.0.0" />
   </ServiceManifestImport>
   <DefaultServices>
      <Service Name="MyActorService" GeneratedIdRef="77d965dc-85fb-488c-bd06-c6c1fe29d593|Persisted">
         <StatefulService ServiceTypeName="MyActorServiceType" TargetReplicaSetSize="[MyActorService_TargetReplicaSetSize]" MinReplicaSetSize="[MyActorService_MinReplicaSetSize]">
            <UniformInt64Partition PartitionCount="[MyActorService_PartitionCount]" LowKey="-9223372036854775808" HighKey="9223372036854775807" />
         </StatefulService>
      </Service>
   </DefaultServices>
</ApplicationManifest>

状態マネージャー

各アクターインスタンスは、独自の状態マネージャーを持ちます。これは、辞書のようなデータ構造で、キーと値のペアを確実に保持します。状態マネージャーは、状態プロバイダーのラッパーです。永続化設定の使用に関係なくデータの格納に使用できます。データ保持中のローリングアップグレードを通じて、実行中のアクターサービスを揮発 (メモリ内のみ) 状態設定から永続化状態設定に変更できることは保証されません。ただし、実行中のサービスのレプリカ数を変更することはできます。

状態マネージャーキーは、文字列でなければなりません。値はジェネリックでカスタム型を含む任意のタイプです。状態マネージャーに格納される値は、データコントラクトシリアル化可能である必要があります。アクター状態の永続性設定によっては、これらの値がレプリケーション中にネットワーク経由で他のノードに送信されたり、ディスクに書き込まれたりする可能性があるためです。

状態マネージャーは、Reliable Dictionary に含まれているものと同様、状態管理のための一般的な辞書メソッドを公開します。

アクター状態の管理例については、「Reliable Actors 状態のアクセス、保存、および削除」を参照してください。

ベストプラクティス

アクター状態の管理について推奨されるプラクティスとトラブルシューティングのヒントを次に示します。

アクターの状態はできるだけ詳細に定める

これは、アプリケーションのパフォーマンスとリソース使用率を高めるうえで非常に重要です。アクターの "名前付き状態" に対する書き込み/更新があった場合は、その "名前付き状態" に対応する値全体がシリアル化され、ネットワーク経由でセカンダリレプリカに送信されます。セカンダリは、それをローカルディスクに書き込み、プライマリレプリカに返答します。プライマリは、セカンダリレプリカのクォーラムからの確認を受け取ると、状態をローカルディスクに書き込みます。たとえば、メンバーが 20 個、サイズが 1 MB のクラスの場合、サイズが 1 KB のクラスメンバーを 1 つ変更しただけでも、1 MB 全体のシリアル化とネットワーク、およびディスク書き込みのコストを支払うことになります。同様に、値がコレクション (リスト、配列、ディクショナリなど) の場合は、メンバーのいずれか 1 つを変更しただけでも、コレクション全体のコストを支払うことになります。アクタークラスの StateManager インターフェイスは、ディクショナリのようなものです。アクターの状態を表すデータ構造は、常にこのディクショナリの上にモデル化する必要があります。

アクターのライフサイクルを正しく管理する

アクターサービスの各パーティションでの状態のサイズ管理については、明確なポリシーを定めるようにしてください。アクターサービスでは、固定数のアクターを使用し、それらをできるだけ再利用するようにしてください。新しいアクターを継続的に作成する場合は、それらを使い終わった後に、それらを削除する必要があります。アクターフレームワークでは、存在する各アクターについてのメタデータが格納されます。アクターのすべての状態を削除しても、そのアクターに関するメタデータが削除されることはありません。アクターを削除 (「アクターとその状態を削除する」を参照) し、そのアクターに関するすべての情報をシステムから削除する必要があります。追加のチェックとして、アクターサービスを定期的に照会 (「アクターの列挙」を参照) し、アクターの数が想定の範囲内であることを確認するようにしてください。

アクターサービスのデータベースファイルのサイズが必要以上に大きくなっている場合は、前述のガイドラインに従っていることを確認してください。これらのガイドラインに従ってもデータベースファイルサイズの問題が解消されない場合は、サポートチケットを開いて製品チームに支援を要請してください。

次のステップ

Reliable Actors に格納される状態は、ディスクに書き込まれて、高可用性のためにレプリケートされる前に、シリアル化される必要があります。 Actor 型のシリアル化についてさらに学習してください。

次に、アクターの診断とパフォーマンスの監視についてさらに学習してください。