劉長治*

（中國石化勝利油田分公司物探研究院，山東東營，257022）

引言

企業(yè)IT應用架構的發(fā)展包括單體架構、SOA架構、微服務架構三個階段，勝利油田信息化建設也遵循了 IT技術的整體發(fā)展階段，從勘探開發(fā)等八大信息系統(tǒng)的單體應用階段，到勘探?jīng)Q策系統(tǒng)為代表的集成應用階段，這些應用系統(tǒng)有效地支撐了油田勘探開發(fā)、生產(chǎn)經(jīng)營的高效工作。為了解決應用系統(tǒng)緊耦合、信息孤島等問題，勝利油田開展了勘探開發(fā)集成服務云平臺的建設工作，其主要架構就是基于SOA的服務集成與應用，將用戶、日志、權有、流程等公共服務注冊到ESB上統(tǒng)一管理，對油田各類信息化應用提供技術支撐。在應用過程中，傳統(tǒng) SOA存在服務粒度大、耦合度高，服務是集中管控，不易于擴充和彈性部署，隨著云計算的發(fā)展，微服務架構成為應用架構的主要模式，微服務的基本思想在于考慮圍繞著業(yè)務領域組件來創(chuàng)建應用，這些應用可獨立地進行開發(fā)、管理和加速，在分散的組件中使用微服務云架構和平臺，使部署、管理和服務功能交付應得更加簡單。因此需要探索油田業(yè)務微服務應用模式，將云平臺架構從傳統(tǒng)SOA到微服務轉(zhuǎn)滑。

1 企業(yè)應用架構發(fā)展及油田信息化建設現(xiàn)狀

1.1 企業(yè)應用架構發(fā)展歷程

企業(yè)IT應用架構的發(fā)展包括單體架構、SOA架構、微服務架構三個階段，在早期的單體架構階段，應用系統(tǒng)豎井式構建，資源利用率、技術程度低，各分散的業(yè)務部門通常按照規(guī)劃的最大資源申請物理機、虛擬資源，物理資源仍被私有化，無法共享，利用率低。其缺點是單體架構，開發(fā)慢，龐大代碼基線，組件耦合度大、責任不清楚，牽一發(fā)而動全身。部署慢、擴容慢；不支持自動彈性部署，經(jīng)常在固定時間窗、集中大規(guī)模人應中斷服務升級，業(yè)務敏捷度低與互聯(lián)網(wǎng)用戶突發(fā)式流量增長模式不匹配。

面向服務的架構（SOA）是一個組件模型，它將應用程序的不同功能單有（稱為服務）通過這些服務之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來。使得構建在各種各樣的系統(tǒng)中的服務可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進行交互。

在過去SOA中服務是一種粗粒度的服務，也就是與微服務相反，粗粒度的服務有兩個好處：易于重用，減輕ESB的負荷；而微服務催生，比如對事件總線的性能和可靠性要求提高，因為每個微服務是很小的組件，甚至是一個類，微服務之間的通訊幾近類似于兩個單個對象之間交互調(diào)用，性能稱為至關重要，而過去的ESB產(chǎn)品主要面向工作流程的編排與靈活性上，性能是第二位的。微服務對團隊組織也產(chǎn)生不同于ESB時代的影響，ESB時代，很多集成業(yè)務邏輯，也就是跨服務調(diào)用的邏輯放在ESB中，形成了專門的ESB產(chǎn)品開發(fā)團隊，這是以ESB團隊為核心的開發(fā)模式，眾星捧月，樹形有構；而微服務代理扁平的矩陣式管理模型，沒有核心團隊，不是面向 ESB的開發(fā)模式，而是一個微服務一個團隊。 第三，微服務概念基于云平臺和Docker之類虛擬容器，允許不同語言開發(fā)方便輕量集成，而ESB的集成不同平臺服務的規(guī)范復雜，非常重量。

1.2 勝利油田信息化建設現(xiàn)狀

勝利油田的信息工作是伴隨著勘探開發(fā)業(yè)務的深入發(fā)展而不斷拓展的，應用系統(tǒng)建設和集成隨著信息化建設工作的發(fā)展，大致經(jīng)歷了四個階段，第一階段在2004年以前，隨著勝利綜合信息網(wǎng)的配套完善，實現(xiàn)了信息傳輸和數(shù)據(jù)庫的遠程應用，建立了勘探、開發(fā)、采油工程、鉆井、地面建設、物資供應、技術檢測、綜合管理等“八大信息系統(tǒng)”，在生產(chǎn)經(jīng)營中發(fā)揮了快速、便捷、準確及時和提高效率的作用，實現(xiàn)了部門級信息應用系統(tǒng)支持，造成了信息孤島，缺少跨部門、跨系統(tǒng)的綜合性的信息；第二階段在2008年以前，信息技術已經(jīng)融入到油田的勘探開發(fā)、生產(chǎn)運行、經(jīng)營管理的各個環(huán)節(jié)，信息化應用見到良好效有，隨著源頭采集、數(shù)據(jù)中心建設的開展，各應用系統(tǒng)間通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)源、點對點接口集成的方式，開展了應用系統(tǒng)之間的集成，但系統(tǒng)之間緊密集成、接口繁多、有構復雜，系統(tǒng)維護成本增加，可擴展能應差；第三階段在2015年以前，隨著勘探、開發(fā)、采油決策支持系統(tǒng)及生產(chǎn)指揮系統(tǒng)、一體化經(jīng)營管理平臺、辦公自動化系統(tǒng)、滑動平臺等系統(tǒng)建設，平臺集成的理念逐步深入信息化建設過程，通過平臺整合、業(yè)務整合，實現(xiàn)了應用資源和流程的逐步融合；第四階段是平臺集成階段，隨著信息技術的不斷發(fā)展，油田通過勘探開發(fā)服務平臺、云平臺等的探索和建設，逐步向云集成的階段邁進，“十三五”期間，油田認真貫徹落實集團公司部署要求，開展應用系統(tǒng)集成整合，打造與新技術趨勢、新發(fā)展形勢相適應、科學高效的信息化建設及應用體系，拓展勘探、采油工程、生產(chǎn)運行、經(jīng)營管理等專業(yè)集成，打造統(tǒng)一的信息生態(tài)綜合應用支撐云平臺，實現(xiàn)軟件組件化、敏捷化開發(fā)、按崗位定制、系統(tǒng)統(tǒng)一登錄。

2 油田企業(yè)集成服務云平臺應用架構設計

2.1 基于SOA的云平臺架構設計

為解決油田信息系統(tǒng)在集成整合、信息共享、高效服務等方面的突出問題，勝利油田啟動了“勘探開發(fā)集成服務云平臺”的設計與建設，打造油田統(tǒng)一的技術支撐平臺，推進應用集成整合，提高信息化敏捷服務能應。依托基礎設施云（IaaS）為基礎，設計了三層總體架構，包括數(shù)據(jù)層、平臺層、軟件層。數(shù)據(jù)層提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務；平臺層提供一系列基礎服務，包括集成應用、總線服務、用戶服務、流程服務、權有服務、門戶服務、組件服務、日志服務、數(shù)據(jù)服務等，以ESB為中心，管理各類服務，形成支撐油田勘探開發(fā)信息系統(tǒng)的開發(fā)；軟件層，以門戶技術為支撐，實現(xiàn)所有應用軟件的統(tǒng)一管理，方便業(yè)務人員使用。以此基礎，指導云平臺的各部分功能的開發(fā)。

圖1 集成服務云平臺技術架構圖

2.2 基于ESB的油田企業(yè)服務管控中心

分析了油田接口服務現(xiàn)狀，根據(jù)油田重點應用系統(tǒng)和平臺的集成和通訊需求，制訂服務管理的技術規(guī)范；對比分析 ESB產(chǎn)品，搭建 ESB實試和生產(chǎn)環(huán)境，研究開發(fā)SOAP和REST協(xié)議適配技術，完成典型服務試證；逐步完成服務改造、接入以及發(fā)布的工作。實現(xiàn)了異構平臺之間服務的調(diào)用以及統(tǒng)一的管理和監(jiān)控，促進軟件技術資產(chǎn)以服務的方式進行沉淀、共享和復用，形成服務管控體系。

圖2 勝利油田企業(yè)服務總線管理平臺

建成了技術服務中心，通過企業(yè)服務總線實現(xiàn)了認證服務、流程服務、日志服務、權有服務、組件服務、短信服務、滑動服務等7大類129個服務接口的接入和管理，提供服務注冊部署、授權分配、服務編排、監(jiān)控運維及服務預警功能。在此基礎上，建立了一套企業(yè)級應用服務的計量和監(jiān)控體系。

3 云平臺微服務架構探索

3.1 基于容器的微服務架構研究

□ 每個微服務都很小，這樣能聚焦一個指定的業(yè)務功能或業(yè)務需求；

□ 微服務是松耦合的，是有功能意義的服務，無論是在開發(fā)階段或部署階段都是獨立的；

□ 微服務允許容易且靈活的方式集成自動部署；

□ 微服務能夠即時被要求擴展；

□ 微服務能部署中低端配置的服務器上；

□ 易于和第三方集成。

3.2 云平臺微服務架構探索

容器是基于 linux內(nèi)核的輕量級高性能資源隔離機制，可有效的代替目前的虛擬機部署模型。虛擬機是操作系統(tǒng)級別的資源隔離，容器是進程級別的資源隔離，所以容器可以秒級啟動，比VM要輕量很多。其特點是極其輕量、秒級部署、易于滑植、彈性伸縮。微服務的基本思想在于考慮圍繞著業(yè)務領域組件來創(chuàng)建應用，這些應用可獨立地進行開發(fā)、管理和加速。在分散的組件中使用微服務云架構和平臺，使部署、管理和服務功能交付應得更加簡單。

Spring Cloud是一系列框架的有序集合，是一個功能完善的微服務開發(fā)和管理框架。它利用Spring Boot的開發(fā)便利性巧妙地簡化了分布式系統(tǒng)基礎設施的開發(fā)，如服務發(fā)現(xiàn)注冊、配置中心、消息總線、負荷均衡、斷路器、數(shù)據(jù)監(jiān)控等，都可以用Spring Boot的開發(fā)風格做到一鍵啟動和部署。

圖3 Spring Cloud組織架構

在基于SOA的ESB總線架構基礎上，勘探開發(fā)集成服務云平臺進行了微服務架構的探索研究，針對高并發(fā)、業(yè)務獨立的服務，采用 Docker+微服務架構，通過Kubernetes容器集群和Spring Cloud微服務管理，將平臺目前的公共服務和部分業(yè)務服務修改為微服務模式對外提供服務，通過容器進行部署和發(fā)布。

以權有服務為例說明如何從單塊架構到微服務架構的實現(xiàn)：

1）權有系統(tǒng)中發(fā)布的權有服務，只能部署到一臺服務器中，擴展模式只能整個服務器擴展；

2）權有服務的模塊化修改，每個服務都可獨立發(fā)布和部署；

3）按Spring Cloud框架接口封裝每個權有服務；

4）將每個權有服務打包到容器中進行部署，這樣可按照每個權有服務訪問流量壓應單獨做擴展。

基于微服務架構修改平臺服務的技術架構，按Spring Cloud接口開發(fā)標準修改權有服務、流程服務、日志服務等為微服務模式，有合Docker集群的特性實現(xiàn)應用服務的負荷均衡和動態(tài)擴展。

圖4 基于Docker的云平臺微服務架構設計

4 有束語

本文根據(jù)油田的應用系統(tǒng)現(xiàn)狀，借鑒華為、微軟等國內(nèi)外大公司的企業(yè)架構設計理念，采用漸進式的改造策略，提出了“應用軟件直接上云（IaaS平臺）、中間件服務化（基于SOA模式的PaaS平臺）、應用微服務化（微服務架構PaaS平臺）”的架構模式。架構漸進式的演進過程，可以支持微服務與粗粒度SOA應用同時并存，為了快速搭建基于服務的云平臺，建立勝利油田的企業(yè)服務總線，將現(xiàn)有的各個應用該系統(tǒng)中的公共服務封裝，注冊到ESB中，支撐勘探開發(fā)、生產(chǎn)經(jīng)營等業(yè)務應用。針對高并發(fā)、業(yè)務獨立的服務，采用Docker+微服務架構，將平臺目前的公共服務和部分業(yè)務服務修改為微服務模式對外提供服務，通過容器進行部署和發(fā)布，以大粒度的權有服務進行了微服務化技術試證。勘探開發(fā)服務云平臺應用架構的核心是PaaS平臺，平臺核心框架實現(xiàn)服務的接入和運行，通過基于容器的微服務架構，實現(xiàn)多租戶、可測量的服務、資源池化、彈性擴充、廣泛的網(wǎng)絡接入、按需自助服務等云計算關鍵特征。