戴云鵬，喬運(yùn)華，周文坤，張宵銘

（1.北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所，北京 100120；2.北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所有限公司，北京 100120）

0 引言

RS10系統(tǒng)作為一個面向集團(tuán)型企業(yè)管理的大型信息系統(tǒng)，已經(jīng)經(jīng)歷了十幾年的發(fā)展。在十幾年間，RS10系統(tǒng)不斷發(fā)展和壯大，功能不斷增多、增強(qiáng)。尤其是近年來，MES系統(tǒng)的飛速發(fā)展，對底層架構(gòu)的沖擊非常大，原有的單體式架構(gòu)已經(jīng)無法滿足RS10系統(tǒng)對性能的需求。微服務(wù)架構(gòu)將大型的系統(tǒng)拆解成為分散的、可以單獨(dú)部署的服務(wù)，并且每個服務(wù)都可以有自己的數(shù)據(jù)庫，新擴(kuò)展一個功能，可以增加一個新的微服務(wù)。這樣的架構(gòu)特點，無疑滿足了RS10系統(tǒng)對底層架構(gòu)的性能需求，對擴(kuò)展業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能的需求。

1 單體式架構(gòu)

單體式架構(gòu)易于部署，在系統(tǒng)功能比較簡單時運(yùn)行的很好。但是歷經(jīng)十幾年時間的發(fā)展，為了滿足客戶日益多樣化的需求，RS10系統(tǒng)經(jīng)過一次又一次的擴(kuò)展，變得越來越龐大、復(fù)雜。單個開發(fā)者已經(jīng)越來越難以了解透徹整個系統(tǒng)，系統(tǒng)維護(hù)過程中需要接受的挑戰(zhàn)越來越多，往往一個錯誤的修改就會耗費(fèi)很長時間，而且由于系統(tǒng)耦合度高，一個舊有錯誤的修改往往會帶來很多新的錯誤，這給系統(tǒng)的維護(hù)帶來了很多不便，在原有系統(tǒng)上開發(fā)新功能也變得越來越困難，越來越復(fù)雜。同時新員工對系統(tǒng)的學(xué)習(xí)也變得越來越困難，往往為了解自己負(fù)責(zé)的部分而不得不了解整個系統(tǒng)，這對新員工快速進(jìn)入工作不利，降低了工作效率的同時變相增加了人工成本。

2 微服務(wù)架構(gòu)

微服務(wù)是一種面向服務(wù)的架構(gòu)風(fēng)格，應(yīng)用程序被構(gòu)建為多個不同的小型服務(wù)的集合而不是單個應(yīng)用程序[1]。相比于單體式架構(gòu)，微服務(wù)架構(gòu)的部署比較復(fù)雜，但是系統(tǒng)各模塊之間的耦合度很低。微服務(wù)架構(gòu)將整個系統(tǒng)以業(yè)務(wù)功能為基礎(chǔ)進(jìn)行劃分，將單個的系統(tǒng)服務(wù)拆解成不同的服務(wù)。微服務(wù)架構(gòu)具有以下特點：

2.1 開發(fā)高效

在傳統(tǒng)開發(fā)模式下，程序的多個功能會統(tǒng)一到一個項目里面，開發(fā)時必然會伴隨著代碼沖突，開發(fā)人員溝通困難等諸多問題，這個問題會隨著團(tuán)隊人數(shù)增多，軟件復(fù)雜度提高變得越來越突出[2]。但是在微服務(wù)架構(gòu)下，系統(tǒng)的不同功能被拆分成了單獨(dú)的服務(wù)，服務(wù)之間耦合度很小，每個服務(wù)作為一個項目組，每個項目組的人員只需要負(fù)責(zé)自己項目組的代碼即可，開發(fā)始終是簡潔高效的。同時在交付階段，傳統(tǒng)的項目組必須等到所有功能全部檢測完畢之后才可以交付，某一個地方的錯誤會拖累整個項目組的進(jìn)度。而微服務(wù)是獨(dú)立部署和運(yùn)行的，每項服務(wù)的檢測和交付都是獨(dú)立的，因此可以持續(xù)交付，這樣持續(xù)交付的方式提高了交付的速度。

2.2 維護(hù)簡便

每項微服務(wù)可以有自己的編碼方式，甚至是獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫，這樣就使得系統(tǒng)的維護(hù)和升級難度大大降低，開發(fā)和維護(hù)團(tuán)隊只需要了解自己負(fù)責(zé)的服務(wù)即可，不需要了解整個系統(tǒng)，每個服務(wù)都是單獨(dú)部署，單獨(dú)升級的。這樣使得系統(tǒng)的升級變得輕松，不需要像單體式架構(gòu)一樣升級需要考慮整個系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)升級的難度。

2.3 擴(kuò)展性強(qiáng)

系統(tǒng)在開發(fā)完成之后并不是一成不變的，為了滿足客戶的需求，增加新功能不可避免，在傳統(tǒng)模式下每增加一個新功能，都要考慮對其他功能的影響，但是在微服務(wù)模式下，可以將新功能開發(fā)成一個新的微服務(wù)，由于獨(dú)立開發(fā)和部署的原因，和其他功能的關(guān)聯(lián)很小，可以保證原有功能不會受到影響，這樣就很大的提升了系統(tǒng)的擴(kuò)展性。

圖1 單體架構(gòu)和微服務(wù)架構(gòu)[3]

3 RS10云平臺

RS10云平臺是系統(tǒng)底層技術(shù)架構(gòu)的核心，RS10系統(tǒng)的所有服務(wù)都運(yùn)行在云平臺上。云平臺采用了docker容器引擎和Kubernetes容器集群管理系統(tǒng)[4]。

3.1 docker容器引擎

docker是一個開源的容器引擎，docker容器本質(zhì)上是一個進(jìn)程，容器之間相互隔離，保證了容器的獨(dú)立運(yùn)行。這符合微服務(wù)架構(gòu)要求的服務(wù)獨(dú)立運(yùn)行和部署的理念。docker建立容器需要以鏡像為模板，因此docker需要一個鏡像倉庫來存儲和管理鏡像。出于安全因素的考慮，公共的鏡像倉庫不符合系統(tǒng)的需要，因此建立私有的harbor鏡像倉庫。這樣不但可以存儲和管理鏡像版本，還可以保證內(nèi)部開發(fā)環(huán)境的安全。鏡像在倉庫內(nèi)部按照項目的不同進(jìn)行分組，同一個項目的鏡像放在一起，管理十分方便。

3.2 Kubernetes容器集群管理系統(tǒng)

Kubernetes是google公司推出的開源容器集群管理系統(tǒng)，它支持多種語言，Java、Python等語言都可以使用，這是RS10云平臺采用Kubernetes的原因之一。Kubernetes集群的節(jié)點分為master節(jié)點和node節(jié)點，其中master節(jié)點主要負(fù)責(zé)調(diào)度集群的資源，無論是資源的建立、刪除還是停止，都需要通過master節(jié)點來控制，是重中之重。Master節(jié)點一旦出現(xiàn)故障，整個集群都會癱瘓，因此RS10云平臺要求最少有兩個master節(jié)點，確保集群不會因為一個節(jié)點的故障影響整個系統(tǒng)。node節(jié)點負(fù)責(zé)工作資源的運(yùn)行，部署的服務(wù)都會運(yùn)行在node節(jié)點上。Node節(jié)點的故障不會影響整個集群，無論是哪個節(jié)點停止工作，master節(jié)點都會將故障節(jié)點負(fù)責(zé)的工作轉(zhuǎn)移到其他節(jié)點。因此node節(jié)點的數(shù)量是不固定的，一般會根據(jù)集群運(yùn)行資源的需要進(jìn)行調(diào)整。

3.3 Kubernetes系統(tǒng)的應(yīng)用特性

Kubernetes不但可以通過命令控制資源，還可以通過可視化工具來管理系統(tǒng)資源。Kubernetes使用dashboard作為可視化工具，無論是節(jié)點，還是名稱空間、存儲類、控制器等資源，都可以通過dashboard進(jìn)行管理。dashboard將用戶分為管理用戶和普通用戶，管理用戶可以對資源進(jìn)行編輯、刪除等操作，普通用戶只能瀏覽頁面，查看集群情況，沒有修改的權(quán)限。另外Kubernetes不但可以擴(kuò)充節(jié)點，還可以實現(xiàn)pod資源的擴(kuò)容。傳統(tǒng)單體式應(yīng)用的集群如果資源緊張，需要擴(kuò)容，那么整個系統(tǒng)的所有功能都需要重新部署在一個新的節(jié)點上。但是大部分時候系統(tǒng)的資源緊張僅僅是其中某一個功能使用頻繁，并不是所有功能都使用頻繁，并且這樣的資源緊張在經(jīng)過一個高峰期后會迅速回落，盲目增加節(jié)點的方式造成了資源的浪費(fèi)。Kubernetes系統(tǒng)可以針對某個服務(wù)進(jìn)行擴(kuò)容，將資源緊張的微服務(wù)對應(yīng)的pod節(jié)點進(jìn)行擴(kuò)容，這樣只針對某個服務(wù)進(jìn)行擴(kuò)容的方式無疑比起增加一個節(jié)點來說不僅節(jié)省了大量的資源，而且節(jié)省了大量的時間。等到服務(wù)使用的高峰期過去，還可以恢復(fù)原來的pod節(jié)點數(shù)量，這樣的工作機(jī)制，對用戶來說無疑是高效而又簡便的。

圖2 Kubernetes集群節(jié)點關(guān)系簡單示意圖

圖3 用可視化工具進(jìn)行編輯、刪除操作

4 RS10系統(tǒng)服務(wù)劃分

RS10系統(tǒng)將服務(wù)分為三種，分別是基礎(chǔ)服務(wù)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)服務(wù)和第三方服務(wù)。

4.1 基礎(chǔ)服務(wù)

基礎(chǔ)服務(wù)包括安全認(rèn)證、搜索服務(wù)、存儲服務(wù)、資源管理服務(wù)、業(yè)務(wù)元數(shù)據(jù)服務(wù)、信息推送服務(wù)、日志、監(jiān)控等服務(wù)。這些服務(wù)是RS10系統(tǒng)運(yùn)行所必需的服務(wù)，例如日志服務(wù)統(tǒng)一記錄應(yīng)用程序產(chǎn)生的各種信息，包括服務(wù)的部署、運(yùn)行、停止過程中產(chǎn)生的信息和記錄。維護(hù)和部署人員統(tǒng)一通過調(diào)用服務(wù)，來查看系統(tǒng)是否報錯，并對報出的錯誤進(jìn)行處理；監(jiān)控服務(wù)可以監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件資源，硬件方面主要監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、CPU等資源是否充足，一旦硬件資源剩余量過低，就會通知維護(hù)人員，通過增加集群工作節(jié)點的方式對系統(tǒng)硬件資源進(jìn)行擴(kuò)充，或者關(guān)閉不必要的微服務(wù)，減少硬件資源的使用。軟件資源方面主要監(jiān)視pod、service等資源是否正常運(yùn)行，如果資源沒有正常運(yùn)行，就需要對沒有正常運(yùn)行的資源進(jìn)行維護(hù)，確認(rèn)資源沒有正常運(yùn)行的原因，并修改，記錄。通過軟硬件資源的監(jiān)視，可以很方便的看出RS10系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，出現(xiàn)錯誤可以及時改正，減輕了系統(tǒng)維護(hù)人員的負(fù)擔(dān)；安全認(rèn)證服務(wù)主要用于安全驗證。服務(wù)與服務(wù)之間，業(yè)務(wù)系統(tǒng)與服務(wù)之間的通信，都存在著網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)被竊取的風(fēng)險，所以需要通過安全認(rèn)證服務(wù)進(jìn)行安全驗證，通過驗證之后進(jìn)行安全有效的交互，屏蔽過濾掉惡意、不安全的請求，這樣增加了系統(tǒng)的安全性，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)不會被竊取。這些服務(wù)提供了對RS10系統(tǒng)業(yè)務(wù)的支撐。

4.2 業(yè)務(wù)系統(tǒng)服務(wù)

業(yè)務(wù)系統(tǒng)服務(wù)包括EIP門戶服務(wù)、公文服務(wù)、合同服務(wù)、財務(wù)流程服務(wù)、MES服務(wù)、工作流服務(wù)、移動端服務(wù)、郵件服務(wù)等。業(yè)務(wù)系統(tǒng)服務(wù)是對業(yè)務(wù)系統(tǒng)中存在的標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行抽取，抽取成標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)，例如EIP門戶服務(wù)是對EIP系統(tǒng)中公共部分抽取服務(wù)，包括一些標(biāo)準(zhǔn)化的流程和頁面動態(tài)布局提供支持；公文服務(wù)是對公文的流程，包括公文創(chuàng)建、發(fā)起、查看、撤銷等抽取出標(biāo)準(zhǔn)的流程服務(wù)，對公文系統(tǒng)進(jìn)行更好的服務(wù)支撐；工作流服務(wù)主要對工作流系統(tǒng)進(jìn)行支撐，可以進(jìn)行行政事務(wù)的審批和業(yè)務(wù)申請的審批。如請假申請，程序錯誤提交申請等；郵箱服務(wù)可以用于企業(yè)內(nèi)部的郵件的接收、發(fā)送；移動端服務(wù)可以讓企業(yè)人員在移動設(shè)備上進(jìn)行辦公，方便出差人員的使用，提高企業(yè)的辦公效率。

4.3 第三方服務(wù)

第三方服務(wù)是與第三方插件或工具集成的服務(wù)，包括報表和打印服務(wù)、ireport服務(wù)、語音服務(wù)、圖像識別服務(wù)、人工智能服務(wù)等?？蛻舻男枨笫嵌喾N多樣的，因此在系統(tǒng)中集成一些第三方服務(wù)變得不可避免。原來的單體式架構(gòu)集成需要考慮第三方插件與系統(tǒng)的沖突，導(dǎo)致系統(tǒng)對第三方插件選擇的余地很小，需要多次測試才能夠確定是否可以采用第三方插件。但是在微服務(wù)架構(gòu)下，系統(tǒng)的選擇范圍大了很多，可以更多的側(cè)重插件的性能。隨著人工智能和大數(shù)據(jù)的發(fā)展，圖像識別、人工智能等已經(jīng)逐漸應(yīng)用到了很多領(lǐng)域，對這些服務(wù)的集成，可以更好地適應(yīng)時代的發(fā)展，滿足客戶的需求。

5 結(jié)語

結(jié)合當(dāng)前用戶越來越多的需求和單體式RS10系統(tǒng)越來越復(fù)雜的現(xiàn)狀，基于微服務(wù)架構(gòu)的RS10系統(tǒng)的開發(fā)已經(jīng)成為了當(dāng)前迫切的需求。微服務(wù)架構(gòu)具有的低耦合特性符合RS10的發(fā)展需要。將龐大的RS10系統(tǒng)拆解成一個個的微服務(wù)，解決了RS10系統(tǒng)當(dāng)前系統(tǒng)復(fù)雜，學(xué)習(xí)入門難，升級難的問題，每個微服務(wù)的升級與其他微服務(wù)無關(guān)，這樣使得團(tuán)隊之間的分工明確，每個團(tuán)隊只需要維護(hù)自己所負(fù)責(zé)的服務(wù)即可，不用為了維護(hù)或者升級一個服務(wù)，必須將整個系統(tǒng)都了解一遍，極大地節(jié)約了人力資源。RS10系統(tǒng)從單體式架構(gòu)升級為微服務(wù)架構(gòu)，可以有效降低RS10系統(tǒng)的開發(fā)難度，提升RS10系統(tǒng)的開發(fā)效率。