◆房廣江 魚(yú)江海 李玥琨

基于容器云、微服務(wù)的綜合平臺(tái)應(yīng)用實(shí)踐

◆房廣江 魚(yú)江海 李玥琨

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所 江蘇 210046）

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，信息系統(tǒng)面臨功能擴(kuò)展靈活、使用場(chǎng)景多變等新挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的單體應(yīng)用存在功能耦合強(qiáng)、啟動(dòng)速度慢、彈性擴(kuò)展難等缺點(diǎn)，難以滿足需求；針對(duì)此問(wèn)題，采用微服務(wù)架構(gòu)將大型單體應(yīng)用拆分為可獨(dú)立部署的微服務(wù)組件；采用容器云對(duì)微服務(wù)進(jìn)行編排，實(shí)現(xiàn)微服務(wù)的彈性擴(kuò)容、柔性重組。實(shí)踐表明，基于容器云、微服務(wù)的綜合平臺(tái)能夠保障信息系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行、彈性擴(kuò)展、柔性重組，滿足信息系統(tǒng)的使用需求。

容器云；微服務(wù)框架；綜合平臺(tái)

1 引言

現(xiàn)有信息系統(tǒng)大都基于傳統(tǒng)單體應(yīng)用開(kāi)發(fā)的。這些系統(tǒng)一般是以業(yè)務(wù)邏輯層為中心的六邊形結(jié)構(gòu)模式，同時(shí)提供數(shù)據(jù)庫(kù)連接接口、管理消息的組件以及支持UI訪問(wèn)的Web模塊適配器等[1]。雖然均以模塊設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn)，但最終還是會(huì)被打包成單體式結(jié)構(gòu)，即使是某個(gè)組件中一個(gè)小的修改，都需要重新部署整個(gè)應(yīng)用。組件間缺乏嚴(yán)格的邊界定義，相互依賴、日積月累導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜度提升，整體質(zhì)量急劇下降。

微服務(wù)架構(gòu)模式可解決上述問(wèn)題，其思路不再是開(kāi)發(fā)一個(gè)大的單體式應(yīng)用，而是將其分解為小的互相連接的微服務(wù)應(yīng)用[2]。一個(gè)微服務(wù)完成一個(gè)特定功能，每個(gè)單體式應(yīng)用獨(dú)立部署、維護(hù)以及擴(kuò)展，每子系統(tǒng)均可在Web容器中獨(dú)立運(yùn)行，每個(gè)應(yīng)用都是低耦合的，從而系統(tǒng)具有強(qiáng)大的擴(kuò)展能力，并且各模塊之間可通過(guò)提供接口進(jìn)行相互調(diào)用，減少對(duì)其他模塊的影響。

微服務(wù)架構(gòu)雖然給信息系統(tǒng)帶來(lái)了諸多優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也讓構(gòu)建、部署和維護(hù)這些分布式的微服務(wù)系統(tǒng)帶來(lái)不少難題。近年來(lái)基于輕量級(jí)虛擬化技術(shù)、面向應(yīng)用虛擬化運(yùn)行環(huán)境的容器云為微服務(wù)提供了理想的載體，利用容器化技術(shù)簡(jiǎn)化微服務(wù)創(chuàng)建、集成、部署、運(yùn)維的整個(gè)流程，推動(dòng)微服務(wù)在云端的大規(guī)模實(shí)踐[3]。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在總體架構(gòu)上主要包括基礎(chǔ)設(shè)施、容器云、微服務(wù)框架、訪問(wèn)終端?？傮w架構(gòu)圖如圖1所示。硬件資源包含支撐系統(tǒng)運(yùn)行的計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲(chǔ)資源；容器云利用輕量化虛擬化技術(shù)將底層基礎(chǔ)設(shè)施抽象，簡(jiǎn)化應(yīng)用服務(wù)的開(kāi)發(fā)部署，為微服務(wù)應(yīng)用的管理、流水線開(kāi)發(fā)提供底層支撐；微服務(wù)框架依托容器云提供服務(wù)網(wǎng)關(guān)、服務(wù)注冊(cè)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)統(tǒng)一配置、服務(wù)監(jiān)控運(yùn)維、服務(wù)可靠集群功能，滿足服務(wù)高可用、故障快速恢復(fù)需要；訪問(wèn)終端提供移動(dòng)終端、客戶端、大屏等多種形式供用戶實(shí)現(xiàn)服務(wù)的訪問(wèn)與調(diào)用。

2.2 容器云

容器云節(jié)點(diǎn)根據(jù)節(jié)點(diǎn)類型分為主節(jié)點(diǎn)和工作節(jié)點(diǎn)。其中，主節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)整個(gè)容器云的控制和管理功能；工作節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)運(yùn)行實(shí)際部署的應(yīng)用。容器云節(jié)點(diǎn)功能組成及原理如圖2所示。

圖2 容器云節(jié)點(diǎn)功能組成及原理

主節(jié)點(diǎn)包含API服務(wù)、調(diào)度器、控制器、分布式存儲(chǔ)等組件。其中API服務(wù)是容器云平臺(tái)的對(duì)外接口，供其他組件、客戶端等調(diào)用；調(diào)度器負(fù)責(zé)調(diào)度應(yīng)用，為可部署應(yīng)用提供一個(gè)工作節(jié)點(diǎn)；控制器執(zhí)行集群級(jí)別的功能，如復(fù)制組件、持續(xù)跟蹤工作節(jié)點(diǎn)等；分布式存儲(chǔ)，用于持續(xù)化存儲(chǔ)集群配置。

工作節(jié)點(diǎn)包含資源管理、負(fù)載均衡、容器引擎等組件。容器引擎提供容器運(yùn)行環(huán)境；資源管理，負(fù)責(zé)與API服務(wù)通信，并管理所在節(jié)點(diǎn)上的容器；負(fù)載均衡提供容器云內(nèi)部服務(wù)網(wǎng)絡(luò)流量的負(fù)載均衡。

容器云通過(guò)硬件資源的抽象，屏蔽了應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員、運(yùn)維人員對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)注，提升了研發(fā)效率和資源利用率，有效支撐微服務(wù)框架。

2.3 微服務(wù)架構(gòu)

微服務(wù)框架包括服務(wù)接入網(wǎng)關(guān)、服務(wù)注冊(cè)中心、服務(wù)配置中心、服務(wù)監(jiān)控中心、服務(wù)集群。其工作原理如圖3所示。

服務(wù)接入網(wǎng)關(guān)，為客戶端訪問(wèn)提供統(tǒng)一入口，減少了客戶端與應(yīng)用程序之間的訪問(wèn)次數(shù)；服務(wù)注冊(cè)中心，為微服務(wù)提供服務(wù)發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、管理、共享、交換和整合能力，解決服務(wù)的統(tǒng)一發(fā)布和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；服務(wù)配置中心，為微服務(wù)應(yīng)用提供統(tǒng)一的配置管理，提升系統(tǒng)研發(fā)和運(yùn)維效率；服務(wù)監(jiān)控中心，為服務(wù)集群提供鏈路追蹤和監(jiān)控告警，便于實(shí)時(shí)掌握服務(wù)集群狀態(tài)；服務(wù)集群，提供微服務(wù)集群能力，支撐微服務(wù)應(yīng)用容災(zāi)抗毀、可靠運(yùn)行。

圖3 微服務(wù)架構(gòu)原理圖

3 系統(tǒng)運(yùn)行及部署

3.1 運(yùn)行環(huán)境

為了驗(yàn)證本文綜合平臺(tái)的實(shí)際運(yùn)行效果，使用3臺(tái)服務(wù)器測(cè)試環(huán)境，部署容器云、微服務(wù)框架，基于此部署20個(gè)應(yīng)用服務(wù)。三臺(tái)服務(wù)器配置見(jiàn)表1。其中容器云軟件部署時(shí)，1臺(tái)為主節(jié)點(diǎn)，3臺(tái)都為工作節(jié)點(diǎn)。作為對(duì)比，使用三臺(tái)同樣配置的硬件部署20個(gè)虛擬機(jī)和應(yīng)用服務(wù)。

表1 測(cè)試服務(wù)器及參數(shù)

設(shè)備操作系統(tǒng)CPU內(nèi)存存儲(chǔ) 浪潮NF5280M5銀河麒麟Xeon 4210*264G512G 浪潮NF5280M5銀河麒麟Xeon 4210*264G512G 浪潮NF5280M5銀河麒麟Xeon 4210*264G512G

3.2 定性分析

基于虛擬機(jī)的單體應(yīng)用與基于容器云的微服務(wù)定性分析結(jié)果見(jiàn)表2所示。相比基于虛擬機(jī)的單體應(yīng)用，基于容器云的微服務(wù)在啟動(dòng)速度、資源損耗、服務(wù)高可用和安裝部署等方面均有很大提升。

表2 基于虛擬機(jī)的單體應(yīng)用與基于容器云的微服務(wù)定性分析對(duì)比

對(duì)比角度單體應(yīng)用微服務(wù) 內(nèi)核模式自有內(nèi)核共享宿主機(jī)內(nèi)核 資源損耗約15%幾乎無(wú)損耗 虛擬機(jī)/鏡像啟動(dòng)速度分鐘級(jí)秒級(jí) 高可用策略容災(zāi)、遷移彈性、動(dòng)態(tài) 部署運(yùn)維成本一般低

3.3 定量分析

基于虛擬機(jī)的單體應(yīng)用與基于容器云的微服務(wù)定量分析結(jié)果見(jiàn)表3所示?；谌萜髟频奈⒎?wù)比基于虛擬機(jī)的單體應(yīng)用的啟動(dòng)時(shí)間更快、并發(fā)訪問(wèn)響應(yīng)更迅速、占用內(nèi)存和CPU資源更少。

表3 基于虛擬機(jī)的單體應(yīng)用與基于容器云的微服務(wù)定量分析對(duì)比

對(duì)比角度單體應(yīng)用微服務(wù) 平均啟動(dòng)時(shí)間72秒6秒 內(nèi)存平均占用率76%23% CPU平均使用率43%17% 100并發(fā)訪問(wèn)時(shí)平均相應(yīng)時(shí)間16毫秒0.6毫秒

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)信息系統(tǒng)面臨功能擴(kuò)展靈活、使用場(chǎng)景多變等新挑戰(zhàn)，采用微服務(wù)將大型單體應(yīng)用拆分為可獨(dú)立部署的微服務(wù)組件、采用容器云對(duì)微服務(wù)進(jìn)行編排，實(shí)現(xiàn)微服務(wù)的彈性擴(kuò)容、柔性重組。試驗(yàn)表明基于容器云、微服務(wù)的綜合平臺(tái)部署應(yīng)用時(shí)啟動(dòng)速度快、資源損耗少、服務(wù)可靠性高和安裝部署運(yùn)維成本低，在信息系統(tǒng)中可推廣使用。

[1]YOUSIF M. Microservices[J]. IEEE Cloud Computing， 2016，3（5）：4-5.

[2]賁婷婷，李榮寬，汪敏，等．基于輕量級(jí)容器技術(shù)的戰(zhàn)術(shù)微云框架[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)，2017，8（5）：87-92

[3]丁乙，李榮寬，汪敏，等.面向軍用微服務(wù)的服務(wù)網(wǎng)格架構(gòu)研究與設(shè)計(jì)[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)，2020，11（1）：18-23.