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微服务架构及相应云平台解析

2017-03-14刘为

科教导刊 2017年3期
关键词:微服务容器

刘为

摘 要 本文介绍了主要软件服务的设计架构,分析了新兴的微服务架构,并对其实现的先决条件——容器化技术进行了研究。文章还分析了两种微服务架构在云服务中的实现形式。

关键词 服务架构 微服务 容器 CaaS BaaS

中图分类号:TP309 文献标识码:A DOI:10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.01.013

1网络服务架构

现在社会的各行各业均无法离开网络服务系统,例如学校有学生管理系统、教务系统等;企业有人事系统、财务系统、客户关系管理系统等;手机上运行的各种APP以及游戏,都要与后台服务器相连接,接受后台系统的服务。

软件系统的服务主要是为软件的功能提供支持,以及为其它的服务提供接口。随着网络的普及,软件的服务与软件本身往往是分离的,服务由网络上的服务器提供(后台),而软件运行在本地或浏览器上(前端),后台服务是软件开发中最关键的部分。

1.1单体服务架构

上世纪90年代以前的软件服务多为单体架构,所有的功能采用集成化、过程化的开发,之后被编译为一个文件并放置于容器中运行,这种架构易于开发、部署和测试,但其主要问题包括:(1)代码集成在一起,几乎无法协同开发。(2)代码功能高度耦合,后期维护、功能扩展困难。后期系统业务变更或服务整合会导致整个系统需要重构,大幅提高IT实施的成本。(3)小修改就可能导致重构整个项目,迭代时间大幅提升。(4)稳定性差,由于系统高度集中在一起,任何一个小的问题可能导致整个系统瘫痪。

1.2 SOA架构

随着软件的模块化概念开始流行,一种被称为面向服务的架构(SOA,Service Oriented Architecture)在2000年后被软件企业广泛应用。SOA架构基于服务(即基于模块化的组件),服务提供接口,服务间可通过XML进行信息交换。SOA基本架构包含ESB(Enterprise Service Bus),Web服务、XML和SOAP。SOA的最大特征就是松耦合,结合分层次的开发理念,解决了协同开发、测试等问题,也更易于后期扩充功能。但SOA本身只是一个架构,并非实施标准,所以在生产环境中应用SOA存在一些问题:

(1)需要共享ESB,松耦合服务实际边界非常模糊,修改某一模块会导致需要修改其它模块,从而导致代码维护困难,系统迭代速度大幅降低。(2)系统后期扩充将导致系统臃肿、性能下降;某些功能扩充甚至需要部分重构ESB及其它服务。(3)系统开发长期被一种开发技术绑定,开发人员、技术、架构变更的灵活度大幅下降。

2微服务架构

微服务架构并非一个全新概念,它更像是SOA架构的一种实现。微服务架构依然是面向服务,但是其将松耦合做到了极致。该架构是去中性化的,其中没有ESB,每一个服务可以单独开发、测试、运行和部署,甚至能够有自己的数据库。服务间的通信与开发语言无关,一般采用基于HTTPs 的RESTful API(Representational State Transfer API)。微服务的出现顺应了敏捷开发的浪潮,先开发先上线,后开发再扩充,能对系統进行快速迭代。微服务架构有以下特点:

(1)服务小:每一个服务代码量少、复杂度低,仅专注某一项功能。(2)能够独立运行:每个服务可以运行在独立的进程中。(3)与语言无关的通信机制:例如XML、JOSN、REST API等。(4)松耦合:开发、部署和运行均处于独立状态,几乎无外部依赖。(5)去中心化:没有ESB,可完全分布式部署。(6)数据独立:微服务可以有自己的数据库,其它服务只能通过接口获得该服务的数据。

2.1 微服务架构的优势

根据微服务以上的特性,实施过程中有如下优势:

(1)依照服务来划分开发团队:每一个服务对应一个完整团队(包含后台、前端、数据库、中间件等),从开发、测试、上线及后期维护均由该团队负责,一个跨职能的团队能够完全掌控自己的微服务。

(2)服务的异构性:能够针对不同业务选择合适的开发方案、开发语言、框架及部署环境,无须像单体或是SOA架构一样,选择统一的技术方案。在传统架构中,初期技术方案一旦选定,很长时间内,整个系统就会在所选技术框架内进行开发,到了后期想要尝试新的技术,则有很大可能要重构系统,不但开发难度大,而且项目越大,失败风险越高。而微服务架构采用的是独立的扩展方式,不但无须重构原系统,还可以极小风险测试新的服务,一旦新服务达不到预期,则可直接终止,这也仅仅是停止使用一个服务而已,对整个系统影响极小。

(3)独立测试、部署及容错能力:可以对微服务进行单独的测试和部署,无须对整个系统进行测试、编译和从新部署,降低了系统运行风险。当一个微服务出现运行故障时,不会影响系统中其它的服务,避免了系统全面停摆。

(4)强扩展性和可控的系统复杂度:每个微服务通过定义良好的接口实现服务间边界,专注于某一种功能,从而能够根据系统需求,实现细粒度的自由扩展。同时,由于单个微服务复杂度低,即使出现多个服务堆叠的情况,也能够较容易掌控整个系统的复杂度。

2.2 微服务架构的不足

(1)部署较以往架构更加复杂:系统由众多微服务搭建,每个微服务需要单独部署,从而增加部署的复杂度,容器技术能够解决这一问题。

(2)性能问题:由于微服务注重独立性,互相通信时只能通过标准接口,可能产生延迟或调用出错。例如一个服务需要访问另一个服务的数据,只能通过服务间接口来进行数据传输,如果是频繁访问,则可能带来较大的延迟。

(3)数据一致性问题:作为分布式部署的微服务,在保持数据一致性方面需要比传统架构更加困难。

3微服务的云平台

由于云平台的广泛使用,很多网络服务的后台会部署在云端。基于PaaS(Platform as a Service)的云平台非常适合微服务后台的构建,容器技术则是云端微服务的基础。

3.1 容器技术

微服务系统采用类似于搭积木的构建方式,开发一个服务就可上线一个服务,这就意味着每次部署新的服务,不能影响其它已存在的系统。更重要的是,同一个系统的微服务可能采用了不同的开发技术、数据库等,与原来存在的服务所使用的技术完全不兼容,如果需要加入新的服务,还需要为其搭建不同运行环境。为了解决这些问题,容器技术成为了最好的选择。容器的广泛应用并非因为微服务架构,但其却成为了微服务架构实践的先决条件。

容器是Linux系统下用以实现在单一主机提供多个隔离的Linux系统环境的虚拟化技术。与虚拟机不同,容器无须运行虚拟操作系统,而是共享本地主机的操作系统来实现虚拟环境。容器技术最先在2013年由Docker公司应用于自家的PaaS云服务平台,并迅速被广大开发者所认可,越来越多的开发者开始将网络服务部署在容器中。对于容器技术而言,现在处在起步上升阶段,还面临着一些问题,例如容器系统的容错性:当宿主机出现故障,如何能让容器在其它机器上迅速运行起来;以及容器的扩容性:一个宿主机能够容纳的容器是有限,如何进行后期分布式扩容等,这一切集中在于系统需要一个好的容器编排工具管理容器。

3.2 CaaS

CaaS(Container as a Service)云服务是一种完全基于容器的PaaS系统。平台内有容器镜像池,包含了各种各样的镜像,镜像实际是封装好的包含各种软件所组成的运行环境。镜像可以由平台提供,也可以由个人发布共享,平台用户也可以自己创建镜像,并且不用担心平台无法运行镜像。

CaaS云服务特别适合微服务的部署,因为每一个微服务可以单独部署在一个容器中,整个系统由容器搭建而成,包含不同技术架构的容器之间严格隔离。当开发者部署某一服务时,只需选择(或自己搭建)镜像,并将服务部署在其中,即可让其在云台上运行。

3.3 BaaS

BaaS(Backend as a Service)是一種能够直接提供微服务的云平台,其实际是SaaS(Software as a Service)架构,一般服务对象是移动应用开发者。平台内提供了移动应用常见的后台服务,包含存储、即时通讯、数据统计和分析、消息推送、应用内搜索、用户反馈、第三方登陆、分享等移动应用中通用的功能。移动开发者在选用平台功能后,能够大幅降低开发难度和时间。BaaS平台实际也是基于微服务,因为其功能可以在后期不断扩充。

4结语

微服务是近3年出现的新技术,就现在的关注度而言,极有可能成为未来构建系统服务的主流架构;相应的,容器技术有可能取代虚拟机,成为服务器上最重要的虚拟化技术。

基金项目:1、武汉市教育局教学研究项目《基于移动设备的游戏设计课程体系研究》(编号2015090)

2、本研究获得武汉市属高校数字城市专业重点实训基地资助

参考文献

[1] 邓杰文,曹彩凤.微服务若干关键问题研究[J].五邑大学学报(自然科学版),2016.30(2).

[2] 郭栋,王伟,曾国荪.一种基于微服务架构的新型云件PaaS平台[J].信息网络安全,2015(11):15-20.

[3] 鞠春利,刘印锋.基于Docker的私有PaaS系统构建[J].轻工科技,2014(10):80-80.

[4] 刘思尧,李强,李斌.基于Docker技术的容器隔离性研究[J].软件,2015.36(4):110-113.

[5] 陈春霞.基于容器的微服务架构的浅析[J].信息系统工程,2016(3):95-96.

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