基于微服務架構的綜合運維系統設計

晉榮 王瑞 程洪閃

摘要：微服務架構是一種將單應用程序作為一套小型服務開發的方法，每種應用程序都在自己的進程中運行，并與輕量級機制進行通信。敘述了微服務架構的工作原理，描述了微服務架構的功能特點，并與傳統單塊軟件架構進行了對比；介紹了微服務架構的功能分層及各層的功能特點，結合微服務架構在綜合運維系統中的實際應用詳細闡述了微服務架構技術的應用情況。在綜合運維系統中采用微服務架構可以實現功能的快速迭代，應用的敏捷開發。

關鍵詞：微服務；綜合運維

中圖分類號：TP393文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2019）13-56-3

0引言

互聯網、云計算技術飛速發展，信息網絡規模不斷擴大，用戶對信息化系統服務的需求越發豐富。基于傳統的單體架構建設的運維平臺，面臨著維護成本高、完善升級靈活性差、服務功能不夠豐富等弊端。采用微服務技術架構打造新一代的綜合運維管理平臺，完成綜合運維單體架構向微服務架構的轉變，實現網絡管理向運維服務的升級，從而達到從管理者向服務者的角色轉變。

1微服務架構

微服務架構作為一種新型的架構模式，提倡將單一應用程序劃分成一組小顆粒的、相互獨立的、可采用分布式部署的服務，服務的開發、部署在各自獨立的進程中，服務之間互相協調、互相配合，為用戶提供最終價值，服務與服務間采用輕量級的通信機制互相溝通（RESTful API），服務可獨立擴展伸縮，每個服務定義了明確的邊界，不同的服務甚至可以用不同的編程語言來實現，由獨立的團隊來維護。微服務技術架構如圖1所示。

相對于傳統的單體架構應用，微服務架構具有如下特點：

①服務能夠獨立構建、獨立部署、按需獨立擴展，賦予系統靈活的組織方式和發布節奏，使得快速交付和柔性應用成為可能；

②松耦合、單一職責、基于限界上下文的一種SOA的落地實現，簡化了單體架構的業務復雜性，根據業務需求對大型項目進行拆分，方便項目并行研發；

③受業務驅動，不斷演進的架構，降低了系統維護和業務擴展的成本，方便后期需求和功能的不斷迭代升級，同時也降低了錯誤排查的難度；

④通過分解巨大單體式應用為多個服務方法解決了復雜性問題，每個微服務相對較小，方便根據不同的服務性能要求選擇匹配的技術；

⑤每個單體應用不局限于固定的技術棧，開發者可以自由選擇開發技術，提供API服務，實現技術的多元化選型；

⑥單一職責功能、服務的粒度小，每個服務針對單一的業務能力進行封裝都只關注于一個業務功能，從而更有可能對某些方面的服務做成精品；

⑦易于規模化開發，多個開發團隊可以并行開發，每個團隊負責一項服務；

⑧改善故障隔離，一個服務宕機不會影響其他服務。

微服務架構與傳統單塊軟件架構對比如圖2所示。

相對于單塊架構，微服務架構在系統升級、業務擴容、功能豐富等方面具有絕對的優勢，便于用戶進行后期長期建設的業務系統，具備外掛式接入管理能力。

2架構設計

在進行微服務架構設計時，將系統劃分為應用層、業務服務層、基礎服務層、微服務中間件層和監視層。其中，應用層和業務層是業務價值體現的關鍵。應用層“以用戶為中心”，專注于用戶體驗與業務功能；服務層通過將系統專業化分工，采用服務化方式，提供“去中心化”服務調用，并通過服務編排組合，可快速滿足多應用多前端的功能實現。微服務平臺主要包含基礎服務層、微服務中間件層和監控層等功能。

（1）基礎服務層

該層是服務重用和系統快速搭建的基礎。微服務劃分本質上是對業務功能進行解耦并獨立部署，而具有共性業務特征的功能進一步內聚和抽取，形成基礎服務中心，在系統內或系統間的多個微服務中共享使用。基礎服務中心包括認證中心、調度中心、日志中心等公共服務應用。

（2）微服務中間件層

微服務中間件層主要實現服務的統一管理，為服務間的互相協作運行提供技術保障，是架構實現的技術支撐。

①服務注冊中心：通過集中地注冊管理機制，統一管理服務名稱與服務調用地址之間的映射關系，實現服務的自動注冊和發現，幫助服務調用者獲取服務提供者的地址信息。

②服務網關：實現請求轉發、動態路由等功能，可以降低服務演進過程中地址變動和增長帶來的更新成本；也可以實現協議轉發，能提高基礎服務中心的協議擴展性。

③服務負載均衡：通過水平伸縮實現服務調用請求的負載均衡，有效分散單節點的計算負載，實現服務的彈性擴展。

④服務容錯：構建流量控制、故障隔離、斷路器等容錯與修復機制，避免某個服務不可用時，導致故障蔓延，并最終造成整個系統癱瘓的風險。

⑤分布式緩存：利用鍵值數據庫基于多臺PC服務器，為分布式環境下應用對象緩存、狀態緩存等場景提供統一的分布式緩存解決方案。

（3）監控層

監控層是系統穩定運行的保障，隨著系統服務數量逐步增多，服務之間的調用關系越來越復雜，這也對微服務架構下如何保障系統可靠運行提出了新挑戰。通過對應用、服務、資源、服務調用鏈路等進行監控，能夠實現微服務架構下請求可追溯、問題可預警、伸縮有依據。其主要功能包括應用概覽、應用詳情、環境參數、服務狀況、SQL監控監控、服務調用鏈分析等，同時也為開發運維一體化提供了重要支撐工具。

3系統開發實踐

綜合運維系統是一套建立在專業網管基礎之上的監控維護管理平臺，經過十多年的建設和應用，系統越來越笨重、越來越難以適應靈活多變的網絡結構和不斷增長的業務需求。因此，基于微服務架構，建設一套分布式綜合運維平臺，滿足敏捷部署、快速交付、靈活升級的應用是設計的主導思想。

綜合運維系統應用微服務技術架構，橫向拆分運維系統功能和業務，實現注冊中心、告警管理、測試管理、性能監測、事件通知和值勤管理等微服務，向通信指揮和網絡運維人員提供穩定、可靠的監控服務集群，綜合運維系統的微服務組成如圖3所示。

綜合運維系統按照功能和業務的維度劃分為多個微服務模塊，每個微服務單獨運行，單獨部署，各個微服務之間通過API調用實現互聯互通。

按照層次化設計思想，綜合運維系統分為接入層、業務層和呈現層3層進行了功能設計。

（1）接入層

系統接入層實現被管系統的接入和數據采集能力。實現與其他系統和設備的連接，并通過接口獲取狀態上報數據和采集數據。包括對光纖網、衛通網、IP網設備以及其他業務系統狀態數據的接入和數據采集。每一種不同的被管對象增加一個單獨的適配器服務，保證任何一個適配器微服務的正常或異常不影響其他適配器服務模塊。

（2）業務層

業務層由一組實現不同業務的微服務組成，通過協同處理業務將接入層獲取的數據進行處理，綜合分析和挖掘，存儲并按需進行數據融合處理。包括對資源、設備、運維、流量和測試等相關數據的處理，實現告警監測、通信資源管理、故障分析以及流程管理等功能。

（3）呈現層

呈現層主要面向用戶提供操作入口和全景監視視圖。

①在系統開發階段，一是基于開源軟件，快速構建了服務注冊中心、服務網關、服務負載均衡、服務容錯和分布式緩存等中間件，自主研發了服務監控平臺，為系統開發提供了運行基礎。

②抽取分布式調度服務作為基礎服務，采用任務“統一調度管理、分布式執行”模式，提供各應用的統一管理和應用件協作服務，并可為其他項目建設重用。

③基于Maven開源工具，定制了開發環境，包括開發工具、開發模板、構建倉庫等，實現了開箱即用、免系統環境配置、一鍵啟動及快速構建等特點。在開發過程中，通過微服務架構設計，提高了系統的靈活性和可擴展性，在業務需求漸清晰的情況下，實現功能快速迭代，應用敏捷開發。

4結束語

本文結合實際開發項目，針對綜合運維系統中存在的諸多難題和相應的解決策略進行分析。通過實驗證明了微服務架構的服務系統可以提高用戶體驗，降低開發成本，實現高可用性，具有可持續發展的潛力。本文的實踐案例為大型信息網絡資源管理及海量數據挖掘系統綜合運維管理平臺研發應用提供了參考，隨著互聯網思維和云平臺部署越來越趨勢化，微服務架構在應用系統的建設中將體現出越來越大的價值。

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