基于微服務(wù)與容器的海南電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心云平臺應(yīng)用研討

吉承文，馬 超，張鐵鋼，朱 淼

（海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司信息通信分公司，海南 海口 570203）

0 引言

國家對信息化建設(shè)非常重視，電網(wǎng)企業(yè)初步建立了數(shù)據(jù)處理中心云計算平臺，提供基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺即服務(wù)（PaaS）、軟件即服務(wù)（SaaS）三種服務(wù)模型[1]。云計算平臺的充分開發(fā)和應(yīng)用，將云計算服務(wù)逐漸應(yīng)用到電網(wǎng)企業(yè)生產(chǎn)活動中，有著重要的意義。

隨著電網(wǎng)業(yè)務(wù)功能的快速拓展，對應(yīng)用架構(gòu)提出了高內(nèi)聚、低耦合的要求。微服務(wù)架構(gòu)與容器虛擬化技術(shù)日趨成熟，滿足了這一需求。采用微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計[2]，運用基于容器技術(shù)的容器即服務(wù)（CaaS）服務(wù)模型[3]，能快速構(gòu)建云平臺基礎(chǔ)設(shè)施和開發(fā)流程，實現(xiàn)自動化部署和發(fā)布，降低系統(tǒng)運維難度，有利于電網(wǎng)平臺的集成和擴展。

1 微服務(wù)技術(shù)

微服務(wù)是一項在云中部署應(yīng)用和服務(wù)的架構(gòu)技術(shù)。微服務(wù)架構(gòu)技術(shù)根據(jù)業(yè)務(wù)上下文，選擇合適的語言、工具進行構(gòu)建[2]。微服務(wù)運行在各自隔離的環(huán)境中，是將業(yè)務(wù)功能進行細粒度劃分的結(jié)果。微服務(wù)之間的交流采用輕量級通信機制進行。

微服務(wù)架構(gòu)有別于傳統(tǒng)的單體式方案，也區(qū)別于傳統(tǒng)的SOA架構(gòu)。微服務(wù)架構(gòu)可將應(yīng)用拆分成多個核心功能，每個功能都被稱為一項服務(wù)。每一個微服務(wù)的構(gòu)建和部署運行是在各自獨立環(huán)境中的，這意味著各項微服務(wù)在工作和出現(xiàn)故障時，被隔離在自身的環(huán)境中，錯誤崩潰不會影響其他微服務(wù)業(yè)務(wù)，最大程度地保證了系統(tǒng)穩(wěn)定與可靠。

2 容器技術(shù)

2.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化（Virtualization）是云計算技術(shù)的基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)層，其將各種資源如內(nèi)存、存儲、服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)等予以抽象、轉(zhuǎn)換后呈現(xiàn)出來，提供資源的整合和數(shù)據(jù)資源按需分配，使得資源充分利用。

虛擬化技術(shù)能夠在一臺高性能服務(wù)器上構(gòu)建出多個虛擬操作系統(tǒng)，最大化地利用硬件平臺所有資源。虛擬化是對用戶交付資源的一種呈現(xiàn)方式，交付給用戶的資源不再是物理實體，而是滿足用戶資源配置需求的邏輯資源[3]。

2.2 容器技術(shù)

容器技術(shù)是虛擬化的服務(wù)器資源共享方式，可以按需構(gòu)建操作系統(tǒng)應(yīng)用實例。Docker是容器技術(shù)的典型應(yīng)用，圍繞Docker開發(fā)的眾多項目，如容器操作系統(tǒng)、開發(fā)平臺、開發(fā)工具、大數(shù)據(jù)、系統(tǒng)監(jiān)測等[5，6]，主要使用Docker應(yīng)用程序接口來進行容器管理。

2.3 容器與虛擬機對比

容器技術(shù)相較于虛擬機技術(shù)，優(yōu)勢十分明顯。虛擬機將完整操作系統(tǒng)內(nèi)核進行了虛擬化。Docker容器是更加輕量級的解決方案，未使用虛擬機操作系統(tǒng)來實現(xiàn)資源和環(huán)境的隔離。容器技術(shù)與虛擬機技術(shù)的優(yōu)勢主要在于[5，6]：

（1）容器技術(shù)的抽象層更為簡單。Docker沒像虛擬機那樣將硬件資源虛擬化，容器內(nèi)運行的服務(wù)都是直接使用物理機底層資源，在利用CPU和內(nèi)存方面占據(jù)顯著優(yōu)勢。

（2）容器技術(shù)的輕量級、高性能、便捷性。Docker直接利用宿主操作系統(tǒng)的內(nèi)核，而不需要創(chuàng)建虛擬機操作系統(tǒng)，能夠節(jié)省大量的時間和資源消耗。利用Docker技術(shù)很容易創(chuàng)建成百上千的容器。

2.4 Docker容器化管理架構(gòu)

Docker容器化管理架構(gòu)如圖1所示。最上層電網(wǎng)業(yè)務(wù)連接著Docker客戶端。運行在后臺的是Docker守護進程，通過Docker服務(wù)器模塊接收Docker客戶端的請求，在Docker引擎中處理請求，根據(jù)處理情況創(chuàng)建特定的作業(yè)并運行。Docker底層保證了PaaS層各Docker實例進程間的安全性與隔離性，Docker實例都在獨立空間內(nèi)運行。

在服務(wù)器上安裝Docker引擎，通過Docker將常用的應(yīng)用制作成鏡像，直接將業(yè)務(wù)參數(shù)配置完成，在發(fā)布和部署過程中大大提高效率。

圖1 Docker容器化管理架構(gòu)

3 海南電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心云平臺的微服務(wù)框架

海南電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心云平臺的微服務(wù)框架是面向企業(yè)級集資源管理、微服務(wù)開發(fā)、服務(wù)治理和服務(wù)運維為一體的平臺，幫助業(yè)務(wù)開發(fā)和運維人員快速構(gòu)建和發(fā)布微服務(wù)應(yīng)用，提供多樣化的運維工具，保障服務(wù)的上線質(zhì)量。

微服務(wù)框架為企業(yè)構(gòu)建微服務(wù)應(yīng)用提供全生命周期管理，調(diào)用鏈跟蹤，數(shù)字化運營，資源管理等能力，同時兼容主流開源框架，低成本輕松接入。

微服務(wù)框架提供兼容SpringCloud的微服務(wù)開放框架，滿足服務(wù)注冊、服務(wù)調(diào)用、動態(tài)配置、服務(wù)鑒權(quán)、參數(shù)傳遞等功能。SpringCloud微服務(wù)框架原生應(yīng)用可無縫遷移到微服務(wù)框架平臺，同時兼容Dubbo等主流開源框架，通過簡單的Jar包替換，即可使用微服務(wù)框架服務(wù)，使用“零”門檻。

微服務(wù)框架提供從創(chuàng)建應(yīng)用到運行應(yīng)用的全程管理，功能包括創(chuàng)建、刪除、部署、回滾、擴容、下線、啟動和停止應(yīng)用。微服務(wù)框架提供應(yīng)用分組來實現(xiàn)應(yīng)用的版本控制和灰度發(fā)布功能。

微服務(wù)框架提供構(gòu)建微服務(wù)所需的計算，網(wǎng)絡(luò)，命名空間等資源的管理。微服務(wù)框架支持云主機和容器部署應(yīng)用，提供云主機和容器的創(chuàng)建、配置、銷毀等全生命周期管理。通過設(shè)定命名空間，可以將不同的命名空間的部署組內(nèi)的應(yīng)用進行隔離，例如可以將開發(fā)環(huán)境、聯(lián)調(diào)環(huán)境、測試環(huán)境的服務(wù)分別放到不同的命名空間中，實現(xiàn)三個環(huán)境相互隔離，互不影響。

微服務(wù)框架提供全面的監(jiān)控和分布式調(diào)用鏈分析工具，幫助用戶把握應(yīng)用上線后的運行狀況。用戶可以根據(jù)時間范圍和服務(wù)名等條件來查詢一組調(diào)用鏈。調(diào)用鏈詳情顯示了請求經(jīng)過每個服務(wù)的層次關(guān)系和耗時情況等信息。

4 基于微服務(wù)與容器的應(yīng)用探討

電網(wǎng)系統(tǒng)業(yè)務(wù)規(guī)模大，業(yè)務(wù)用戶眾多，業(yè)務(wù)交互需求多樣化，采用微服務(wù)和容器框架不僅能讓多租戶共用一個應(yīng)用程序或運算環(huán)境，實現(xiàn)租戶間應(yīng)用程序環(huán)境的隔離和數(shù)據(jù)隔離，且增加多用戶使用云平臺的便捷性，完成電網(wǎng)數(shù)據(jù)的深度挖掘和價值利用。

本文研究將傳統(tǒng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)轉(zhuǎn)換成微服務(wù)架構(gòu)的系統(tǒng)，提出多租戶模型，結(jié)合負載均衡、容錯管理和服務(wù)監(jiān)控技術(shù)，用微服務(wù)技術(shù)將系統(tǒng)應(yīng)用解耦，用容器技術(shù)將系統(tǒng)功能獨立，充分提高系統(tǒng)可靠性。

4.1 基于微服務(wù)與容器的多租戶架構(gòu)

基于微服務(wù)架構(gòu)的分布式系統(tǒng)，其業(yè)務(wù)應(yīng)用需要更好的環(huán)境隔離，更細力度的計算資源隔離和調(diào)度能力，本文采用微服務(wù)與容器構(gòu)建多租戶服務(wù)平臺，如圖2所示。架構(gòu)上層提供主機、網(wǎng)絡(luò)及其他配套資源等基礎(chǔ)設(shè)施微服務(wù)。容器虛擬化資源服務(wù)是架構(gòu)底層，提供存儲、權(quán)限管理等綜合微服務(wù)。架構(gòu)的多租戶之間相互隔離，微服務(wù)相互獨立，數(shù)據(jù)開發(fā)和數(shù)據(jù)應(yīng)用自由。資源管理、數(shù)據(jù)服務(wù)、權(quán)限管理、監(jiān)控服務(wù)等由公共服務(wù)區(qū)的微服務(wù)提供。

圖2 基于微服務(wù)與容器的多租戶架構(gòu)

4.2 多租戶微服務(wù)平臺的綜合特性

平臺是多租戶數(shù)據(jù)服務(wù)監(jiān)控及管理體系，為擴大平臺的適用和靈活應(yīng)用，多租戶數(shù)據(jù)微服務(wù)平臺應(yīng)具備以下特性：

（1）按需使用：租戶對資源或服務(wù)可以自助配置并自動化使用。

（2）廣泛接入：平臺支持與兼容多種設(shè)備、協(xié)議、接口和安全技術(shù)，具備被廣泛訪問的能力。

（3）資源管理：實現(xiàn)多租戶資源池化和隔離。

（4）彈性擴展：自動、透明地擴展資源。

（5）用量統(tǒng)計：平臺要對租戶的實際使用或被授予資源能精確記錄。

（6）可恢復(fù)性：平臺服務(wù)要具備高可用和自愈設(shè)計，給租戶提供故障恢復(fù)能力。

5 結(jié)束語

微服務(wù)架構(gòu)和容器等技術(shù)逐漸發(fā)展成為較為領(lǐng)先的設(shè)計思想，本文探討了基于微服務(wù)與容器架構(gòu)在電力業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用。微服務(wù)架構(gòu)與容器虛擬化的服務(wù)組件提高了靈活性、可靠性。微服務(wù)架構(gòu)化的電力業(yè)務(wù)系統(tǒng)實踐，體現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)具有較好的交互性、可維護性和可擴展性。