软件架构｜ 青训营笔记

huang97
118 阅读6分钟

这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的第3篇笔记

1,定义

  • 架构，又称软件架构：是有关软件整体结构与组件的抽象描述用于指导软件系统各个方面的设计。良好的架构对于一个软件的性能、稳定性、扩展性至关重要。
  • 单机架构：All in one，所有的东西都在一个进程里，部署在一个机器上。
    • 优点：简单；
    • 缺点：运维需要停服，用户体验较差承载能力有限。
  • 单体架构：在单机架构的基础上，将进程部署到多个机器上。
    • 优点：具备水平扩容能力，运维不需要停服
    • 缺点：后端进程职责太多，越来越臃肿；爆炸半径较大，进程中一个很小的模块出现问题，都可能导致整个进程崩溃。
  • 垂直应用架构，在单机架构基础上，将进程按照某种依据切分开，然后再按照单体模式的思路，部署在多个机器上。
    • 优点：一定程度上减少了后端进程职责；一定程度上缩小爆炸半径
    • 缺点：没有根本解决单体架构的问题
  • 面向服务架构：服务为一等公民，将进程按照不同的功能单元进行抽象，拆分为『服务』。有了服务之后，SOA 还为服务之间的通信定义了标准，保证各个服务之间通讯体验的一致性。
    • 优点：各服务的职责更清晰；运维粒度减小到服务，爆炸半径可控
    • 缺点：ESB (企业服务总线) 往往需要一整套解决方案
  • 微服务：在 SOA 架构中，ESB 起到了至关重要的作用。但从架构拓扑来看，它更像是一个集中式的模块。有一个SOA 分布式演进的分支，最终的形态便是微服务。
    • 优点：兼具 SOA 解决的问题；服务间的通信更敏捷、灵活
    • 缺点：运维成本

2, 企业级架构分析

2.1 云计算
  • 云计算基础：
    • 虚拟化技术：硬件层面（VM 虚拟机）- KVM/Xen/VMware；操作系统层面（Container 容器）- LCX/Docker/Kata Container；网络层面 - Linux Bridge/Open v Switch
    • 编排方案：VM - OpenStack/VMWare Worksta；Container - Kubernetes/Docker Swarm；
    • 云计算架构：云服务：IaaS - 云基础设施，对底层硬件资源池的抽象；PaaS - 基于资源池抽象，对上层提供的弹性资源平台；SaaS - 基于弹性资源平台构建的云服务；FaaS - 更轻量级的函数服务。好比 LeetCode 等 OJ，刷题时只需要实现函数，不需要关注输入输出流
    • 云部署模式（拓展）：私有云 - 企业自用；公有云 - AWS/Azure/Google Cloud/Huawei；混合云
2.2，云原生
  • 云原生，实际是云原生（计算）的简称，它是云计算发展到现在的一种形态。云原生技术为组织（公司）在公有云、自由云、混合云等新型的动态环境中，构建和运行可弹性拓展的应用提供了可能。 它的代表技术：弹性资源；微服务架构；DevOps；服务网格。 image.png
2.2.1，弹性资源

  • 基于虚拟化技术，提供的可以快速扩缩容的能力。可以分为弹性计算资源和弹性存储资源两个方面。在云原生的大背景下，不论是计算资源还是存储资源，他们都像是服务一样供用户使用

  • 弹性计算资源：

    • 计算资源调度：在线计算 - 互联网后端服务；离线计算 - 大数据分析。Map-Reduce/Spark/Flinnk
    • 消息队列：在线队列 - 削峰、解耦；离线队列 - 结合数据分析的一整套方案，如 ELK

  • 弹性存储资源：

    • 经典存储：对象存储 - 视频、图片等。结合 CDN 等技术，可以为应用提供丰富的多媒体能力；大数据存储 - 应用日志、用户数据等。结合数据挖掘、机器学习等技术，提高应用的体验

  • 关系型数据库

  • 元数据：服务发现

  • NoSQL：KV 存储 - Redis；文档存储 - Mongo

2.2.2，微服务架构

  • 微服务架构下，服务之间的通讯标准是基于协议而不是 ESB

    • HTTP - H1/H2；RPC - Apache Thrift/gRPC
    • 性能 - RPC 协议往往具备较好的压缩率，性能较高。如 Thrift, Protocol Buffers
    • 服务治理 - RPC 中间件往往集成了丰富的服务治理能力。如 熔断、降级、超时等
    • 可解释性 - HTTP 通信的协议往往首选 JSON，可解释性、可调试性更好

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2.2.3，服务网格
  • 微服务之间通讯的中间层，一个高性能的 4 层网络代理，将流量层面的逻辑与业务进程解耦没有什么是加一层代理解决不了的问题，服务网格相比较于 RPC/HTTP 框架：实现了异构系统治理体验的统一化；服务网格的数据平面代理与业务进程采取进程间通信的模式，使得流量相关的逻辑（包含治理）与业务进程解耦，生命周期也更容易管理。 image.png

3，后端架构挑战

  • 基础设施层面：云是弹性的，在用户的角度，云提供的资源是无限的。然而云背后的物理资源是有限的。闲事的资源如何提高资源利用率，提高物理资源的价值转换率

  • 用户层面：云原生微服务之间的通信开销较大，如何做成本优化；微服务抖动导致的运维成本较高；异构的物理环境应该对用户是透明的，如何屏蔽这些细节。

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3.1,离线资源并池

  • 考虑到在线业务的潮汐性，物理资源的用量不是一成不变的。离在线资源并池，可以：提高物理资源利用率；提供更多的弹性资源。

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3.2,亲合性部署
  • 微服务之间的通信成本较高，是否可以：形态上是微服务架构；通信上是单体架构
  • 亲合性部署，通过将微服务调用形态与资源调度系统结合，将一些调用关系紧密、通信量大的服务部署在同一个机器上，并且使用 IPC 代替 RPC 的方式，降低网络通信带来的开销。
3.3,负载均衡

  • 打平异构环境算力差异，为自动扩缩容提供正向输入。

  • 提供资源探针，动态均衡负载。 image.png

  • 微服务化；引入消息队列削峰、解耦；离在线链路切换；梳理强弱依赖。

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