[架构初探 | 青训营笔记]

这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 7 天

一 本课重点内容

• 什么是架构
• 企业级后端架构剖析
• 企业级后端架构挑战
• 后端架构实战

二 详细知识点介绍

2.1 什么是架构

• 架构，又称软件架构
  • 是有关软件整体结构
  • 用于指导软件系统各个方面的设计
• 更通俗一些：实现一个软件有很多种方法，架构在方法选择上起着至关重要的指导作用
• 重要性

什么是架构-问题

什么是架构-单机

软件系统需要对外提供服务。单机，就是把所有的功能都实现在一个进程里，并部署在一台机器上。

优点：简单

问题：运维需要停服

什么是架构-单机、垂直应用|垂直切分

• 单体架构：分布式部署
• 垂直应用架构：按应用垂直切分的单体
  • 优点
    • 水平扩容
    • 运维不需要停服
  • 问题
    • 职责太多、开发效率不高
    • 爆炸半径大

什么是架构-SQA、微服务|水平切分

• SOA
  • 将应用的不同功能单元抽象为服务
  • 定义服务之间的通讯标准
• 问题
  • 数据一致性
  • 高可用
  • 治理
  • 解耦 VS 过微

2.2 企业级后端架构剖析

云计算

• 云计算：是指通过软件自动化管理，提供计算资源的服务网站，是现代互联网大规模熟悉分析和存储的基石
• 基础
  • 虚拟化技术 - 整租 VS 合租
  • 编排方案 - 业主 VS 租赁平台
• 架构
  • IaaS
  • PaaS
  • SaaS
  • FaaS

云原生

• 云原生技术为组织在公有云、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。
• 弹性计算资源类型
  • 服务资源调度
    • 微服务
    • 大服务
  • 计算资源调度
    • 在线
    • 离线
  • 消息队列
    • 在线
    • 离线
• 弹性存储资源类型
  • 经典
    • 对象
    • 大数据
  • 关系型数据库
  • 元数据
  • NoSQL

DevOps

DevOps 是云原生时代软件交付的利器，贯穿整个软件开发周期。

微服务架构

• 通信标准
  • HTTP
  • RPC
• 微服务中间件
  • 性能
  • 服务治理
  • 协议可解释性

服务网络

• 服务网络
  • 微服务通讯之间的中间层
  • 高性能网络代理
  • 业务代码与治理解耦
• 相比较于 RPC/HTTP 框架
  • 异构系统治理统一化
  • 与业务进程解耦，生命周期易管理

2.3 企业级后端架构的挑战

问题

• 基础设施层面
  • 物理资源是有限的
    • 机器
    • 带宽
  • 资源利用率受制于部署服务
• 用户层面
  • 网络通信开销较大
  • 网络抖动导致运维成本提高
  • 异构环境下，不同实例资源水位不均

离在线资源并池

• 核心收益
  • 降低物理资源成本
  • 提供更多的弹性资源，增加收入
  • 解决思路：离在线资源并池
• 在线业务的特点
  • IO 密集型为主
  • 潮汐性、实时性
• 离线业务的特点
  • 计算密集型占多数
  • 非实时性

自动扩缩容

• 核心收益
  • 降低业务成本
• 解决思路
  • 自动扩缩容
  • 利用在线业务潮汐性自动扩缩容

微服务亲和性部署

• 核心收益
  • 降低业务成本
  • 提高服务可用性
• 解决思路
  • 微服务亲和性部署
  • 将满足亲和性条件的容器调度到一台宿主机
  • 微服务中间件与服务网络通过共享内存通信
  • 服务网格控制面实施灵活，动态的流量调度

流量治理

• 核心收益
  • 提高微服务调用容错性
  • 容灾
  • 进一步提高开发效率，DevOps 发挥到极致
• 解决思路
  • 基于微服务中间件 & 服务网格的流量治理
  • 熔断、重试
  • 单元化
  • 复杂环境的流量调度

CPU 水位负载均衡

• 核心收益
  • 打平异构环境算力差异
  • 为自动扩缩容提供正相输入
• 解决思路
  • CPU 水位均衡负载
  • IaaS：提供资源探针
  • 服务网格：动态负载均衡

三 实践练习例子

后端架构实战

3.1 问题背景

3.2 问题提炼

• 输入
  • 服务网格数据面
    • 支持带权重的负载均衡策略
  • 注册中心存储了所有容器的权重信息
  • 宿主机能提供
    • 容器的资源使用情况
    • 物理资源信息
• 关键点
  • 紧急回滚能力
  • 大规模
  • 极端场景

3.3 自适应静态权重

• 方案
  • 采集宿主机物理资源信息
  • 调整容器注册的权重
• 优势
  • 复杂度低
  • 完全分布式，可用性高
  • 微服务中间件无适配成本
• 缺点
  • 无紧急回滚能力
  • 缺乏运行时自适应能力

3.4 自适应动态权重 Alpha

• 方案
  • 容器动态权重的自适应权重
  • 服务网格的服务发现 & 流量调度能力
• 演进方向
  • 解决无法紧急回滚的问题
  • 运行时权重自适应
• 缺点
  • 过度流量倾斜可能会有异常情况

3.5 自适应动态权重 Beta

• 方案
  • 服务网格上报 RPC 指标
• 演进方向
  • 极端场景的处理成为可能
• 缺点
  • 时序数据库压力较大
  • 动态权重决策中心职责越来越多，迭代 $\rightarrow$ 变更 $\rightarrow$ 风险

3.6 自适应动态权重 Release

• 演进方向
  • 微服务化
  • 引入消息队列削峰、解耦
  • 离在线链路切分
  • 梳理强弱依赖

四 课后个人总结

今天学习的内容是对架构的初探以及企业级后端架构的分析。