架构初探-谁动了我的蛋糕
一、什么是架构？
1）如何给架构下定义？
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
2）架构的重要性
用盖房子来举例子，架构对于软件的重要性类似于地基对一栋楼房的重要性
- 架构没设计好，软件容易崩，用户体验上不去。最终要么重构，要么放弃
- 架构设计好了，软件的稳定性上去了，用户体验高了，口碑一点点就打造出来了
- 良好的架构基础，也为软件的未来发展提供了更多的可能。为用户赋能，实现自身价值
3）单机架构
All in one，所有的东西都放在一个进程里面，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。c10k问题
4）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
5）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。比如，A软件合B软件的后端原先采用单机架构部署，那就是一个进 部署在多个机器上；如果用垂直应用架构，可以将A和B的后端拆分为A、B两个进程，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
6）SOA（面向服务架构）
SOA架构中，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
- 运维粒度减少到服务，爆照半径可控
缺点：
ESB（企业服务总线）往往需要一整套解决方案
7）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
小结
- 架构演进的初衷：满足软件迭代诉求，提高迭代效率
- 架构演进的思路：垂直切分——分布式，水平切分——分层/模块化
二、企业级后端架构剖析
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 Workstation
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 - 基于资源池的抽象，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
共有云 - AWS/Azure/Google Cloud/Huawei
混合云
2）云原生
云原生，实际时云原生(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
3）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各方面
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。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
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
4）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的
- HTTP - H1/H2
- RPC - Apache Thrift/gRPC
如何在HTTP和RPC之间选择？
- 性能 - RPC协议往往具备较好的压缩率，性能较高。如Thrift,Protocol Boffers
- 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
5）服务网络
什么是服务网格？
- 微服务之间通讯的中间层
- 一个高性能的4层网络代理
- 将流量层面的逻辑于业务进程解耦
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
三、企业级后端架构的挑战
1）挑战
基础设施层面：
Q：我们总说，云是弹性的，也就是说，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。 在企业级后端架构中，云如何解决近乎无线的弹性资源和有限的物理资源之间的矛盾？
Q：闲事的资源就这么空着呢？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：
Q：上了云原生微服务后，服务之间的通信开销较大，应该如何做成本优化？
Q：微服务看起来没有那么美好，抖动导致的运维成本较高，如何解决？
Q：异构的物理环境应该对用户事透明的，如何屏蔽这些细节？
2）离在线资源并池
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。离在线资源可以并池，可以：
- 提高物理资源利用率
- 提供更多的弹性资源
3）微服务亲合性部署
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
亲和性部署，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、通信量大的服务器部署在同一个机器 上，并且使用IPC替代RPC的方式，降低网络通信带来的开销
4）流量治理
Q：微服务之间的通信流量为什么需要治理？
Q：都有哪些常用的治理手段？
Q：微服务中间件和服务网格在其中扮演着怎样的角色？
5）屏蔽异构环境的算力差异
Q：基础设施层往往是各复杂的异构环境，比如，有些机器的CPU是英特尔，而有些是AMD。就算是同一个品牌，也可 能是不同的代际。如何将这些差异屏蔽掉，使用户尽可能不感知呢？
Q：什么情况下下，我们觉得，服务需要扩容了？异构环境会对这个评判标准产生怎样的影响？
四、后端架构实战
问题：如何设计一个根据主机层面的资源信息，实时进行流量调度的系统，打平不同宿主机异构环境的算力差异
