[發明專利]基于微服務架構的應用管理方法

有效

• 申請號: 202010692349.1
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN112000448B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 潘艷紅;王泊涵;孫淵博;張寧雨;葛光富
• 申請（專利權）人: 北京計算機技術及應用研究所
• 主分類號: G06F9/48
• 分類號: G06F9/48;G06F8/60;G06F9/50
• 代理公司: 深圳紫晴專利代理事務所(普通合伙) 44646
• 代理人: 林鵬

1.基于微服務架構的應用管理方法，其特征在于，包括面向戰術應用的微服務技術架構設計、輕量化的微服務運行支撐環境構建、面向戰術環境的微服務可靠管理技術和信息服務全過程動態運維，具體如下：

面向戰術應用的微服務技術架構設計：包括超融合資源層、微服務環境支撐層、微服務管理調度層、戰術級業務服務層和接入層，超融合資源層指底層構建微服務的車載硬件平臺和虛擬化資源池，是提供微服務環境的物理支撐，虛擬化資源池包括計算資源池、存儲資源池、網絡資源池，微服務支撐環境層構建了微服務框架的運行時系統，是支撐微服務運行的框架，包括消息總線、微服務網關、微服務注冊發現、認證授權支撐組件，并由配置中心進行集中管理，微服務管理調度層用于構建支持惡劣戰場環境下的高可靠微服務集群，具體包括微服務高可用、微服務熔斷、微服務負載均衡、微服務調用追蹤、微服務部署管理、微服務監控告警、微服務后臺服務管理，業務服務層提供了基于微服務框架的豐富戰術級應用，應用以微服務解耦模式部署，通過數據庫服務、認證服務多單元基礎服務的聚合，形成對外提供完整服務的戰術級應用業務系統，接入層是用戶訪問微服務應用的接口層，接入層部署了負載均衡和接入網關組件；

輕量化的微服務運行支撐環境構建：在微服務技術架構基礎上，基于SpringCloud構建輕量級微服務運行時支撐環境，包括微服務消息總線、微服務網關代理、微服務注冊與發現和微服務認證授權，由微服務配置中心進行統一管控，服務消息總線通過建立多個應用之間的通信頻道，管理和傳播應用間的消息，實現多個微服務之間的同步配置和更新，微服務網關代理實現代理和過濾功能，消息總線和網關實現應用之間的關系解耦，微服務注冊與發現實現微服務的動態構建，微服務認證授權提供用戶訪問微服務的統一認證接口，構建適應于機動戰術云的微服務系統，各運行時組件配置和流程說明如下：

1接入訪問請求統一通過API網關代理來訪問內部服務；

2網關接收到請求后，從注冊中心獲取可用服務；

3獲取可用服務，分發到后端具體實例；

4微服務之間通過消息總線進行通信處理業務；

5統一認證和訪問控制作為微服務重要模塊，也以微服務的形式部署；

面向戰術環境的微服務可靠管理技術：面向陸軍戰術環境服務可靠管理的需求，在微服務運行支撐環境之上，研究戰場環境下的微服務可靠管理技術，具體包括微服務高可用、微服務熔斷、微服務負載均衡、微服務調用追蹤，從而在機動性強、實時性高的陸軍機動作戰環境下，提升應用服務的快速響應、穩定可靠運行的能力，微服務高可用管理，通過配置多服務注冊中心副本、服務自愈、服務緩存實現戰術應用的高可用，面向微服務容錯保護的服務熔斷，設計面向微服務的容錯保護服務，用戶隔離訪問遠程服務，防止級聯失敗，實現斷路器、線程隔離、信號隔離容錯功能，能夠在一個、或多個依賴同時出現問題時保證系統依然可用，防止雪崩效應，面向微服務的客戶端負載均衡，感知彈性伸縮發生后后端實例的狀態變化，并將最新的后端信息更新至負載均衡器，進而實現應用服務的彈性負載均衡，微服務調用鏈追蹤技術，構建針對微服務全生命周期的監控，增強微服務的運維管理和性能優化能力，具體如下：

1網關從注冊中心獲取服務后，通過客戶端負載均衡，分發到后端具體實例，從而保障戰場資源的運行效率；

2訪問的微服務網關、微服務實例多副本部署，具有高可用；同時還具有訪問緩存、自愈功能保障故障時的臨時訪問；

3戰場環境下出現微服務故障時，由網關代理執行容錯保護，以服務降級響應形式返回客戶端；

4用戶的微服務訪問路徑、微服務之間的消息總線通信，設置監控和追蹤組件，實現微服務調用鏈的追蹤；

信息服務全過程動態運維：包括應用業務邏輯感知的快速系統開設機制、基于微服務視圖的輕量化數據加載技術、基于多服務實例同步的信息共享機制和戰場環境感知的微服務鏈動態重組技術，具體如下：

應用業務邏輯感知的快速系統開設機制：對應用進行解構，明晰其業務組件：微服務，通過對業務邏輯、組件架構及功能差異的分析，明確其微服務構成，對于微服務的執行，以一個或多個虛擬機或容器的形式來完成其功能，并滿足一定的業務需求即應用的負載，此外，也據此分析出應用的總體資源需求和數據依賴，基于應用的微服務化過程，明確系統開設所需要的基本微服務，結合各微服務實例的分布情況，自動實現微服務鏈的推薦、選取，從而完成系統開設，微服務鏈的選擇過程包括：微服務實例的描述、應用微服務鏈生成、微服務鏈的評估與確定，微服務實例描述：定義s＝(pos,ra,o,e)為單個微服務實例，采用4個屬性進行描述；其中，pos表示該服務實例所在的位置，包括云、端設備；ra表示該服務實例的輸出輸入數據比，即ra＝amountoutput/amountinput，表明該微服務產生的數據傳輸時延開銷；o表示該服務實例處理單位數據所花費的時間；e表示該服務的有效性(0/1)，即是否可用，此外，用mEN(s)表示微服務實例s所在的節點所能具有的微服務實例數量上限，pEN(s)表示微服務實例s所在的節點當前具有的服務數量，應用微服務鏈生成；令SG＝S,E,s0表示生成的微服務鏈，s0表示微服務鏈的源節點，即發起應用請求的位置，當s0調用該應用服務時，將根據此組合服務的某條組件功能鏈，記為P，生成相應的SG，S表示P中涉及的功能組件的所有服務實例構成的集合；E表示S中微服務實例之間有向邊的集合；

基于微服務視圖的輕量化數據加載技術：微服務架構下，每個微服務根據自己的業務特征，自由選擇適用的數據庫，而無需采用完全一致的數據庫；時序數據庫對于實時數據的預處理更加有效，因此，每個微服務根據業務的功能和非功能性需求，生成獨立的微服務視圖，并據此從綜合數據存儲中加載所需的數據，從而完成數據加載過程，微服務根據自己的需要生成數據加載規則，微服務加載過程包含的主要流程有系統啟動流程、全量數據加載流程和增量數據加載流程，系統啟動流程就是各微服務的啟動，啟動順序應該是首先啟動數據庫讀取組件，然后啟動域內控制器，最后在需要加載數據時啟動數據加載服務器，系統啟動時微服務數據庫讀取組件通過配置文件，首先建立與數據庫之間的連接，域內控制器啟動后連接微服務數據庫讀取組件，獲取微服務數據庫基本信息：數據表名、數據列名、數據規模，域內控制器將數據庫基本信息提供給客戶端；根據微服務數據庫基本信息，生成加載規則：需要加載數據表名、數據列名，將加載規則發送給域內控制器，域內控制器將加載規則分發給各微服務；每個微服務的數據庫讀取任務，分別批量加載數據并上傳讀取結果；

基于多服務實例同步的信息共享機制：信息共享是戰場環境下的重要應用服務，微服務架構下，信息的邏輯載體為微服務實例，而其物理載體為虛擬機或容器，由于各微服務實例基于自身業務特征選用了不用的數據庫；因此，跨庫的數據共享會帶來較大的數據模式轉換開銷，據此，擬采用基于信息目錄的機制完成數據共享過程，為實現對多個微服務實例間的高效共享，滿足對戰場實時變化的需求，建立微服務信息目錄收集、存儲、鏈接關聯多個微服務，實現各類微服務能夠按需提供和訪問各類數據，在信息目錄中快速搜索和管理微服務資源，并通過訂閱微服務主題，實現微服務資源的按需主動推送，達到對微服務資源的高效共享，其次，是需要實現微服務的狀態監控，在多個微服務工作的各個階段，采用具體的監控進程：Linux系統腳本和開發的監聽工具，進行作業，使各階段的服務依序啟動、依序監聽、依序關閉，嚴格處理好各應用服務之間的依賴關系，當服務開啟時自動按順序啟動底層服務和應用進程，為了做到多服務的自維護與管理，添加了服務監聽進程，定期檢測各個服務的運行狀態以及系統維護信號，當檢測到某個服務意外關閉時便發通知給管理員并嘗試重新啟動該服務，當檢測到服務需要關閉或重啟時，在關機/重啟前，安全關閉相關進程與服務，確保系統數據的完整性，為了實現自動待機，管理多服務互關聯的管理問題，需要解決如何自啟動數據庫并成功掛載；如何安全關閉數據庫；如何自啟動及安全關閉統一認證服務；如何實現服務啟動與關閉的依序進行；如何實現服務監聽進程并定期自檢，在傳統微服務鏈的組合模式，通常多個微服務，各自獨立執行服務任務，多微服務之間不存在服務鏈的動態共享機制，而系統監控只對各自獨立的微服務進行配置管理；為了適應微服務資源動態重組需求，建立虛擬微服務監控管理池，集中監控管理所有微服務活動狀態把以單個微服務為對象的資源調配模式擴大為以全局服務鏈為對象的服務鏈動態重組模式，自動對虛擬微服務資源池內的多個微服務進行調控，完成服務鏈重組、參數配置和自動化運行工作；

戰場環境感知的微服務鏈動態重組技術：隨著戰場環境和網絡拓撲條件的快速變化，原有微服務鏈的執行會由于通信失效、端節點失效原因無法高效完成應用；因此，有必要針對戰場動態環境信息，進行微服務鏈服務質量監控并進行主動的微服務鏈動態重組，保障應用的服務質量，基于微服務的應用有多種微服務鏈實現方式，但是多數微服務所需的網絡功能之間都存在依賴關系，防火墻要部署在微服務鏈的入口和出口處，從而保證微服務的安全要求，因此我們假設在微服務到達后，經過業務編排器分析得到的微服務鏈是固定的，接下來只需要通過對設計好的微服務鏈進行資源動態重組，假設底層網絡中有N個虛擬機，對微服務器上部署的實例的類型進行存儲、計算物理資源的調整，大大提高這些物理資源的利用效率，減少資源浪費；資源動態重組問題本質上是一個優化問題，為微服務鏈進行實例資源調度的目的是提高資源利用率，同時不對微服務完成時間產生較大的影響，因此將微服務完成時間和穩定性共同作為優化目標，而其中微服務完成時間是最重要的優化目標。