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微服務(wù)架構(gòu)是近兩年興起的概念。在此之前，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)在生產(chǎn)環(huán)境的分布式系統(tǒng)中處理實際問題時就已經(jīng)實際使用了微服務(wù)架構(gòu)。例如最初的淘寶系統(tǒng)也是單體式應(yīng)用，為了應(yīng)對隨著用戶量增大而帶來的系統(tǒng)處理能力不足的問題，淘寶對其應(yīng)用系統(tǒng)進行了一系列服務(wù)化拆分和改造，淘寶開源的Dubbo框架以及其企業(yè)內(nèi)部用的HSF框架都屬于微服務(wù)架構(gòu)的實現(xiàn)成果。
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本文將從以下幾個方面簡要說明微服務(wù)架構(gòu)項目的實踐經(jīng)驗：架構(gòu)選型、開發(fā)測試環(huán)境下的相關(guān)工具支持、人員分工及開發(fā)部署流程、相關(guān)設(shè)計及注意事項。***，將根據(jù)實踐經(jīng)驗討論提高微服架構(gòu)下的開發(fā)和運維效率的切實需求，進一步理清本項目所實現(xiàn)的容器服務(wù)管理平臺的完善性需求。
項目背景及微服務(wù)架構(gòu)選型
本項目是一個企業(yè)級的容器服務(wù)管理平臺，該平臺的功能是基于容器實現(xiàn)的應(yīng)用運行環(huán)境管理，以及應(yīng)用開發(fā)階段的持續(xù)集成和持續(xù)發(fā)布。簡單的理解該平臺的核心功能之一就是管理復(fù)雜應(yīng)用的開發(fā)和運維環(huán)境，提高微服務(wù)架構(gòu)下的開發(fā)和運維效率。項目的開發(fā)背景如下：
首先，該系統(tǒng)具有典型分布式應(yīng)用系統(tǒng)特征：
該平臺所運行的服務(wù)器配置不高，例如華為RH1288這類低配置服務(wù)器，允許硬件失敗；
系統(tǒng)平臺要求可根據(jù)實際用戶數(shù)的規(guī)模進行伸縮部署，保證硬件資源的合理利用；
由于系統(tǒng)平臺之上需要運行若干企業(yè)應(yīng)用的開發(fā)和運行環(huán)境，可靠性是非常重要的，不允許單點失效。
其次，本系統(tǒng)功能復(fù)雜，從架構(gòu)的角度需要將系統(tǒng)分成多個層次和若干個子系統(tǒng)。不同的層次、子系統(tǒng)根據(jù)具體情況需要采用不同的開發(fā)語言，由不同的開發(fā)小組完成。
第三，項目組成員由幾個城市的異地團隊協(xié)同開發(fā)，統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境和協(xié)同工具是必不可少的。
針對上述項目背景的考慮，本項目選擇基于微服務(wù)架構(gòu)進行項目開發(fā)。
開發(fā)、測試、部署使用到的工具集
“工欲善其事、必先利其器”，借助適合的流程和相關(guān)工具集，才能提高微服務(wù)架構(gòu)下的應(yīng)用開發(fā)效率。本項目利用DevOPs流程并選用一套相關(guān)工具集實現(xiàn)應(yīng)用開發(fā)管理，提高開發(fā)、測試、部署的效率。
代碼庫：本項目使用分布式代碼庫Gitlab，它的功能不限于代碼倉庫，還包括reviews(代碼審查), issue tracking(問題跟蹤)、wiki等功能，是代碼管理和異地團隊溝通、協(xié)作工具的***。
Docker鏡像倉庫、Docker：本項目用容器貫穿整個軟件開發(fā)流程，以容器作為應(yīng)用發(fā)布的載體，應(yīng)用的開發(fā)環(huán)境和測試發(fā)版環(huán)境都運行在Docker容器中。對于復(fù)雜的開發(fā)和運維環(huán)境管理Docker具有先天的優(yōu)勢，目前國內(nèi)外的互聯(lián)網(wǎng)公司有大多數(shù)都已經(jīng)將Docker應(yīng)用到了他們的開發(fā)或者生產(chǎn)環(huán)境中了。
K8s：本項目采用Kubernates作為容器調(diào)度管理的基礎(chǔ)環(huán)境，開發(fā)環(huán)境、測試環(huán)境的Docker容器都由K8s負責(zé)調(diào)度管理。
Jenkins：快速的部署發(fā)布離不開老牌持續(xù)集成明星Jenkins，本項目通過Jenkins任務(wù)構(gòu)建代碼、將應(yīng)用打包成Docker鏡像，最終發(fā)布到K8s環(huán)境中將容器運行起來。
Shell腳本：編寫Shell腳本將項目打分支、發(fā)布應(yīng)用等開發(fā)階段的配置管理工作自動化，降低運維門檻、提高配置管理和運維的效率。
WIKI：Gitlib上的WIKI功能相對簡陋，因此項目組選擇dokuwiki作為異地團隊協(xié)作和溝通的工具,團隊成員可以將設(shè)計文檔、知識分享文檔、公告信息等信息可以更新到wiki上，便與協(xié)同開發(fā)。
禪道：為了便于開發(fā)計劃、開發(fā)任務(wù)和bug關(guān)聯(lián)起來，本項目使用禪道進行開發(fā)任務(wù)和bug管理。
人員分工及開發(fā)流程
微服務(wù)架構(gòu)應(yīng)用的開發(fā)、部署的復(fù)雜度都是遠大于單體式應(yīng)用的，靠運維人員手工的配置管理顯然是難于應(yīng)付了。DevOps主張以自動化任務(wù)處理方式實現(xiàn)軟件交付及基礎(chǔ)設(shè)施更新，可以說是微服務(wù)架構(gòu)應(yīng)用開發(fā)和運維的必要條件，本項目采用DevOps的理念的開發(fā)流程進行開發(fā)。實現(xiàn)部署和運維的自動化需要工具，同時DevOps強調(diào)軟件開發(fā)者與其他IT員工及管理層間的協(xié)作與溝通，因此明確的人員分工和開發(fā)流程是與工具同樣重要的因素。通俗的說，就是有了工具，大家要知道怎么使用工具，并且愿意使用工具才能真正達到提高研發(fā)效率的目的。
項目組的主要工作成員無非也是做開發(fā)、測試和系統(tǒng)管理三類工作，這里只說明與傳統(tǒng)的企業(yè)應(yīng)用開發(fā)過程中三類人員所做的工作略有不同的工作內(nèi)容。
開發(fā)人員：
a) 開發(fā)者做開發(fā)設(shè)計，需要將涉及到接口部分設(shè)計更新到wiki上，供調(diào)用者評審和調(diào)用。
b) 開發(fā)者除了編寫程序邏輯外，還需要注意編寫單元測試用例，因為分布式應(yīng)用聯(lián)調(diào)相對復(fù)雜，先做在編寫單服務(wù)時做好了測試再聯(lián)調(diào)能夠提高開發(fā)效率。
c) 由于本項目是采用Docker容器作為發(fā)布載體的，開發(fā)者可能需要修改DockerFile模板里的部分參數(shù)，便于部署階段能將編譯后的代碼打包到鏡像中。相對于傳統(tǒng)的開發(fā)方式，這是對開發(fā)者額外的要求。讓所有開發(fā)者懂Dockerfile似乎要求也有點高，其實每個子項目中的DockerFile及腳本一般是在搭建項目框架時，主要系統(tǒng)配置管理員編寫的好的模板，若開發(fā)人員不懂相關(guān)技術(shù)，也可以跟配置管理員溝通需求，由配置管理員修改相關(guān)文件。
測試人員：測試人員的工作沒有什么特別，只是需要注意除了每個Sprint階段的測試外，還需要配合開發(fā)人員持續(xù)集成的測試；
系統(tǒng)配置管理人員：一般DevOps的開發(fā)方式是依賴于云基礎(chǔ)平臺以及自動化發(fā)布工具的，因此相對于傳統(tǒng)開發(fā)方式，對系統(tǒng)配置管理者的技術(shù)要求會比較低。但是，我們的項目開發(fā)目的就是構(gòu)建一個能支撐DevOps流程的平臺，其開發(fā)本身還不具備相應(yīng)的平臺基礎(chǔ)。因此，我們項目最初的系統(tǒng)配置管理工作是由架構(gòu)師來做的，主要需要做如下這些事：
a) 部署運行項目組開發(fā)需要用到公共的服務(wù)組件、例如zookeeper注冊中心、Docker Registry鏡像倉庫、數(shù)據(jù)庫等；
b) 為子項目編寫在git上打分支的腳本，便于測試發(fā)版的時候打分支；
c) 編寫各類型應(yīng)用發(fā)布部署成鏡像的Dockerfile；
d) 制作或者在網(wǎng)上找到現(xiàn)成的開發(fā)所需環(huán)境的Docker鏡像，并且Push到項目開發(fā)使用的私有鏡像庫中；
e) 編寫Shell腳本實現(xiàn)將子項目打包成Docker鏡像，并且Push到鏡像倉庫中。
f) 在Jenkins上配置自動編譯或者部署任務(wù)，實現(xiàn)持續(xù)集成和部署。
本文將對項目的開發(fā)、部署聯(lián)調(diào)以及測試發(fā)版流程和規(guī)范做簡要說明，并提供項目各個階段使用到的部分自動化腳本工具示例。
代碼分支管理：
如圖所示，在git上創(chuàng)建的每一個項目都需要至少建立develop和master兩個分支。開發(fā)人員只有權(quán)限把代碼提交到develop分支上，平時的持續(xù)集成和聯(lián)調(diào)都從develop分支上獲取代碼。 每個Sprint階段測試發(fā)版時，配置管理員從develop分支上創(chuàng)建一個用于測試的release分支。當(dāng)測試修改bug時，開發(fā)人員只把修改后的代碼提交到對應(yīng)的測試Release分支上。當(dāng)測試版本穩(wěn)定后，由配置管理員將代碼合并到Master分支中。
自動部署和發(fā)布：
項目借助于Shell腳本、Dockerfile、K8s配置文件和Jenkins任務(wù)實現(xiàn)了自動化的持續(xù)集成和部署。配置管理員在項目目錄下編寫的腳本文件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
a) 創(chuàng)建分支的shell腳本，示例見附件1；
#!/bin/bash
if [ -z "$1" ]; then
cat <
EOF exit 1 fi DEPLOY_VERSION=$1 RP_FILES=(subproject1/kube-rc.yaml subproject1/pom.xml subproject1/Makefile) if [ -z $(git branch -a | grep -e /${DEPLOY_VERSION}$) ]; then git branch ${DEPLOY_VERSION} git checkout ${DEPLOY_VERSION} else git checkout ${DEPLOY_VERSION} git pull fi #替換k8s配置文件中環(huán)境指向,從開發(fā)切換到測試 #替換掉pom.xml文件中的SNAPSHOT為release版本號 #替換掉makefile中發(fā)布的鏡像Tag的latest為release版本號 for f in ${RP_FILES[@]}; do sed -i -e "s#api.devproject.com#api.testproject.com#g" \ -e "s#
0.0.1-SNAPSHOT
#
${DEPLOY_VERSION}-SNAPSHOT
#g" \ -e "s#latest#${DEPLOY_VERSION}#g" $f done git commit -a -m "Create Branch ${DEPLOY_VERSION}" git push origin ${DEPLOY_VERSION}
b) Dockerfile示例文件，將Java dubbo服務(wù)發(fā)布為鏡像為例，示例見附件2：
FROM registry.xcompany.com/java:openjdk-7-jre MAINTAINER zhangsan ENV spring.profiles.active="production" ENV JAVA_OPTS="-Xmx1024m" RUN mkdir -p /app COPY target/subproject1.war /app/ COPY ./startup.sh /app/ RUN chmod +x /app/startup.sh WORKDIR /app CMD ["./startup.sh"] EXPOSE 8080
c) Makefile文件： 包括編譯項目、將項目打包成Docker鏡像、將鏡像Push到鏡像倉庫、在K8s上創(chuàng)建ReplicationController、在K8s上創(chuàng)建service的命令腳本：
IMAGE_PREFIX = registry.xcompany.com/project1/ COMPONENT = subproject1 ifndef BUILD_TAG BUILD_TAG = latest endif IMAGE = $(IMAGE_PREFIX)$(COMPONENT):$(BUILD_TAG) ifndef KUBE_OPS KUBE_OPS = --server=https://api.devproject.com --namespace=project1 endif clean: mvn clean compile: clean mvn -U -DskipTests=true -Dmaven.javadoc.skip=true package #將當(dāng)前程序打包成Docker鏡像 build: docker build -t $(IMAGE) . #將當(dāng)前鏡像Push到鏡像倉庫 push: docker push $(IMAGE) run: docker run --rm -it -e spring.profiles.active=application -p 8080:8080 $(IMAGE) #部署RelicationController deploy: kubectl create -f kube-rc.yaml $(KUBE_OPS) redeploy: kubectl replace -f kube-rc.yaml $(KUBE_OPS) undeploy: kubectl delete -f kube-rc.yaml $(KUBE_OPS) #創(chuàng)建service deploy-svc: kubectl create -f kube-svc.yaml $(KUBE_OPS) undeploy-svc: kubectl delete -f kube-svc.yaml $(KUBE_OPS)
d) K8s部署配置文件，創(chuàng)建ReplicationController、創(chuàng)建service示例見附件4：
#創(chuàng)建ReplicationController
apiVersion: v1
kind: ReplicationController
metadata:
name: subproject1
spec:
replicas: 1
selector:
name: subproject1
template:
metadata:
labels:
name: subproject1
spec:
containers:
- name: subproject1
image: registry.xcompany.com/project1/subproject1:latest
imagePullPolicy: Always
env:
- name: DUBBO_REGISTRY_ADDRESS
value: "kube://zookeeper:2181"
- name: DUBBO_REGISTRY_REGISTER
value: "true"
ports:
- containerPort: 8888
#創(chuàng)建Service
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: subproject1
labels:
component: subproject1
spec:
ports:
- port: 8888
nodePort: 16888
selector:
name: svc-subproject1
type: NodePore) 配置管理員在Jenkins上配置自動或手動觸發(fā)的任務(wù)，在jenkins任務(wù)中配置shell腳本，可實現(xiàn)應(yīng)用的一鍵部署，示例見附件5。
#!/bin/bash -e IMAGE=registry.xcompay.com/project1/sub-project1:$IMAGE_VERSION make compile if [ $build = "true" ]; then echo "docker build -t $IMAGE" docker build -t $IMAGE . echo "docker push $IMAGE" docker push $IMAGE fi if [ $undeploy = "true" ]; then make undeploy fi if [ $deploy = "true" ]; then make deploy fi if [ $deploysvc = "true" ]; then make deploy-svc fi
具體的過程說如下：
i. 從Git上拉取代碼，編譯、發(fā)布項目；
ii. 將編譯好的程序包，打包成Docker鏡像；
iii. 將打包好的Docker鏡像Push到鏡像倉庫；
iv. Jenkins執(zhí)行Shell腳本命令，從鏡像倉庫拉取鏡像在K8s環(huán)境中創(chuàng)建pod和RC，將應(yīng)用程序及其運行環(huán)境所在的容器在K8s平臺上運行起來。
測試與發(fā)版：
從圖中可以看到，項目的開發(fā)環(huán)境和測試環(huán)境是相互隔離的兩套環(huán)境。
a) 部署在開發(fā)環(huán)境的應(yīng)用代碼，來自develop分支，對應(yīng)的Docker鏡像Tag用latest，供開發(fā)人員調(diào)試、以及測試人員隨時協(xié)助做集成測試；
b) 部署在測是環(huán)境的應(yīng)用代碼，來自每到一個Sprint階段發(fā)版測試時配置管理員從develop分支中打出的測試發(fā)版分支，分支名對應(yīng)的版本號不同，相應(yīng)的Docker鏡像的tag也會隨是版本號改變。測試環(huán)境中部署的應(yīng)用主要用于測試驗證。
部署聯(lián)調(diào)：
項目分為四層：前端UI、WEB層有若干個web應(yīng)用、Service層包括若干個分布式服務(wù)、基礎(chǔ)底層。這里簡要說明一下各層之間的調(diào)試方式：
a) 前端和Web層聯(lián)調(diào)：前端開發(fā)人員本地啟動一個Nginx，配置nginx.conf文件將localhost代理指向web server的地址，即可在本地調(diào)試與動態(tài)Web端的交互。
b) WEB層與服務(wù)層聯(lián)調(diào)、服務(wù)層之間聯(lián)調(diào)、服務(wù)層與基礎(chǔ)層聯(lián)調(diào)，分為兩種方式：
本地調(diào)試：部署一個專用的zookeeper注冊中心，開發(fā)者可以把本機地址注冊到注冊中心，供相關(guān)人員臨時調(diào)用服務(wù)調(diào)試。
集成環(huán)境調(diào)試：提交代碼觸發(fā)Jenkins任務(wù)，將服務(wù)打包成容器鏡像，部署到K8s上在完整的系統(tǒng)運行環(huán)境中聯(lián)合調(diào)試。具體的集成環(huán)境編排依賴于k8s完成。
微服務(wù)的分層和服務(wù)交互設(shè)計
關(guān)于微服架構(gòu)的利弊以及設(shè)計原則有很多著名的文章有介紹，例如MarinFowler的博文《Microservices:a definition of this new architectural term》和來自DZone community社區(qū)的《Microservices in Practice: From Architecture to Deployment》在InfoQ等技術(shù)網(wǎng)站都有中文翻譯，本文就不對概念和設(shè)計原則做過多贅述。本小節(jié)主要是說明關(guān)于項目的邏輯分層結(jié)構(gòu)和服務(wù)交互方面的設(shè)計。
本項目遵守以下微服務(wù)架構(gòu)的主要基本原則，但是也會根據(jù)具體項目情況有所保留。
i. 單一責(zé)任原則（Single Responsibility Principle，SRP）
ii. 保證微服務(wù)設(shè)計能支持服務(wù)的敏捷/獨立地開發(fā)和部署。
架構(gòu)分層設(shè)計
如圖2所示，項目的架構(gòu)是分為四層：靜態(tài)UI層、動態(tài)WEB層、業(yè)務(wù)服務(wù)層、基礎(chǔ)業(yè)務(wù)層。
i. 靜態(tài)UI層，直接面向用戶的操作展示界面，包括靜態(tài)UI設(shè)計和JS交互代碼，主要采用Angulars框架；
ii.動態(tài)WEB層是各業(yè)務(wù)服務(wù)的“門面”，根據(jù)前端設(shè)計的需要調(diào)用、組裝業(yè)務(wù)服務(wù)層的API，相對來說，這一層變動的頻率較高，例如系統(tǒng)需要進行流程優(yōu)化或者前端UE改造，相應(yīng)的都要變更這一層。動態(tài)WEB層采用Java Spring或者python Django框架實現(xiàn)；
iii.業(yè)務(wù)服務(wù)層，根據(jù)業(yè)務(wù)需求按照功能對基礎(chǔ)服務(wù)層進行擴展和包裝，采用Dubbo分布式服務(wù)框架實現(xiàn)，具體版本是當(dāng)當(dāng)擴展過的Dubbox，支持REST API，并且對Spring的支持升級到了3.x；
iv. 基礎(chǔ)服務(wù)層比較穩(wěn)定，提供一些基礎(chǔ)功能，采用Go語言/Ruby/Java/Python等多種語言實現(xiàn)的。
各層之間的交互通信設(shè)計
i. 各層次之間以及同一層次之間的交互主要是按照微服務(wù)架構(gòu)的設(shè)計原則，采用輕量式通信機制：REST API、Dubbo API（hessian協(xié)議）和異步消息實現(xiàn)的。
ii.但是也有些服務(wù)之間的交互是通過共享數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)的，這一點是違背微服務(wù)架構(gòu)強調(diào)的“獨立的服務(wù)、獨立的數(shù)據(jù)庫”的原則的。本項目每個服務(wù)盡可能使用獨立的數(shù)據(jù)表，但是采用了共享的數(shù)據(jù)庫。根據(jù)具體業(yè)務(wù)場景，綜合考慮技術(shù)成本、以及耦合帶來的風(fēng)險大小等因素，部分不同層次的服務(wù)之間的交互是通過數(shù)據(jù)表實現(xiàn)的。這也是從單體式應(yīng)用進化到分布式應(yīng)用的一個折中方案，將來若系統(tǒng)規(guī)模擴大，要拆分數(shù)據(jù)庫代價并不會很大。但是不可否認，微服務(wù)架構(gòu)下使用共享的數(shù)據(jù)庫是存在風(fēng)險的，將來可能因為某些蹩腳的設(shè)計使得微服務(wù)之間的耦合性變大，導(dǎo)致微服務(wù)不再“微”了。
文章題目：微服務(wù)架構(gòu)下的開發(fā)部署
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