基于容器云、微服务的综合平台应用实践

◆房广江 鱼江海 李玥琨

基于容器云、微服务的综合平台应用实践

◆房广江 鱼江海 李玥琨

（中国电子科技集团公司第二十八研究所 江苏 210046）

随着信息技术的发展，信息系统面临功能扩展灵活、使用场景多变等新挑战，传统的单体应用存在功能耦合强、启动速度慢、弹性扩展难等缺点，难以满足需求；针对此问题，采用微服务架构将大型单体应用拆分为可独立部署的微服务组件；采用容器云对微服务进行编排，实现微服务的弹性扩容、柔性重组。实践表明，基于容器云、微服务的综合平台能够保障信息系统的平稳运行、弹性扩展、柔性重组，满足信息系统的使用需求。

容器云；微服务框架；综合平台

1 引言

现有信息系统大都基于传统单体应用开发的。这些系统一般是以业务逻辑层为中心的六边形结构模式，同时提供数据库连接接口、管理消息的组件以及支持UI访问的Web模块适配器等[1]。虽然均以模块设计为出发点，但最终还是会被打包成单体式结构，即使是某个组件中一个小的修改，都需要重新部署整个应用。组件间缺乏严格的边界定义，相互依赖、日积月累导致系统复杂度提升，整体质量急剧下降。

微服务架构模式可解决上述问题，其思路不再是开发一个大的单体式应用，而是将其分解为小的互相连接的微服务应用[2]。一个微服务完成一个特定功能，每个单体式应用独立部署、维护以及扩展，每子系统均可在Web容器中独立运行，每个应用都是低耦合的，从而系统具有强大的扩展能力，并且各模块之间可通过提供接口进行相互调用，减少对其他模块的影响。

微服务架构虽然给信息系统带来了诸多优势，但同时也让构建、部署和维护这些分布式的微服务系统带来不少难题。近年来基于轻量级虚拟化技术、面向应用虚拟化运行环境的容器云为微服务提供了理想的载体，利用容器化技术简化微服务创建、集成、部署、运维的整个流程，推动微服务在云端的大规模实践[3]。

2 系统架构设计

2.1 系统总体架构设计

系统在总体架构上主要包括基础设施、容器云、微服务框架、访问终端。总体架构图如图1所示。硬件资源包含支撑系统运行的计算资源、网络资源、存储资源；容器云利用轻量化虚拟化技术将底层基础设施抽象，简化应用服务的开发部署，为微服务应用的管理、流水线开发提供底层支撑；微服务框架依托容器云提供服务网关、服务注册发现、服务统一配置、服务监控运维、服务可靠集群功能，满足服务高可用、故障快速恢复需要；访问终端提供移动终端、客户端、大屏等多种形式供用户实现服务的访问与调用。

2.2 容器云

容器云节点根据节点类型分为主节点和工作节点。其中，主节点负责整个容器云的控制和管理功能；工作节点负责运行实际部署的应用。容器云节点功能组成及原理如图2所示。

图2 容器云节点功能组成及原理

主节点包含API服务、调度器、控制器、分布式存储等组件。其中API服务是容器云平台的对外接口，供其他组件、客户端等调用；调度器负责调度应用，为可部署应用提供一个工作节点；控制器执行集群级别的功能，如复制组件、持续跟踪工作节点等；分布式存储，用于持续化存储集群配置。

工作节点包含资源管理、负载均衡、容器引擎等组件。容器引擎提供容器运行环境；资源管理，负责与API服务通信，并管理所在节点上的容器；负载均衡提供容器云内部服务网络流量的负载均衡。

容器云通过硬件资源的抽象，屏蔽了应用开发人员、运维人员对基础设施的关注，提升了研发效率和资源利用率，有效支撑微服务框架。

2.3 微服务架构

微服务框架包括服务接入网关、服务注册中心、服务配置中心、服务监控中心、服务集群。其工作原理如图3所示。

服务接入网关，为客户端访问提供统一入口，减少了客户端与应用程序之间的访问次数；服务注册中心，为微服务提供服务发布、发现、管理、共享、交换和整合能力，解决服务的统一发布和发现问题；服务配置中心，为微服务应用提供统一的配置管理，提升系统研发和运维效率；服务监控中心，为服务集群提供链路追踪和监控告警，便于实时掌握服务集群状态；服务集群，提供微服务集群能力，支撑微服务应用容灾抗毁、可靠运行。

图3 微服务架构原理图

3 系统运行及部署

3.1 运行环境

为了验证本文综合平台的实际运行效果，使用3台服务器测试环境，部署容器云、微服务框架，基于此部署20个应用服务。三台服务器配置见表1。其中容器云软件部署时，1台为主节点，3台都为工作节点。作为对比，使用三台同样配置的硬件部署20个虚拟机和应用服务。

表1 测试服务器及参数

设备操作系统CPU内存存储 浪潮NF5280M5银河麒麟Xeon 4210*264G512G 浪潮NF5280M5银河麒麟Xeon 4210*264G512G 浪潮NF5280M5银河麒麟Xeon 4210*264G512G

3.2 定性分析

基于虚拟机的单体应用与基于容器云的微服务定性分析结果见表2所示。相比基于虚拟机的单体应用，基于容器云的微服务在启动速度、资源损耗、服务高可用和安装部署等方面均有很大提升。

表2 基于虚拟机的单体应用与基于容器云的微服务定性分析对比

对比角度单体应用微服务 内核模式自有内核共享宿主机内核 资源损耗约15%几乎无损耗 虚拟机/镜像启动速度分钟级秒级 高可用策略容灾、迁移弹性、动态 部署运维成本一般低

3.3 定量分析

基于虚拟机的单体应用与基于容器云的微服务定量分析结果见表3所示。基于容器云的微服务比基于虚拟机的单体应用的启动时间更快、并发访问响应更迅速、占用内存和CPU资源更少。

表3 基于虚拟机的单体应用与基于容器云的微服务定量分析对比

对比角度单体应用微服务 平均启动时间72秒6秒 内存平均占用率76%23% CPU平均使用率43%17% 100并发访问时平均相应时间16毫秒0.6毫秒

4 结束语

本文针对信息系统面临功能扩展灵活、使用场景多变等新挑战，采用微服务将大型单体应用拆分为可独立部署的微服务组件、采用容器云对微服务进行编排，实现微服务的弹性扩容、柔性重组。试验表明基于容器云、微服务的综合平台部署应用时启动速度快、资源损耗少、服务可靠性高和安装部署运维成本低，在信息系统中可推广使用。

[1]YOUSIF M. Microservices[J]. IEEE Cloud Computing， 2016，3（5）：4-5.

[2]贲婷婷，李荣宽，汪敏，等．基于轻量级容器技术的战术微云框架[J].指挥信息系统与技术，2017，8（5）：87-92

[3]丁乙，李荣宽，汪敏，等.面向军用微服务的服务网格架构研究与设计[J].指挥信息系统与技术，2020，11（1）：18-23.