【华为云Stack】【大架光临】第17期:更安全、更低耗的微服务架构改造之道

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大架光临 发表于 2023/04/13 15:32:16 2023/04/13
【摘要】 微服务改造是政企客户云原生演进的重头戏,如何做到成本低、安全性高、性能不变、方便调用等,是一门学问。本文讲述华为云Stack的解决之道。

作者:杨奕 华为云技术规划专家

在以往的文章云原生时代,政企混合云场景IT监控和诊断的难点和应对之道中,我们介绍了几种微服务架构模式,如下图所示

注:图片来源 https://twitter.com/bibryam/status/1026429379587567616


今天主要是介绍,第一种 SOA/ESB架构,在Java语言场景下,如何朝第三种 云原生ServiceMesh架构 演进的问题。


SOA/ESB架构简介和问题概览

首先我们来看看 SOA/ESB 架构 在目前云上架构的典型架构模式。

 

如下图所示,以华为云为例,以该模式部署应用时,其使用到的典型云服务为 弹性负载均衡 (ELB)  + 弹性伸缩 (AS,包含ECS) 。在这种场景下

需要发起调用客户端程序,通过配置好的域名或地址,直接调用到ELB上,通过ELB去调用到后端的ECS服务器。

ELB上需要配置后端服务器的多个IP地址。当然,一般这类操作可以简化为添加某类弹性伸缩组。这样,当ECS发生弹性伸缩时管理员无需处理ELB配置,ELB即可自动刷新ECS的IP列表的变化。 (配置操作可参见:https://support.huaweicloud.com/usermanual-as/as_01_0102.html )

 

值得注意的是,以上的模式可能存在几种变种。

对于ELB,可能会采用API网关替代,或者用户自建的KONGAPISIXEnvoy等,具体取决各个企业的自身业务场景。例如,某些互联网公司倾向于采用企业自建的KONG,其主要原因是除了基本的服务发现和负载均衡能力以外,网关还需要处理面向内部跨域调用的一些鉴权情况处理。

对于弹性伸缩,可能也会直接采用Kubernetes的Deployment + HorizontalPodAutoscaler替代。这当然取决于企业内部的基础架构采用情况,看是更倾向于使用虚拟机架构还是容器架构。


以上架构虽然在隔离性、安全性上存在一定优点,但是短板也非常明显

性能和资源开销。这个比较好理解,相对微服务架构,SOA/ESB架构上网络增加了额外一跳,而且ELB的引入也会导致资源的额外消耗增多。

运维成本。毕竟额外引入了一个ELB的组件,因此在微服务之间调用时,瓶颈在哪里,ELB是否需要扩缩容,都是问题。


 

微服务和云原生架构改造的一些方法和问题

对于如何改造 SOA/ESB 架构,朝微服务架构或云原生架构演进,业界也有很多方法。主要是以下两类

 

通过修改代码,将应用改造为微服务架构。例如直接在代码中引入比如SpringCloud的服务注册发现和负载均衡等组件。当然,这种改造往往并不简单,主要取决于现有应用已采用的开发框架等。比如应用本身没有采用spring来进行开发,那么直接采用SpringCloud可能会为应用带来海量的改造成本。

采用istio方案,通过有限改造应用,将架构升级为ServiceMesh架构。之所以该方案是有限改造,是因为在服务调用方式上,istio方案对应用并不是完全无限制。其至少需要在客户端将调用的http调用地址改造成为k8s原生的服务地址,调用的服务治理才能被envoy有效接管。当然,改造完毕后,用户在接下来面向边车的性能衰减,以及更复杂的调用运维问题上,恐怕一个也不会少。

综上所述,两种方案都存在比较明显的短板。接下来分析下采用Sermant方式进行架构改造,如何弥补上述两种方案的短板。

Sermant对SOA/ESB架构升级的一些思路

采用Sermant (https://sermant.io/zh/ ) 对SOA/ESB架构升级,本质上的最后的架构终态是Service-Mesh。因为采用的方法稍有不同,方案在性能和运维问题上都不存在短板。主要是以下两点:

首先,Sermant采用JavaAgent来动态注入增强的服务逻辑治理,因此应用侧理论可以做到完全不用改代码。

其次,由于Sermant的核心逻辑是以AOP (面向切面编程) 方式,JavaAgent和业务属于同一进程,因此在性能方面不存在sidecar形态的特别大的损耗。

Sermant方案架构如下图所示:

 

在核心技术点上,Sermant改造方案的功能主要有以下几个方面:

内置的服务注册发现机制。(上图中的第一点和第三点) 

  • 插件本身会带服务注册功能,在Provider应用启动的时候自动到注册中心进行服务注册。
  • 在Consumer应用进行URL服务调用的时候,通过微服务服务发现+负载均衡机制替代原先的服务直调。

域名到应用名的转换。(上图中的第二点)

  • 服务发现时,由于原先的调用采用URL直调,并不包含应用信息。这就需要一个调用关系到应用名的映射。对于这块内容,未来我们计划做成一个动态配置,存储到配置中心里。这样当有应用需要发起调用时,Sermant直接将URL转换成应用名,就可以在注册中心获取响应的应用IP列表。
  • 通过URL获取Provider应用名后,由于在改造过程中,不用Provider应用并不是同批次发布携带Sermant JavaAgent,因此还需要有个白名单机制,来配合灰度发布。

 增强的客户端侧负载均衡、重试、隔离、降级机制。(上图中的第四点)

  • 结合上一步,完整的商用方案,Consumer调用Provider除了需要满足基本的负载均衡功能以外,还需要更进一步进行重试、容错隔离、以及对下游的限流降级处理。
  • 此外,对于一些必要的东西向流量的治理能力,如服务间的3A认证等,也需要进一步在Sermant端补齐。

以上便是Sermant改造方案的主要功能点。另外,在实操中如何针对现有环境进行升级还需要一定方法,避免对现有环境进行太大冲击。以下详细叙述。


采用Sermant对SOA/ESB架构升级的方案实操

应用改造在具体局点上不可能一蹴而就,因此在具体上实施上肯定是一个慢慢灰度的过程。以Kubernetes容器场景为例,介绍下在上百个微服务应用上千实例的情况下,如何采用Sermant对SOA/ESB基于灰度进行安全可控的云原生架构升级。

以下为准备工作:

准备步骤一:自身应用是否支持。当前Sermant支持的微服务升级的Java框架可以在该文档中查询。如未支持,可以考虑给社区提Issue解决。

准备步骤二:在Kubernetes中安装Injector,方便以非侵入方式让Java应用自动挂载Sermant JavaAgent.

 

以下介绍详细实施过程。假设初始架构如下。一共三个App,其中App1通过ELB连接到App2和App3。为简化表述,图中为应用均为单实例,实际生产中的实例可能会有多个。

 

接下来,在Kubernetes中对新版本的App1, App2进行发布(图中为V2版本),并在发布时携带Sermant Javaagent,以及激活SpringBoot注册插件。但是此时可以先不配置Provider白名单规则,因此发布后,应用流量应该还是走ELB,未发生任何变化。

接着在配置中心,将App2加入到白名单中。此时,对识别到App2的应用,挂有Sermant Javaagent的App1实例 (图中的V2实例) 会对App2的实例以负载均衡方式直接发起调用。与此同时,App1访问App3的流量没有变化。

验证成功后,删除App1、 App2的V1版本,App1到App2的流量通过注册中心的注册发现,完全实现直连。同时,App1访问App3的流量维持不变。

 

至此,使用Sermant对App1、App2的云原生架构升级结束。后续其他App应用,可以按照类似方案,进行灰度升级,直至所有应用全部挂载上Sermant,完成微服务直连改造。

 

结束语

Sermant  作为专注于服务治理领域的字节码增强框架,致力于提供高性能、可扩展、易接入、功能丰富的服务治理体验,并会在每个版本中做好性能、功能、体验的看护。

当前Sermant已在Huawei Cloud Stack (HCS)中的ROMA Factory被集成,用户可以在华为云Stack ROMA Factory中使用相关功能。
https://www.huaweicloud.com/zhishi/solution-ROMA-Factory-jiagou.html

 

开发者也可以加入到Sermant社区,参与相关功能的讨论和共建。

Sermant 官网:https://sermant.io

GitHub 仓库地址:https://github.com/huaweicloud/Sermant

扫码加入 Sermant 社区交流群

 

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