靠谱 的软件外包伙伴

您的位置:首页 > 新闻动态 > 案剖析一个微服务的持续交付系统软件开发案例

案剖析一个微服务的持续交付系统软件开发案例

2016-09-05 10:18:26

本文介绍了如何利用开源软件快速搭建一套微服务的持续交付系统。本文假设的环境是Linux操作系统,用到的软件包括Git、Jenkins、Salt、ZooKeeper、Apache等。开始之前,我先简单介绍下持续交付和微服务的概念,以便大家更好的理解本文的精华。

什么是持续交付?我们先举个物流的例子,现在各大电商都非常重视物流的自动化建设,在实现包括运输、装卸、包装、分拣、识别等作业过程的设备和设施自动化的同时,更在研究无人机和自动驾驶汽车送货,达到物流的全自动。

那么软件开发呢,从开发人员check in代码到代码仓库,到代码的构建、部署、测试、发布,我们可以形象地把这个过程称为“软件物流”,现实世界的物流实现了相当的自动化,“软件物流”也应如是,实现从开发人员check in代码(客户下单)到生产系统上线(送货上门)的自动化。

 

说到这里,我们可以给持续交付下一个“非专业”的定义,持续交付就是实现“软件物流”的自动化。

图1.持续交付流水线

图1摘自《持续交付:发布可靠软件的系统方法》,展示了持续交付具体包括的内容。本文重点讨论如何实现微服务的持续交付流程,所以会忽略掉整个流程的一些细节(如代码分析、单元测试等等)。

那什么是微服务呢?微服务的概念最初由Martin Fowler与James Lewis于2014年共同提出,微服务架构风格是一种使用一套小服务来开发单个应用的方式途径,每个服务运行在自己的进程中,并使用轻量级机制通信,通常是HTTP API,这些服务基于业务能力构建,并能够通过自动化部署机制来独立部署,这些服务使用不同的编程语言书写,以及不同数据存储技术,并保持最低限度的集中式管理。目前微服务的主流实现方式有两种:RESTful API和消息队列。

图2 RESTful微服务

图3 message queue微服务

图2、图3是两种典型微服务架构的简略图。当然现实中的系统会复杂的多,比如会有微服务聚合,多级缓存,注册中心等。

微服务相对单体式应用来说有明显的好处:

  1. 解决了单体式应用的复杂性问题,单个微服务很容易开发、理解和维护。

  2. 每个微服务都可以由独立的团队来开发,可以自由选择开发语言。

  3. 每个微服务可以独立部署,系统可以快速演进。

  4. 可以对每个微服务进行独立扩展,极大的提高系统伸缩性及资源利用率。

但在一个单体式应用拆分成数十个乃至上百个微服务,由于服务数量的增加,以及微服务支持多种编程语言的特性,对软件的构建,部署,测试,监控都带来了全新的挑战。本文将讨论如何通过持续交付来降低微服务构建,部署的复杂度。

微服务的持续交付:统一方法

由于微服务的特性,微服务的持续交付会比单体式应用的持续交付复杂的多。本节列出了为了降低微服务持续交付的复杂度,我们遵循的一些原则:

  1. 统一方法。这里有两个层面的含义,第一是流程的统一,有很多公司对运维自动化非常重视,但在开发,测试阶段没有采用自动化的方法。随着DevOPS运动的兴起,大家逐渐意识到需要在开发,测试阶段采用与生产环境相同的交付方法,这样在系统部署到生产环境的时候,这一交付流程已经经过多次的检验,出错的概率大大降低了。第二层含义与微服务相关,各个微服务可能用不同的语言实现,如Java、Python、C++、Golang、纯前端(JavaScript),我们要对采用不同语言实现的微服务使用统一的交付方法。

  2. 在版本控制系统中,每个微服务应该对应一个独立的仓库。以Git为例,一个Project下面,每个微服务对应一个独立Repository。这样各个微服务可以独立check in代码,而不会在持续构建的时候互相影响。

  3. 设计持续交付系统时要考虑实现软件交付的全自动化,虽然在现实中,会存在提交测试,生产变更审核等人工环节。但在理想情况下,开发人员check in 代码之后,能够自动触发构建,多套环境的部署及测试。

  4. 支持单个微服务升降级,这要求持续交付系统,对每个可部署的单元(微服务)要有独立的版本号。

  5. 程序与配置分离。要支持一套程序(可执行包+配置文件包)多处部署,这里强调了一套程序,是指在开发人员check in代码后,构建系统只生成一份程序(可执行包+配置文件包)。不管是部署到开发环境,测试环境,还是生产环境我们要用同一套程序,而不是对每个环境单独打包。我们知道Java war包会要求把配置文件包含在里面,这会造成不同的环境要求提供不同的war包,这就违反了我们说的这个原则,后面我们会讨论如何处理这个问题。

  6. 在应用程序部署时,不得依赖外网资源。我们把部署过程独立为两个阶段:环境准备阶段和应用程序部署阶段。环境准备包括操作系统,JDK或其他语言运行时系统级依赖库的安装,得益于IaaS的相对成熟,我们把这一阶段独立出来。而应用的部署需要定制化,也是本文讨论的部分。在部署应用时,要求所有的资源从内网获得,这样可以保证应用部署过程的快速、稳定、可重复。

快速搭建微服务的持续交付:持续构建

下面我们结合一个虚构的项目来介绍持续交付的实现细节,假设我们有一个项目BetaCat,由ms1、ms2…msN,n个微服务构成。下面我们重点介绍ms1微服务如何实现持续交付,其它微服务可以类推。

本节讨论下如何实现持续构建,下一节会探讨持续部署。

图4 Jenkins处理仓库代码流程

如图4所示,开发人员check in 代码到Git仓库后,Jenkins会自动地进行构建工作,并把打好的包上传到Repo server上。

图5 配置文件示例

作为统一方法的一部分,我们在每个微服务仓库上创建了CI目录,用于配置文件的打包,在CI目录里,只放入需要参数化的配置文件,执行脚本等,并会严格遵循原有系统的目录结构,如图5所示,我们要求有start.sh、stop.sh及service(用于Linux的init启停该微服务)。

图5中配置文件参数化内容,参数部分用”{{“与”}}”包围起来,在持续部署的时候会根据传入的参数替换为特定的值。

我们还定义了持续构建的统一输出,对每个微服务采用tgz的打包格式,微服务ms1持续构建的输出文件示例如下:

  • ms1-1.0.7.tgz (可执行包)

  • ms1_config-1.0.7.tgz(配置文件包)

在可执行包里面要求把所有的依赖库(除了系统lib库)都包含在里面,对不同编程语言的微服务的构建工具没有强制要求,统一由Jenkins调用。C/C++我们推荐使用CMake,Java一般用Maven,Python直接打包。

配置文件包就是前面GIT仓库的CI目录直接打包而成。

图6 Bundle示例

同时为了在部署时不用具体指定每个微服务的版本号,我们引入了bundle的概念,如图6。在任何一个微服务构建之后,会触发bundle,sha512校验文件生成,并上传到Repo Server。

最后让我们看下持续交付上传到Repo Server的目录结构:

图7 目录结构

这样持续构建的工作就完成了,接下来就需要进行持续部署了。

快速搭建微服务的持续交付:持续部署

在开始持续部署的讨论之前,我们先描述一下软件运行注入配置的三个时点:

图8 配置注入的三个时间点

打包时点,典型的是Java的war包,会把配置文件打包在一起。部署时点,在部署的时候利用专门的部署工具更新配置文件,这也是我们采用的方法;运行时点,程序运行时通过环境变量或注册中心/配置中心获得配置信息,如用Docker部署微服务时就要考虑通过这种方法来获得所需要的配置信息。

图9 采用salt进行部署

图9显示了我们对不同的环境统一采用salt进行部署。由于我们支持用户只输入bundle的版本信息来实现部署,这就要求在持续部署的时候,部署系统能自动获取每个微服务的版本号,为此我们对salt/foreman做了一点小改动,修改后返回的pillar格式包含各个微服务的版本,同时下载并解压对应的配置文件包到salt master的相应目录,以及关闭salt master file_list缓存:fileserver_list_cache_time: 0。

图10 foreman web界面以及Salt格式

图10左边表示我们在foreman web界面上设置的参数,右边表示通过salt pillar.items取得的格式,可以看到多了每个微服务的版本号信息。

下面我们按照部署三部曲(安装、配置注入、服务运行)来介绍部署规则文件(saltstate、sls文件)的编写:

1、betacat_ms1.sls 第一部分:安装

在这一部分,检查并创建安装目录,下载需要的可执行包,并解压到正确的位置,可执行包直接从Repo Server获取,并通过sha512验证文件的完整性。

2、betacat_ms1.sls 第二部分:配置注入

配置注入部分,读取配置文件包,通过salt master转换后下发给目标机。这里用红框标出了设计的核心。通过salt的file.recurse和之前持续部署中打好的配置程序包,并把所有的配置项传入。可以做到不用对多个配置文件单独编写部署逻辑,完全参数化。

3、betacat_ms1.sls 第三部分:服务运行

在这一部分,确保微服务在运行状态,并在必要的时候重启。这里需要特别指出的一点,在整个sls文件中,对不同的微服务来说,只有3个元参数:项目名称(BeatCat)、微服务名称(ms1)以及sig(ms1, 微服务进程的唯一识别字符串)。那么我们可以通过简单的脚本来自动生成sls文件,而不需要手工编写。大大降低持续部署的开发维护成本。

快速搭建微服务的持续交付:全自动化

为了支持持续交付流程的全自动化,我们引入了ZooKeeper,如图14。

图14 引入ZooKeeper后的流程

  1. 代码check in 到Git后,触发构建,Jenkins会把打好的包上传到Repository Server,并更新ZooKeeper的本次及latest包版本信息。

  2. 侦听到ZooKeeper的latest包版本信息变动后,会触发saltstack的部署命令向各个环境部署最新的程序。

  3. 部署完毕,会更新ZooKeeper上的目标机部署版本信息。

  4. 侦听到ZooKeeper上的目标机部署版本信息变动后,会触发一套或多套自动化测试脚本的运行。

  5. 自动化测试通过后,会更新ZooKeeper上的包版本的测试信息。

  6. 通过测试的包,可以自动上传到生产环境的repo server,并更新生产环境ZooKeeper的包版本信息。

  7. 生产环境,侦听到ZooKeeper的包版本信息变动后,会触发生产环境的部署。

  8. 生产环境部署完毕,会更新ZooKeeper上的目标机部署版本信息。

总结

在前面几节我们结合一个虚构的项目betacat介绍了如何实现持续交付。下面让我们来做个简单的回顾:

  1. 我们提到了统一方法,我们通过在持续构建阶段对不同语言的微服务代码输出统一的tgz包格式,并引入了bundle文件,简化了后续的持续部署的实现;我们在开发环境、测试环境、生产环境都salt/foreman来进行统一部署,实现了部署方式的统一。

  2. 我们提到了每个微服务应该对应一个独立的仓库,在实践中,也会碰到一份代码需要生成多份微服务的例子(工具类的微服务),这个需要在持续构建的时候多做点工作。也会碰到一个仓库中包含了多个需要独立部署的微服务,一般建议把它们独立出来,当然也可以在构建这些微服务时共有一个仓库,但每次代码check in都会触发多个微服务的构建。

  3. 实现软件交付的全自动化,为此我们引入了ZooKeeper,并通过各个脚本作为简单的粘合剂来实现各个环节的自动触发,配合完成整个交付的全自动化。

  4. 支持单个微服务的升降级,我们对每个微服务都有版本号,并为了简化部署,我们还引入了bundle,用户在一般情况下只要指定一个bundle的版本,就可以自动把需要的多个微服务部署到目标机上,特殊情况下,也可以具体指定每个微服务的版本号。

  5. 程序与配置分离,在开发环境与测试环境,我们用的同一个Repo server,实现多套环境的部署,生产环境的Repo也只是原始的Repo的一个简单子集。Java war包要求把配置文件打包在里面,其实在原有war包带上版本号的基础上,再配合一个配置文件包,应用统一方法更新即可。

  6. 我们提到在应用程序部署时,不得依赖外网资源。把所有的外部依赖要么在环境准备阶段准备好,要么把依赖打包在可执行包内。在持续构建时候,可以把C/C++、Java lib库包括在可执行包里面;前端比较流行的bower_components等相关文件也可以在持续构建阶段打包进可执行包。

优点回顾

我们提出了一套利用开源软件快速搭建微服务的持续交付的方法,下面分析一下它的优点。

  1. 低侵入性

    在改造已有微服务项目时,我们通过在每个微服务代码仓库添加CI目录来实现配置项的参数化,最大程度上降低了对既有项目的侵入性。而在项目切换到持续交付流程时,只要保持CI目录下的配置为最新。

  2. 低维护成本

    用户在微服务添加配置项或配置文件时,只要往CI目录check in文件(如果是全新的配置项需要在foreman里设置),就可以实现配置文件的自动更新,不需要修改持续构建,持续部署系统本身。

  3. 低耦合

    得益于系统的低耦合,我们可以自由地替换各个部分,Git也可以用SVN,现有流行的持续构建工具对主流的版本控制系统都有很好的支持;Jenkins也可以替换为Teamcity或其他持续构建工具,只要保持输出到Repo的包保持一致;Salt也可以用其他持续部署工具来替换(puppet的file部署目录时source与recurse有冲突,实现salt “file.recurse”的类似效果可能会有障碍);ZooKeeper也可以用etcd或消息队列来轻松替换。

  4. 可以快速切换到Docker部署。

局限性反思

1、基于部署目标机来填写配置信息,配置过程为:

选择机器->选择要部署的微服务集合->设置配置信息。

这需要对每台机器都要配置一遍配置信息,虽然我们之前实现了配置信息的去重。更合理的方式应该是:

返回首页] [打印] [返回上页]   下一篇