10 分鐘理解微服務(wù)、容器和 Kubernetes

什么是微服務(wù)？

什么是微服務(wù)？你應(yīng)該使用微服務(wù)嗎？微服務(wù)與容器和 Kubernetes 有什么關(guān)系？如果這些事情在您的日常生活中不斷出現(xiàn)，并且您需要在 10 分鐘內(nèi)進(jìn)行概述，那么這篇博文適合您。

從根本上講，微服務(wù)只是一個(gè)運(yùn)行在服務(wù)器或虛擬計(jì)算實(shí)例上并響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求的計(jì)算機(jī)程序。

這與典型的 Rails/Django/Node.js 應(yīng)用程序有何不同？它根本上沒有什么不同。事實(shí)上，您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)您的組織中已經(jīng)部署了十幾個(gè)微服務(wù)。沒有任何新的神奇技術(shù)使您的應(yīng)用程序有資格稱為微服務(wù)。微服務(wù)不是由它的構(gòu)建方式來定義的，而是由它如何變成更通用的系統(tǒng)或解決方案來定義的。

那么是如何使服務(wù)成為微服務(wù)呢？一般來說，微服務(wù)的范圍更窄，專注于做好較小的任務(wù)。讓我們通過看一個(gè)例子來進(jìn)一步探索。

微服務(wù)示例：亞馬遜產(chǎn)品列表

讓我們檢查在 Amazon 上為您提供此產(chǎn)品頁面的系統(tǒng)。它包含幾個(gè)信息塊，可能是從不同的數(shù)據(jù)庫中檢索到的：

• 產(chǎn)品描述，包括價(jià)格、標(biāo)題、照片等。
• 推薦項(xiàng)目，即其他人購買的類似書籍。
• 與此項(xiàng)目相關(guān)的贊助商列表。
• 關(guān)于本書作者的信息。
• 顧客評(píng)論。
• 您自己在亞馬遜商店中瀏覽其他商品的歷史記錄。

如果您要快速編寫用于此列表的代碼，那么簡(jiǎn)單的方法將如下所示：

當(dāng)用戶的請(qǐng)求來自瀏覽器時(shí)，它將由 Web 應(yīng)用程序（Linux 或 Windows 進(jìn)程）提供服務(wù)。通常，被調(diào)用的應(yīng)用程序代碼片段稱為請(qǐng)求處理程序。處理程序內(nèi)部的邏輯將依次多次調(diào)用數(shù)據(jù)庫，獲取呈現(xiàn)頁面所需的信息并將其拼接在一起，然后呈現(xiàn)返回給用戶的網(wǎng)頁。很簡(jiǎn)單吧？事實(shí)上，許多 Ruby on Rails 書籍都有類似這樣的教程和示例。那么，你可能會(huì)問，為什么要把事情復(fù)雜化？

想象一下隨著應(yīng)用程序的增長(zhǎng)和越來越多的工程師參與其中會(huì)發(fā)生什么。上面例子中的推薦引擎是由一小群程序員和數(shù)據(jù)科學(xué)家維護(hù)的。有幾十個(gè)不同的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)渲染該頁面的某些組件。這些團(tuán)隊(duì)中的每一個(gè)通常都希望獲得以下自由：

• 更改他們的數(shù)據(jù)庫架構(gòu)。
• 快速且頻繁地將他們的代碼發(fā)布到生產(chǎn)環(huán)境中。
• 使用他們選擇的編程語言或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等開發(fā)工具。
• 在計(jì)算資源和開發(fā)人員生產(chǎn)力之間做出自己的權(quán)衡。
• 偏好維護(hù)/監(jiān)控其功能。

可以想象，隨著時(shí)間的推移，讓團(tuán)隊(duì)就發(fā)布 Web 商店應(yīng)用程序的新版本的所有內(nèi)容達(dá)成一致將變得更加困難。

解決方案是將組件拆分為更小的、獨(dú)立的服務(wù)（也就是微服務(wù)）。

升級(jí)流程變得更小、更笨。它基本上是一個(gè)代理，它簡(jiǎn)單地將傳入的頁面請(qǐng)求分解為幾個(gè)專門的請(qǐng)求，并將它們轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的微服務(wù)，這些微服務(wù)現(xiàn)在是他們自己的進(jìn)程并在其他地方運(yùn)行?！皯?yīng)用微服務(wù)”基本上是專門服務(wù)返回的數(shù)據(jù)的聚合器。您甚至可以完全擺脫它并將該工作卸載到用戶的設(shè)備上，讓此代碼在瀏覽器中作為單頁 JavaScript 應(yīng)用程序運(yùn)行。

其他微服務(wù)現(xiàn)在被分離出來，每個(gè)開發(fā)微服務(wù)的開發(fā)團(tuán)隊(duì)都可以：

• 隨心所欲地部署他們的服務(wù)，而不會(huì)干擾其他團(tuán)隊(duì)。
• 以他們認(rèn)為合適的方式擴(kuò)展他們的服務(wù)。例如，使用他們選擇的 AWS 實(shí)例類型，或者可能在專用硬件上運(yùn)行。
• 擁有自己特定于其服務(wù)的監(jiān)控、備份和災(zāi)難恢復(fù)。

什么是容器？

從技術(shù)上講，容器只是一個(gè)從可執(zhí)行文件產(chǎn)生的進(jìn)程，運(yùn)行在 Linux 機(jī)器上，它有一些限制，例如：

• 容器不允許“看到”所有文件系統(tǒng)，它只能訪問其中的指定部分。
• 一個(gè)容器不允許使用所有的 CPU 或 RAM。
• 容器在如何使用網(wǎng)絡(luò)方面受到限制。

從歷史上看，現(xiàn)代操作系統(tǒng)總是對(duì)進(jìn)程施加限制，例如每個(gè) Linux 進(jìn)程都以系統(tǒng)用戶的權(quán)限運(yùn)行，但是容器化技術(shù)引入了更多可能的限制并使其更加靈活。

基本上，任何 Linux 可執(zhí)行文件都可以受到限制，即可以“容器化”。

大多數(shù)情況下，當(dāng)人們說“容器”時(shí)，他們不僅僅指的是 Linux 進(jìn)程，還指的是可執(zhí)行文件的打包和存儲(chǔ)方式。

類似的工具Docker允許開發(fā)人員獲取他們的可執(zhí)行文件及其依賴項(xiàng)，以及他們想要的任何其他文件，并將它們?nèi)看虬梢粋€(gè)文件。這項(xiàng)技術(shù)與 tarball 之類的存檔沒有太大區(qū)別。Docker 還允許包含一些額外的指令和配置來運(yùn)行這個(gè)打包的可執(zhí)行文件。通常這些文件，通常稱為“容器鏡像”，也稱為容器。

但為了簡(jiǎn)單起見，請(qǐng)記?。?/span>

• 一個(gè)容器就是一個(gè)運(yùn)行受限制的linux進(jìn)程
• 容器鏡像是可執(zhí)行進(jìn)程的依賴和配置打包

容器鏡像是自給自足的。它們將在任何 Linux 機(jī)器上運(yùn)行，因此容器化使得將代碼從開發(fā)人員的機(jī)器復(fù)制（部署）到任何環(huán)境變得更加容易。

微服務(wù)和容器有什么區(qū)別？

我們剛剛了解到，容器只是一種打包、部署和運(yùn)行 Linux 程序/進(jìn)程的方法。您可以將一個(gè)巨大的單體應(yīng)用程序作為容器，也可以擁有一群完全不使用容器的微服務(wù)。

容器是一種有用的資源分配和共享技術(shù)。這是 DevOps 人們感到興奮的事情。微服務(wù)是一種軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)。這是開發(fā)人員感到興奮的事情。

它們是相關(guān)的，但不需要彼此。您可以將單體應(yīng)用部署為容器，也可以擁有不受限制的、非容器化的微服務(wù)。

什么時(shí)候使用微服務(wù)？

微服務(wù)背后的想法并不新鮮。幾十年來，軟件架構(gòu)師一直致力于將單體應(yīng)用程序分解為可重用的組件。

微服務(wù)的好處

微服務(wù)的好處很多，包括：

• 更簡(jiǎn)單的自動(dòng)化測(cè)試；
• 快速靈活的部署模式；
• 更強(qiáng)彈性擴(kuò)縮容。

采用微服務(wù)的另一個(gè)好處是能夠?yàn)楣ぷ鬟x擇最佳工具。應(yīng)用程序的某些部分可以從 C++ 的速度中受益，而其他部分可以從更高級(jí)別語言（例如 Python 或 JavaScript）的生產(chǎn)力提高中受益。

微服務(wù)的缺點(diǎn)

微服務(wù)的缺點(diǎn)包括：

• 需要更仔細(xì)的規(guī)劃；
• 更高的研發(fā)投入；
• 過度設(shè)計(jì)的誘惑。

如果應(yīng)用程序和開發(fā)團(tuán)隊(duì)足夠小并且工作量不具有挑戰(zhàn)性，則通常無需投入額外的工程資源來解決您尚未解決的問題并使用微服務(wù)。但是，如果您開始看到微服務(wù)的利大于弊，這里有一些具體的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：

• 計(jì)算和存儲(chǔ)分離。隨著您對(duì) CPU 能力和存儲(chǔ)需求的增長(zhǎng)，這些資源具有非常不同的擴(kuò)展成本和特性。從一開始就不必依賴本地存儲(chǔ)，這將使您能夠相對(duì)輕松地適應(yīng)未來的工作負(fù)載。這既適用于文件系統(tǒng)等簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)形式，也適用于數(shù)據(jù)庫等更復(fù)雜的解決方案。

• 異步處理。通過添加越來越多的相互調(diào)用的子進(jìn)程或?qū)ο髞碇鸩綐?gòu)建應(yīng)用程序的傳統(tǒng)方法隨著工作負(fù)載的增長(zhǎng)而停止工作，并且應(yīng)用程序本身必須跨多臺(tái)機(jī)器甚至數(shù)據(jù)中心擴(kuò)展。將需要圍繞事件驅(qū)動(dòng)模型重新構(gòu)建應(yīng)用程序。這意味著發(fā)送事件（而不是等待結(jié)果）而不是調(diào)用函數(shù)并同步等待結(jié)果。

• 擁抱消息總線。這是必須實(shí)現(xiàn)異步處理模型的直接后果。隨著您的單體應(yīng)用程序被分解為事件處理程序和事件發(fā)射器，就需要一個(gè)健壯、高性能和靈活的消息總線。有多種選擇，選擇取決于應(yīng)用程序規(guī)模和復(fù)雜性。對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的用例，像 Redis 這樣的東西就可以做到。如果您需要您的應(yīng)用程序真正是云原生的并自行擴(kuò)展和縮減，您可能需要能夠處理來自多個(gè)事件源的事件：從 Kafka 等流管道到基礎(chǔ)設(shè)施，甚至監(jiān)控事件。

• API 版本控制。由于您的微服務(wù)將使用彼此的 API 通過總線相互通信，因此設(shè)計(jì)用于保持向后兼容性的架構(gòu)將是至關(guān)重要的。只需部署一個(gè)微服務(wù)的最新版本，開發(fā)人員就不應(yīng)該要求其他人升級(jí)他們的代碼。這將是向整體方法向后兼容的一步，開發(fā)團(tuán)隊(duì)必須在永遠(yuǎn)支持舊 API 和保持更高的開發(fā)速度之間達(dá)成合理的妥協(xié)。這也意味著 API 設(shè)計(jì)成為一項(xiàng)重要的技能。頻繁的破壞性 API 更改是團(tuán)隊(duì)無法高效開發(fā)復(fù)雜微服務(wù)的原因之一。

• 重新考慮您的安全性。許多開發(fā)人員沒有意識(shí)到這一點(diǎn)，但遷移到微服務(wù)為更好的安全模型創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。由于每個(gè)微服務(wù)都是一個(gè)專門的進(jìn)程，因此最好只允許它訪問所需的資源。這樣，僅一個(gè)微服務(wù)中的漏洞就不會(huì)將系統(tǒng)的其余部分暴露給攻擊者。這與大型單體形成對(duì)比，后者傾向于以更高的特權(quán)（每個(gè)人都需要的超集）運(yùn)行，并且可能導(dǎo)致更多的違規(guī)行為。

Kubernetes 與微服務(wù)有什么關(guān)系？

Kubernetes太復(fù)雜了，無法在此詳細(xì)描述，但值得對(duì)其進(jìn)行概述，因?yàn)楹芏嗳嗽谟嘘P(guān)微服務(wù)的對(duì)話中都會(huì)提到它。

嚴(yán)格來說，Kubernetes（又名 K8s）的主要好處是通過跨多個(gè)進(jìn)程高效共享計(jì)算資源來提高基礎(chǔ)設(shè)施利用率。Kubernetes 是動(dòng)態(tài)分配計(jì)算資源以滿足需求的大師。這允許組織避免為他們不使用的計(jì)算資源付費(fèi)。但是，K8s 的一些附帶好處使向微服務(wù)的過渡變得更加容易。

當(dāng)您將單體應(yīng)用程序分解為單獨(dú)的、松散耦合的微服務(wù)時(shí)，您的團(tuán)隊(duì)將獲得更多的自主權(quán)和自由度。但是，在與微服務(wù)必須運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行交互時(shí)，它們?nèi)匀槐仨毭芮泻献鳌?/span>

您必須解決以下問題：

• 預(yù)測(cè)每個(gè)服務(wù)需要多少計(jì)算資源；
• 這些要求在負(fù)載下如何變化；
• 如何劃分基礎(chǔ)設(shè)施分區(qū)并將它們劃分到微服務(wù)之間；
• 實(shí)施資源限制。

Kubernetes 非常優(yōu)雅地解決了這些問題，并提供了一個(gè)通用框架來描述、檢查和推理基礎(chǔ)設(shè)施資源的共享和利用。這就是為什么采用 Kubernetes 作為微服務(wù)重新架構(gòu)的一部分是一個(gè)好主意。

然而，Kubernetes 是一項(xiàng)需要學(xué)習(xí)的復(fù)雜技術(shù)，而且更難管理。如果可以，您應(yīng)該利用云提供商提供的托管 Kubernetes 服務(wù)。但是，對(duì)于需要跨多個(gè)云提供商和企業(yè)數(shù)據(jù)中心運(yùn)行自己的 Kubernetes 集群的公司來說，這并不總是可行的。

結(jié)論

總結(jié)一下：

• 容器只是具有應(yīng)用受限制的 Linux 進(jìn)程。限制的示例包括允許進(jìn)程使用多少 CPU 或內(nèi)存。Docker 之類的工具允許開發(fā)人員將他們的可執(zhí)行文件與依賴項(xiàng)和附加配置打包在一起。這些包被稱為 鏡像，并且經(jīng)常且容易混淆地也被稱為容器。

• 微服務(wù)并不新鮮。這是一種舊的軟件設(shè)計(jì)模式，由于互聯(lián)網(wǎng)公司的規(guī)模不斷擴(kuò)大，它越來越受歡迎。微服務(wù)不一定要容器化。同樣，單體應(yīng)用程序可以是微服務(wù)。

• 小項(xiàng)目不應(yīng)該回避整體設(shè)計(jì)。它為較小的團(tuán)隊(duì)提供更高的生產(chǎn)力。

• Kubernetes 是由多個(gè)微服務(wù)組成的復(fù)雜應(yīng)用程序的絕佳平臺(tái)。

• Kubernetes 也是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，學(xué)習(xí)曲線陡峭，管理成本非常高。

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