更安全、更低耗的微服务架构改造之道
资讯
2024-01-27
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本文分享自华为云社区《【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-云社区-华为云》，作者：杨奕 华为云技术规划专家。
在以往的文章《【华为云Stack】【大架光临】第10期：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-云社区-华为云》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的程序，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KONG、APISIX、Envoy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。
- 参考链接：https://sermant.io/zh/document/plugin/springboot-registry.html#%E8%AF%A6%E7%BB%86%E6%B2%BB%E7%90%86%E8%A7%84%E5%88%99
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.
- 本步骤可选。如跳过，则需要手动改变应用部署脚本加载sermant javaAgent。
- 参考链接：https://sermant.io/zh/document/user-guide/injector.html
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
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本文分享自华为云社区《【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-云社区-华为云》，作者：杨奕 华为云技术规划专家。
在以往的文章《【华为云Stack】【大架光临】第10期：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-云社区-华为云》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的程序，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KONG、APISIX、Envoy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。
- 参考链接：https://sermant.io/zh/document/plugin/springboot-registry.html#%E8%AF%A6%E7%BB%86%E6%B2%BB%E7%90%86%E8%A7%84%E5%88%99
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.
- 本步骤可选。如跳过，则需要手动改变应用部署脚本加载sermant javaAgent。
- 参考链接：https://sermant.io/zh/document/user-guide/injector.html
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。
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GitHub 仓库地址：
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