流量调度、微服务可寻址性和注册中心

前言

现代计算机基于计算、存储和调度的体系， 于是现代架构都是围绕这三大话题不断演进。

在基础架构部， 也是主要为了解决这三个难题，为业务事业部提供透明的、高可用、可快速伸缩的 三大能力， 我们组主要负责 [流量调度] 这个话题,下面是一些宏观的技术笔记。

在单体结构， 流量调度是直观且无感的(DNS+Nginx就可以完成一次流量调度)。
演进到 微服务结构（服务粒度变得更细、服务伸缩更灵活(上下线更加频繁)，团队松耦合），流量调度并没有消失，而是变得更加复杂。

关键名词解释

1. 控制平面/数据平面

控制平面： 内含路由表、负责路由控制， 引导流量的走向，注重“引导”， 属于核心旁路业务，  例如路由表、微服务中的注册中心

数据平面：又叫转发平面，根据控制平面的路由逻辑，业务流量的实际走向， 例如：路由节点，网关节点

控制面很多属于核心旁路业务：要求一致性=> raft协议。 控制面和数据面一起构成了 SDN software define network： 不用调整硬件配置，依靠控制面的软件变更，引导流量在数据面被合理分配。

2. 东西/南北流量

南北流量： 业务客户端--->服务器；
东西流量： 数据中心内或者数据中心之间的服务间调用；

东西/南北流量都属于数据平面流量。

服务治理的演进

服务治理的基石是动态服务发现， 阿里云服务治理的演进 大而全，这里只记录我的理解。

阶段	目标	手段
孵化期	动态服务发现	客户端/服务端服务发现，负载均衡
成长期	提高开发和迭代效率	规范API、 统一配置、 版本管理
成熟期	部署边界、链路追踪，弹性伸缩	服务预热、优雅下线、监控追踪、限流,熔断, 回退

核心的技能点

1. 为什么需要注册中心？

并不是微服务催生了 注册中心，而是微服务强化了注册中心。

早期DNS+nginx 就能完成单体的 流量调度，但是不管是DNS解析出ip， 还是nginx解析出upstream ，底层都有注册中心的影子。

这里面有一个addressability的概念，也即服务可寻址性, 服务必须有一个唯一的可寻址的名字，这个名字不依赖于部署环境，表征一组可以处理流量的实例资源。

对于资源，必定存在CRUD交互，这便是部署平台和服务发现,与此同时当实例出现故障时，注册中心必须能够指示服务现在在何处运行。

很多时候除了在部署层面，存在健康探测告知业务方目前的应用就绪情况； 实际在接流的时候，负载层还会有自己的主动健康检查探测。

2. 规范API接口， 统一配置 , 集中式日志

• 提高开发迭代效率，统一使用一种method、body payload形式的API接口(规避错误格式的传参导致的撕逼)、

各个团队是松耦合的关系，上下游的变更并不会主动通知，故需要版本管理（低版本不能直接下线）、提供给开发团队的版本调试接口。

• 不用上n台实例修改配置
• 集中式日志，不需要上n台机器拿日志， 通过聚合日志指标探究应用运行状态。

3. 服务发现

服务发现是服务治理的基石，三板斧： 注册、心跳、寻址。

• 部署系统做[注册]动作。
• 微服务客户端寻址
• 主动上报心跳/注册中心主动探活： 维护实例资源状态。

存在两种模式： 客户端服务发现、服务器服务发现， 核心区别在于 ： 客户端是否保存服务列表信息。

4. 负载均衡

先得有负载、再能谈论均衡

均衡策略：

• 随机
• 轮询
• 带权轮询
• 根据后端实例服务质量动态调度

最近思考了一个问题，负载均衡不仅是拿到服务的可用实例列表，然后做流量均分； 其实负载均衡的存在也为我们无损切流提供了契机。

5. 飞机起飞和降落最容易出事故

• 服务预热： 服务进程启动，等待业务配置/缓存就绪，再向注册中心通报实例资源就绪，可以接流。
• 优雅下线: 下线时设置服务终止时间(30s)，处理在途流量， 不再接收新的请求流量。

6. 限流 熔断

链路上部分服务的状态会影响整个链路（雪崩）， 故需要保障微服务链路的高可用 => 服务的熔断、限流

熔断： 熔断掉对于下游的调用； 限流： 限制进入本应用的流量。

不管是客户端服务发现，还是服务器服务发现，都存在注册中心，也可以叫名字服务，是流量调度的基石，统一了流量调度的入口。

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现代互联网结构，流量在打到应用之前，都会以对应的姿势接入某种负载层。

大多数时候，流量其实不care某个特定的应用实例，更在意的是服务的可用性；

服务端服务发现，在客户端和接流应用之间形成了一个负载层，除了负载均衡外，还提供了故障转移和无损扩缩容、无损切流的契机，这些都涉及动态上下线实例， 不同负载层有不同的接流姿势。

基于nginx7层负载的动态服务发现

我们着重聊一聊基于nginx主机名字的动态服务发现(服务端服务发现)。

nginx做反向代理，负载均衡的时候，我们关注nginx [http配置节]的上下文[server配置节][upstream配置节]。

上面这个配置，nginx会匹配请求的Host头与server_name指令，决定该请求转发给哪一个upstream虚拟主机。

相关知识，请关注Host请求头在虚拟主机服务多网域服务中的关键作用

利用nginx的第三方组件nginx_http_dyups_module，可以做到动态修改upstream的配置。

This module can be used to update your upstream-list without reloadding Nginx.

daemon off;
error_log logs/error.log debug;

events {
}

http {
    upstream test_upstream {
         server 127.0.0.1:8088;
         server 127.0.0.1:8089;
     }

    server {
        listen   80;

        location / {
            # The upstream here must be a nginx variable
             set $up test_upstream ;
             proxy_pass http://$up;
        }
    }

    server {                    # server1
        listen 8088;
        location / {
            return 200 "8088";
        }
    }

    server {                    # server2
        listen 8089;
        location / {
            return 200 "8089";
        }
    }

    server {                      # server3
        listen  8090;
        location / {
           return 200  "8090" ;
       }
    }

    server {                   #  dyups moudle在8081端口监听CRUD
        listen 8081;
        location / {
            dyups_interface;
        }
    }
}

1. 该组件默认不被编译进tengine(淘宝开源的具备强特性的nginx分发版)，请使用--with-http_dyups_module配置参数启用。

./configure --add-module=./modules/ngx_http_upstream_dyups_module              // 配置成静态组件
 make             // 编译
 make install     // 安装

2. 需要添加dyups_interface指令激活[动态修改upstream配置]能力

/detail get all upstreams and their servers
/list get the list of upstreams
/upstream/name find the upstream by it's name

/upstream/name update one upstream， 这个api也能新增upstream-server

body commands;
body server ip:port;

/upstream/name delete one upstream

3. 演示利用dyups api在不重启nginx的情况下修改upstream配置。

查询所有upstream和server：localhost:8081/detail

test_upstream
server 127.0.0.1:8088 weight=1 max_conns=0 max_fails=1 fail_timeout=10 backup=0 down=0
server 127.0.0.1:8089 weight=1 max_conns=0 max_fails=1 fail_timeout=10 backup=0 down=0

// `curl 127.0.0.1` ==> 显示server1 server2的响应
//  output: 8088或者8089

修改test_upstream： curl -d "server 127.0.0.1:8090;" localhost:8081/upstream/test_upstream

// `curl localhost:8081/detail`
test_upstream
server 127.0.0.1:8090 weight=1 max_conns=0 max_fails=1 fail_timeout=10 backup=0 down=0

//  `curl 127.0.0.1` ===> 显示server3的响应
// output: 8090

以上是对于流量调度这个大的topic的理解，限于篇幅，战术性动作没有展开，路漫漫其修远兮，文辞拙劣，如果错误或者不同见解，欢迎留言探讨。