#冲刺创作新星#云原生架构之服务发现与注册-总述 原创

KaliArch
发布于 2022-10-1 19:20
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一 服务注册与发现

1.1 服务发现概述

在微服务架构中,由于服务众多且单个服务具有多个实例,同时部署在Kubernetes集群中,实例的IP地址是可能随时变化的,需针对该情况对服务调用进行集中统一管理,因此引入服务注册发现机制。
服务注册和发现的意思是服务进程在注册中心注册自己的位置,客户端应用进程向注册中心发起查询,来获取服务的位置,服务发现的一个重要作用就是提供一个可用的服务列表。
通过统一集中化管理,使得服务直接仅通过服务名称即可调用,无需知道具体实例的IP地址。

1.2 业界主流服务注册发现方案

1.2.1 Eureka

Eureka 强调最终一致性(在有限的时间内(例如 3s 内)将数据收敛到一致状态)采用AP ,在牺牲数据一致性的情况下最大程度保障服务的可用性,服务端和客户端都是 Java 编写的,针对微服务场景,并且和 Netflix 的其他开源项目以及 Spring Cloud 都有着非常好的整合,具备良好的生态。
服务注册相对要快,因为不需要等注册信息replicate到其他节点,也不保证注册信息是否replicate成功,当数据出现不一致时,虽然A, B上的注册信息不完全相同,但每个Eureka节点依然能够正常对外提供服务,这会出现查询服务信息时如果请求A查不到,但请求B就能查到。如此保证了可用性但牺牲了一致性。
参考链接:https://spring.io/projects/spring-cloud-netflix?spm=a2c6h.12873639.article-detail.4.296c46cf7GjUZa

1.2.2 Nacos

Spring Cloud Alibaba 技术体系中的 Nacos,提供了两个重要的功能:注册中心(服务注册与发现)功能和配置中心功能。
其中注册中心解决了微服务调用中,服务提供者和服务调用者的解耦,让程序开发者可以无需过多的关注服务提供者和调用者的运行细节,只需要通过 Nacos 的注册中心就可以实现两者的互联互通,相当于实现了远程服务本地化,并且提供了健康检查等机制。

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1.2.3 Consul

Consul 由 HashiCorp 开源,是支持多个平台的分布式高可用系统。Consul 使用 Golang 语言实现,主要用于实现分布式系统的服务发现与配置,基于 Raft 算法,其是分布式、高可用和可横向扩展的,提供以下主要特性:

  • 服务发现:可以使用 HTTP 或者 DNS 的方式将服务实例的元数据注册到 Consul,和通过 Consul 发现所依赖服务的元数据列表。
  • 检查检查:Consul 提供定时的健康检查机制,定时请求注册到 Consul 中的服务实例提供的健康检查接口,将异常返回的服务实例标记为不健康。
  • Key/Value:Consul 提供了 Key/Value 存储功能,可以通过简单的 HTTP 接口进行使用。
  • 多数据中心:Consul 使用 Raft算法来保证数据一致性,提供了开箱即用的多数据中心功能。
    服务注册相比Eureka会稍慢一些。因为Consul的raft协议要求必须过半数的节点都写入成功才认为注册成功
    Leader挂掉时,重新选举期间整个consul不可用。保证了强一致性但牺牲了可用性。

参考链接:https://www.consul.io/docs/discovery/services

1.2.4 Zookeeper

是Apache Hadoop 的一个子项目,它主要是用来解决分布式应用中经常遇到的一些数据管理问题。ZooKeeper是按照CP原则构建的,也就是说它能保证每个节点的数据保持一致,而为ZooKeeper加上缓存的做法的目的是为了让ZooKeeper变得更加可靠(available)。
Zookeeper的服务注册与发现,主要应用的是Zookeeper的Znode数据模型和Watcher机制,主要分为如下几个步骤:
服务注册:服务提供者(Provider)启动时,会向Zookeeper服务端注册服务信息,即会在Zookeeper服务器上创建一个服务节点,并在节点上存储服务的相关数据(如服务提供者的ip地址、端口等),比如注册一个用户注册服务(user/register):
服务发现:服务消费者(Consumer)启动时,会根据本身依赖的服务信息,向Zookeeper服务端获取注册的服务信息并设置Watch,获取到注册的服务信息之后将服务提供者信息缓存在本地,调用服务时直接根据从Zookeeper注册中心获取到的服务注册信息调用服务,比如发现用户注册服务(user/register)并调用。

1.2.5 Etcd

Etcd 是由 CoreOS 开源,采用 Golang 语言编写的分布式、高可用的 Key/Value 存储系统,主要用于服务发现和配置共享,并通过Raft 一致性算法处理日志复制以保证强一致性。Ectd 的经典应用场景有:

  • Key/Value 存储:Etcd 支持 HTTP RESTful API,提供强一致性、高可用的数据存储能力。
  • 服务发现:通过在 Etcd 中注册某个服务的目录,服务实例连接 Etcd 并在目录下发布对应 IP 和 Port 以供调用方使用,可以有效实现服务注册与发现的功能;
  • 消息发布与订阅:通过 Etcd 的 Watcher 机制,可以使订阅者订阅他们关心的目录。当消息发布者修改被监控的目录内容时,可以将变化实时通知给订阅者。
    Raft 一致性算法处理日志复制以保证强一致性。etcd像是专门为集群环境的服务发现和注册而设计,它提供了数据 TTL 失效(etcd的 租约模式:客户端申请 一个租约 并设置 过期时间,每隔一段时间 就要 请求 etcd 申请续租。客户端可以通过租约存key。如果不续租 ,过期了,etcd 会删除这个租约上的 所有key-value。类似于心跳模式。)、数据改变监视、多值、目录监听、分布式锁原子操作等功能,可以方便的跟踪并管理集群节点的状态。
    服务注册与发现内容:
  • 服务注册:同一service的所有节点注册到相同目录下,节点启动后将自己的信息注册到所属服务的目录中。
  • 健康检查:服务节点定时发送心跳,注册到服务目录中的信息设置一个较短的TTL,运行正常的服务节点每隔一段时间会去更新信息的TTL。
  • 服务发现:通过名称能查询到服务提供外部访问的 IP 和端口号。比如网关代理服务时能够及时的发现服务中新增节点、丢弃不可用的服务节点,同时各个服务间也能感知对方的存在。
    Etcd与Zookeeper功能有很多类似,但Zookeeper的部署维护复杂,管理员需要掌握一系列的知识和技能;而Paxos强一致性算法也是素来以复杂难懂而闻名于世;另外,Zookeeper的使用也比较复杂,需要安装客户端,官方只提供了java和C两种语言的接口。

参考链接:http://devo.ps/blog/zookeeper-vs-doozer-vs-etcd/

1.2.6 K8s service

参考:云原生架构之服务发现与注册-Kubernetes中服务注册发现
总体来说K8s的服务注册与发现通过Etcd+CordDNS来实现,其中又包含了endpoints/kube-proxy等组件的协同。

1.3 方案对比

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二 架构迭代转下

目前业务架构使用consul 进行服务注册发现,将Consul部署在K8s集群中。

Consul Server采用StatefulSet部署,Consul client采用DaemonSet部署。

三 遇到问题

部署有Consul 相关服务的Node异常重启后,consul server发生变化,单服务内使用HOST仍然为老的consul 地址,造成服务异常,需要深入分析,待dev环境K8s部署完成后,进行模拟测试,进一步复现故障,找寻解决方案。

四 改进方向

由于目前业务采用容器部署在在k8s环境中,在考虑上isito之前,尽可能贴近云原生架构进行改造。

4.1 东西流量

  • 采用springboot+原生K8s service进行服务注册发现。
  • 采用springcloudkubernetes方式引入jar包进行服务注册发现。

4.2 南北流量

南北流量主要为gateway 的服务注册发现使用K8s 原生资源实现。

五 改进方案

5.1 Springcloudkubernetes服务注册发现方案(东西流量)

通常将spring cloud应用上K8s集群,使用spring cloud kubernetes,服务注册依旧为使用k8s服务注册,服务发现利用其discover可以通过K8s api发现一个服务后的一组实例,负载均衡使用spring cloud kubernetes ribbon实现(改方案负责均衡为客户端负载均衡)。

5.2 SpringBoot+K8s service服务注册发现方案(东西流量)

将spring cloud应用上K8s集群,服务注册直接使用K8s service,即为服务绑定service,服务发现使用K8s service(该方案负责均衡为服务端负载均衡)。

5.3 Springboot gateway+K8s服务注册发现方案(南北流量)

springboot gateway 服务利用spring cloud kubernetes进行调用K8s API获取service服务发现,进行路由转发。

参考链接

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