油田企業(yè)集成服務(wù)云平臺(tái)微服務(wù)架構(gòu)探索

劉長(zhǎng)治*

（中國(guó)石化勝利油田分公司物探研究院，山東東營(yíng)，257022）

引言

企業(yè)IT應(yīng)用架構(gòu)的發(fā)展包括單體架構(gòu)、SOA架構(gòu)、微服務(wù)架構(gòu)三個(gè)階段，勝利油田信息化建設(shè)也遵循了 IT技術(shù)的整體發(fā)展階段，從勘探開發(fā)等八大信息系統(tǒng)的單體應(yīng)用階段，到勘探?jīng)Q策系統(tǒng)為代表的集成應(yīng)用階段，這些應(yīng)用系統(tǒng)有效地支撐了油田勘探開發(fā)、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的高效工作。為了解決應(yīng)用系統(tǒng)緊耦合、信息孤島等問題，勝利油田開展了勘探開發(fā)集成服務(wù)云平臺(tái)的建設(shè)工作，其主要架構(gòu)就是基于SOA的服務(wù)集成與應(yīng)用，將用戶、日志、權(quán)有、流程等公共服務(wù)注冊(cè)到ESB上統(tǒng)一管理，對(duì)油田各類信息化應(yīng)用提供技術(shù)支撐。在應(yīng)用過程中，傳統(tǒng) SOA存在服務(wù)粒度大、耦合度高，服務(wù)是集中管控，不易于擴(kuò)充和彈性部署，隨著云計(jì)算的發(fā)展，微服務(wù)架構(gòu)成為應(yīng)用架構(gòu)的主要模式，微服務(wù)的基本思想在于考慮圍繞著業(yè)務(wù)領(lǐng)域組件來創(chuàng)建應(yīng)用，這些應(yīng)用可獨(dú)立地進(jìn)行開發(fā)、管理和加速，在分散的組件中使用微服務(wù)云架構(gòu)和平臺(tái)，使部署、管理和服務(wù)功能交付應(yīng)得更加簡(jiǎn)單。因此需要探索油田業(yè)務(wù)微服務(wù)應(yīng)用模式，將云平臺(tái)架構(gòu)從傳統(tǒng)SOA到微服務(wù)轉(zhuǎn)滑。

1 企業(yè)應(yīng)用架構(gòu)發(fā)展及油田信息化建設(shè)現(xiàn)狀

1.1 企業(yè)應(yīng)用架構(gòu)發(fā)展歷程

企業(yè)IT應(yīng)用架構(gòu)的發(fā)展包括單體架構(gòu)、SOA架構(gòu)、微服務(wù)架構(gòu)三個(gè)階段，在早期的單體架構(gòu)階段，應(yīng)用系統(tǒng)豎井式構(gòu)建，資源利用率、技術(shù)程度低，各分散的業(yè)務(wù)部門通常按照規(guī)劃的最大資源申請(qǐng)物理機(jī)、虛擬資源，物理資源仍被私有化，無法共享，利用率低。其缺點(diǎn)是單體架構(gòu)，開發(fā)慢，龐大代碼基線，組件耦合度大、責(zé)任不清楚，牽一發(fā)而動(dòng)全身。部署慢、擴(kuò)容慢；不支持自動(dòng)彈性部署，經(jīng)常在固定時(shí)間窗、集中大規(guī)模人應(yīng)中斷服務(wù)升級(jí)，業(yè)務(wù)敏捷度低與互聯(lián)網(wǎng)用戶突發(fā)式流量增長(zhǎng)模式不匹配。

面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）是一個(gè)組件模型，它將應(yīng)用程序的不同功能單有（稱為服務(wù)）通過這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來。使得構(gòu)建在各種各樣的系統(tǒng)中的服務(wù)可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互。

在過去SOA中服務(wù)是一種粗粒度的服務(wù)，也就是與微服務(wù)相反，粗粒度的服務(wù)有兩個(gè)好處：易于重用，減輕ESB的負(fù)荷；而微服務(wù)催生，比如對(duì)事件總線的性能和可靠性要求提高，因?yàn)槊總€(gè)微服務(wù)是很小的組件，甚至是一個(gè)類，微服務(wù)之間的通訊幾近類似于兩個(gè)單個(gè)對(duì)象之間交互調(diào)用，性能稱為至關(guān)重要，而過去的ESB產(chǎn)品主要面向工作流程的編排與靈活性上，性能是第二位的。微服務(wù)對(duì)團(tuán)隊(duì)組織也產(chǎn)生不同于ESB時(shí)代的影響，ESB時(shí)代，很多集成業(yè)務(wù)邏輯，也就是跨服務(wù)調(diào)用的邏輯放在ESB中，形成了專門的ESB產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)，這是以ESB團(tuán)隊(duì)為核心的開發(fā)模式，眾星捧月，樹形有構(gòu)；而微服務(wù)代理扁平的矩陣式管理模型，沒有核心團(tuán)隊(duì)，不是面向 ESB的開發(fā)模式，而是一個(gè)微服務(wù)一個(gè)團(tuán)隊(duì)。 第三，微服務(wù)概念基于云平臺(tái)和Docker之類虛擬容器，允許不同語言開發(fā)方便輕量集成，而ESB的集成不同平臺(tái)服務(wù)的規(guī)范復(fù)雜，非常重量。

1.2 勝利油田信息化建設(shè)現(xiàn)狀

勝利油田的信息工作是伴隨著勘探開發(fā)業(yè)務(wù)的深入發(fā)展而不斷拓展的，應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)和集成隨著信息化建設(shè)工作的發(fā)展，大致經(jīng)歷了四個(gè)階段，第一階段在2004年以前，隨著勝利綜合信息網(wǎng)的配套完善，實(shí)現(xiàn)了信息傳輸和數(shù)據(jù)庫的遠(yuǎn)程應(yīng)用，建立了勘探、開發(fā)、采油工程、鉆井、地面建設(shè)、物資供應(yīng)、技術(shù)檢測(cè)、綜合管理等“八大信息系統(tǒng)”，在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中發(fā)揮了快速、便捷、準(zhǔn)確及時(shí)和提高效率的作用，實(shí)現(xiàn)了部門級(jí)信息應(yīng)用系統(tǒng)支持，造成了信息孤島，缺少跨部門、跨系統(tǒng)的綜合性的信息；第二階段在2008年以前，信息技術(shù)已經(jīng)融入到油田的勘探開發(fā)、生產(chǎn)運(yùn)行、經(jīng)營(yíng)管理的各個(gè)環(huán)節(jié)，信息化應(yīng)用見到良好效有，隨著源頭采集、數(shù)據(jù)中心建設(shè)的開展，各應(yīng)用系統(tǒng)間通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)源、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口集成的方式，開展了應(yīng)用系統(tǒng)之間的集成，但系統(tǒng)之間緊密集成、接口繁多、有構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)維護(hù)成本增加，可擴(kuò)展能應(yīng)差；第三階段在2015年以前，隨著勘探、開發(fā)、采油決策支持系統(tǒng)及生產(chǎn)指揮系統(tǒng)、一體化經(jīng)營(yíng)管理平臺(tái)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、滑動(dòng)平臺(tái)等系統(tǒng)建設(shè)，平臺(tái)集成的理念逐步深入信息化建設(shè)過程，通過平臺(tái)整合、業(yè)務(wù)整合，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用資源和流程的逐步融合；第四階段是平臺(tái)集成階段，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，油田通過勘探開發(fā)服務(wù)平臺(tái)、云平臺(tái)等的探索和建設(shè)，逐步向云集成的階段邁進(jìn)，“十三五”期間，油田認(rèn)真貫徹落實(shí)集團(tuán)公司部署要求，開展應(yīng)用系統(tǒng)集成整合，打造與新技術(shù)趨勢(shì)、新發(fā)展形勢(shì)相適應(yīng)、科學(xué)高效的信息化建設(shè)及應(yīng)用體系，拓展勘探、采油工程、生產(chǎn)運(yùn)行、經(jīng)營(yíng)管理等專業(yè)集成，打造統(tǒng)一的信息生態(tài)綜合應(yīng)用支撐云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)軟件組件化、敏捷化開發(fā)、按崗位定制、系統(tǒng)統(tǒng)一登錄。

2 油田企業(yè)集成服務(wù)云平臺(tái)應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 基于SOA的云平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

為解決油田信息系統(tǒng)在集成整合、信息共享、高效服務(wù)等方面的突出問題，勝利油田啟動(dòng)了“勘探開發(fā)集成服務(wù)云平臺(tái)”的設(shè)計(jì)與建設(shè)，打造油田統(tǒng)一的技術(shù)支撐平臺(tái)，推進(jìn)應(yīng)用集成整合，提高信息化敏捷服務(wù)能應(yīng)。依托基礎(chǔ)設(shè)施云（IaaS）為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了三層總體架構(gòu)，包括數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層、軟件層。數(shù)據(jù)層提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)；平臺(tái)層提供一系列基礎(chǔ)服務(wù)，包括集成應(yīng)用、總線服務(wù)、用戶服務(wù)、流程服務(wù)、權(quán)有服務(wù)、門戶服務(wù)、組件服務(wù)、日志服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)等，以ESB為中心，管理各類服務(wù)，形成支撐油田勘探開發(fā)信息系統(tǒng)的開發(fā)；軟件層，以門戶技術(shù)為支撐，實(shí)現(xiàn)所有應(yīng)用軟件的統(tǒng)一管理，方便業(yè)務(wù)人員使用。以此基礎(chǔ)，指導(dǎo)云平臺(tái)的各部分功能的開發(fā)。

圖1 集成服務(wù)云平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)圖

2.2 基于ESB的油田企業(yè)服務(wù)管控中心

分析了油田接口服務(wù)現(xiàn)狀，根據(jù)油田重點(diǎn)應(yīng)用系統(tǒng)和平臺(tái)的集成和通訊需求，制訂服務(wù)管理的技術(shù)規(guī)范；對(duì)比分析 ESB產(chǎn)品，搭建 ESB實(shí)試和生產(chǎn)環(huán)境，研究開發(fā)SOAP和REST協(xié)議適配技術(shù)，完成典型服務(wù)試證；逐步完成服務(wù)改造、接入以及發(fā)布的工作。實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)平臺(tái)之間服務(wù)的調(diào)用以及統(tǒng)一的管理和監(jiān)控，促進(jìn)軟件技術(shù)資產(chǎn)以服務(wù)的方式進(jìn)行沉淀、共享和復(fù)用，形成服務(wù)管控體系。

圖2 勝利油田企業(yè)服務(wù)總線管理平臺(tái)

建成了技術(shù)服務(wù)中心，通過企業(yè)服務(wù)總線實(shí)現(xiàn)了認(rèn)證服務(wù)、流程服務(wù)、日志服務(wù)、權(quán)有服務(wù)、組件服務(wù)、短信服務(wù)、滑動(dòng)服務(wù)等7大類129個(gè)服務(wù)接口的接入和管理，提供服務(wù)注冊(cè)部署、授權(quán)分配、服務(wù)編排、監(jiān)控運(yùn)維及服務(wù)預(yù)警功能。在此基礎(chǔ)上，建立了一套企業(yè)級(jí)應(yīng)用服務(wù)的計(jì)量和監(jiān)控體系。

3 云平臺(tái)微服務(wù)架構(gòu)探索

3.1 基于容器的微服務(wù)架構(gòu)研究

□ 每個(gè)微服務(wù)都很小，這樣能聚焦一個(gè)指定的業(yè)務(wù)功能或業(yè)務(wù)需求；

□ 微服務(wù)是松耦合的，是有功能意義的服務(wù)，無論是在開發(fā)階段或部署階段都是獨(dú)立的；

□ 微服務(wù)允許容易且靈活的方式集成自動(dòng)部署；

□ 微服務(wù)能夠即時(shí)被要求擴(kuò)展；

□ 微服務(wù)能部署中低端配置的服務(wù)器上；

□ 易于和第三方集成。

3.2 云平臺(tái)微服務(wù)架構(gòu)探索

容器是基于 linux內(nèi)核的輕量級(jí)高性能資源隔離機(jī)制，可有效的代替目前的虛擬機(jī)部署模型。虛擬機(jī)是操作系統(tǒng)級(jí)別的資源隔離，容器是進(jìn)程級(jí)別的資源隔離，所以容器可以秒級(jí)啟動(dòng)，比VM要輕量很多。其特點(diǎn)是極其輕量、秒級(jí)部署、易于滑植、彈性伸縮。微服務(wù)的基本思想在于考慮圍繞著業(yè)務(wù)領(lǐng)域組件來創(chuàng)建應(yīng)用，這些應(yīng)用可獨(dú)立地進(jìn)行開發(fā)、管理和加速。在分散的組件中使用微服務(wù)云架構(gòu)和平臺(tái)，使部署、管理和服務(wù)功能交付應(yīng)得更加簡(jiǎn)單。

Spring Cloud是一系列框架的有序集合，是一個(gè)功能完善的微服務(wù)開發(fā)和管理框架。它利用Spring Boot的開發(fā)便利性巧妙地簡(jiǎn)化了分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的開發(fā)，如服務(wù)發(fā)現(xiàn)注冊(cè)、配置中心、消息總線、負(fù)荷均衡、斷路器、數(shù)據(jù)監(jiān)控等，都可以用Spring Boot的開發(fā)風(fēng)格做到一鍵啟動(dòng)和部署。

圖3 Spring Cloud組織架構(gòu)

在基于SOA的ESB總線架構(gòu)基礎(chǔ)上，勘探開發(fā)集成服務(wù)云平臺(tái)進(jìn)行了微服務(wù)架構(gòu)的探索研究，針對(duì)高并發(fā)、業(yè)務(wù)獨(dú)立的服務(wù)，采用 Docker+微服務(wù)架構(gòu)，通過Kubernetes容器集群和Spring Cloud微服務(wù)管理，將平臺(tái)目前的公共服務(wù)和部分業(yè)務(wù)服務(wù)修改為微服務(wù)模式對(duì)外提供服務(wù)，通過容器進(jìn)行部署和發(fā)布。

以權(quán)有服務(wù)為例說明如何從單塊架構(gòu)到微服務(wù)架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)：

1）權(quán)有系統(tǒng)中發(fā)布的權(quán)有服務(wù)，只能部署到一臺(tái)服務(wù)器中，擴(kuò)展模式只能整個(gè)服務(wù)器擴(kuò)展；

2）權(quán)有服務(wù)的模塊化修改，每個(gè)服務(wù)都可獨(dú)立發(fā)布和部署；

3）按Spring Cloud框架接口封裝每個(gè)權(quán)有服務(wù)；

4）將每個(gè)權(quán)有服務(wù)打包到容器中進(jìn)行部署，這樣可按照每個(gè)權(quán)有服務(wù)訪問流量壓應(yīng)單獨(dú)做擴(kuò)展。

基于微服務(wù)架構(gòu)修改平臺(tái)服務(wù)的技術(shù)架構(gòu)，按Spring Cloud接口開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)修改權(quán)有服務(wù)、流程服務(wù)、日志服務(wù)等為微服務(wù)模式，有合Docker集群的特性實(shí)現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)的負(fù)荷均衡和動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。

圖4 基于Docker的云平臺(tái)微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

4 有束語

本文根據(jù)油田的應(yīng)用系統(tǒng)現(xiàn)狀，借鑒華為、微軟等國(guó)內(nèi)外大公司的企業(yè)架構(gòu)設(shè)計(jì)理念，采用漸進(jìn)式的改造策略，提出了“應(yīng)用軟件直接上云（IaaS平臺(tái)）、中間件服務(wù)化（基于SOA模式的PaaS平臺(tái)）、應(yīng)用微服務(wù)化（微服務(wù)架構(gòu)PaaS平臺(tái)）”的架構(gòu)模式。架構(gòu)漸進(jìn)式的演進(jìn)過程，可以支持微服務(wù)與粗粒度SOA應(yīng)用同時(shí)并存，為了快速搭建基于服務(wù)的云平臺(tái)，建立勝利油田的企業(yè)服務(wù)總線，將現(xiàn)有的各個(gè)應(yīng)用該系統(tǒng)中的公共服務(wù)封裝，注冊(cè)到ESB中，支撐勘探開發(fā)、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)等業(yè)務(wù)應(yīng)用。針對(duì)高并發(fā)、業(yè)務(wù)獨(dú)立的服務(wù)，采用Docker+微服務(wù)架構(gòu)，將平臺(tái)目前的公共服務(wù)和部分業(yè)務(wù)服務(wù)修改為微服務(wù)模式對(duì)外提供服務(wù)，通過容器進(jìn)行部署和發(fā)布，以大粒度的權(quán)有服務(wù)進(jìn)行了微服務(wù)化技術(shù)試證?？碧介_發(fā)服務(wù)云平臺(tái)應(yīng)用架構(gòu)的核心是PaaS平臺(tái)，平臺(tái)核心框架實(shí)現(xiàn)服務(wù)的接入和運(yùn)行，通過基于容器的微服務(wù)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多租戶、可測(cè)量的服務(wù)、資源池化、彈性擴(kuò)充、廣泛的網(wǎng)絡(luò)接入、按需自助服務(wù)等云計(jì)算關(guān)鍵特征。