PolarisMesh系列文章——概念系列(一)

chuntaojun

北极星是什么?

项目地址:: https://github.com/polarismes...

北极星是腾讯开源的服务发现和治理中心,致力于解决分布式或者微服务架构中的服务可见、故障容错、流量控制和安全问题。虽然,业界已经有些组件可以解决其中一部分问题,但是缺少一个标准的、多语言的、框架无关的实现。

腾讯具有海量的分布式服务,加上业务线和技术栈的多样性,沉淀了大大小小数十个相关组件。从 2019 年开始,我们通过北极星对这些组件进行抽象和整合,打造公司统一的服务发现和治理方案,帮助业务提升研发效率和运营质量。

目前,北极星在腾讯内部的服务注册数量超过百万,日接口调用量超过十万亿,通用性和稳定性都得到了大规模的验证。因此,我们将其贡献到开源社区,希望对其他企业有所帮助,也希望吸引更多开发者参与共建。下面从三个方面介绍北极星。

北极星诞生的背景

让我们回顾一下应用架构发现的历程:

单体架构:

单体架构的所有代码都在一个应用中,单体架构具备系统复杂度低,部署简单,易运维等优点,适合小规模或者初创期的业务。但随着应用模块和开发人员增加,单体应用面临众多问题,例如:

  • 变更成本高:任何修改需要重新部署整个系统;
  • 扩展性差:无法针对某些热点模块进行水平扩展;
  • 故障扩散:某个模块出现故障也会影响其他模块;

微服务架构

对单体架构中的每一层进行细粒度的拆分,可以拆分成功整体更松散,模块更内聚的微服务架构。

微服务架构具备职责单一、平台无关的通信、独立性、进程隔离的特点。

微服务架构具备以下优点:

  • 服务作为组件,可独立部署,独立变更,独立扩缩容。
  • 团队管理变简单,可围绕业务来划分团队。
  • 技术选择可多样性
  • 业务进程及数据独立,故障不会相互影响。

微服务架构的实施中的核心问题

北极星主要解决的是“服务发现及治理”的问题。

北极星解决哪些问题

在分布式架构及微服务架构实施过程中,业务可能面临以下四类问题。北极星以服务为中心,提供一站式解决方案。

问题类型问题示例解决方案
服务可见主调方如何知道被调方的服务地址注册发现
配置可见如何实现服务配置的版本管理、动态下发、按需变更。配置管理
故障容错当被调方的部分实例异常时,如何屏蔽异常实例,屏蔽之后如何恢复熔断降级
当某些主调方的请求量过多时,如何限制这些主调方的请求,避免影响其他主调方的请求访问限流
流量控制被调方包含多个实例,主调方如何确定请求发送到哪个实例,如何保证请求均衡负载均衡
如何实现按地域就近、单元化隔离、金丝雀发布等各种请求调度策略动态路由
外网到内网的调用链路如何进行加密,消息防窃听链路加密
服务资源如何按用户及角色进行授权服务鉴权

北极星具备哪些功能

北极星主要提供以下核心功能,各部分功能都是基于插件化设计,可单独使用,从功能大类来看,分为注册中心、配置中心以及服务网格三类功能:

注册中心

  • 服务注册发现及服务健康检查

    以服务为中心的分布式应用架构,通过服务和注册发现的方式维护不断变化的请求地址,提高应用的扩展能力,降低应用的迁移成本。北极星提供对注册上来的服务实例进行健康检查,阻止主调方对不健康的服务实例发送请求,同时也提供了保护能力,实例剔除超过一定数量则停止剔除,防止因不健康实例过多导致雪崩效应。

配置中心

  • 动态配置
    提供配置管理的功能,支持应用配置、公共配置的订阅发布、版本管理、变更通知,实现应用配置动态生效。

服务网格

  • 路由和负载均衡

    根据请求标签、实例标签和标签匹配规则,对线上流量进行动态调度,可以应用于按地域就近、单元化隔离和金丝雀发布等多种场景。

  • 熔断降级和限流

    提供熔断功能,根据实时采集的错误率等指标,及时熔断异常的服务、接口、实例或者实例分组,降低请求失败率。
    当负载已经超过了系统的最大处理能力时,北极星提供服务限流功能,可针对不同的请求来源和系统资源进行访问限流,避免服务被压垮。

  • 可观测性

    提供服务治理可视化监控视图,支持请求量、请求延时和请求成功率的指标查询,支持服务调用关系和多维度的流量曲线查询,实现服务治理功能和流量观测一体化。

  • Proxyless与Proxy接入

    提供多语言SDK、以及无侵入的JavaAgent,适配用户高性能低长尾时延以Porxyless模式的接入场景;同时提供独立的Sidecar,支持用户的低侵入性、基于流量接管的Proxy模式接入场景。

对比其他产品

虽然业界没有组件的形态和北极星完全相同,但是一些组件的功能和北极星有所重叠,下面介绍北极星和这些组件的区别。

Eureka

从定位上来说,Eureka是服务注册中心,只提供服务发现、服务注册和健康检查功能。北极星是服务发现和治理中心,除服务发现、服务注册和健康检查之外,还提供流量控制、故障容错和安全能力。

从架构上来说,Eureka集群采用异步复制的方式同步数据,每个Server将收到的写请求异步复制给集群内的其他Server。当Client越来越多时,需要扩容Server。但是,增加Server也会增加Server之间的复制请求,导致扩容效果不明显。北极星服务端计算存储分离,计算层节点可以随着客户端节点的增加平行扩展,轻松支持百万级节点接入。

Istio

Istio通过流量劫持的方式实现服务发现和治理,这种方式有些问题。首先,增加了资源消耗和请求延时,特别是CPU消耗,请求量大的业务难以接受。第二,每个企业使用的RPC协议各不相同,目前Istio主要支持HTTP和gRPC,难以快速支持其他RPC协议。第三,流量劫持直接影响业务的每个请求,稳定性和运维工作要求极高。最后,和主流微服务框架无法共存,业务改造的成本大、风险高。

北极星不仅提供无侵入Sidecar,还提供高性能SDK,实现语义相同的服务发现和治理功能,用户可以根据业务场景自行选择。对于请求量大和资源消耗敏感用户,可以在业务应用或者开发框架中集成北极星SDK,快速补齐服务发现和治理功能。

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