以下主要介绍
PaaS
平台设计架构中使用到的方法论,统称为12-Factor(要素)
软件通常会作为一种服务来交付,即软件即服务(SaaS)。12-Factor
原则为构建SaaS应用提供了以下的方法论
:
- 使用标准化流程自动配置,减少开发者的学习成本。
- 和操作系统解耦,使其可以在各个系统间提供最大的移植性。
- 适合部署在现代的云计算平台上,从而在服务器和系统管理方面节省资源。
- 将开发环境与生产环境的差异降至最低,并使用持续交付实施敏捷开发。
- 可以在工具、架构和开发流程不发生明显变化的前提下实现拓展
该理论适应于任何语言和后端服务(数据库、消息队列、缓存等)开发的应用程序。
一份基准代码,多份部署
应用代码使用版本控制系统
来管理,常用的有Git
、SVN
等。一份用来跟踪代码所有修订版本的数据库称为代码库
。
基准代码和应用之间总是保持一一对应的关系:
- 一旦有多个基准代码,则不能称之为一个应用,而是一个分布式系统。分布式系统中的每个组件都是一个应用,每个应用都可以使用
12-Factor
原则进行开发。 - 多个应用共享一份基准代码有悖于
12-Factor
原则。解决方法是将共享的代码拆成独立的类库,通过依赖管理去使用它们。
每个应用只对应一份基准代码,但可以同时存在多份的部署,每份部署相当于运行了一个应用的实例。
多份部署的区别在于:
- 可以存在不同的配置文件对应不同的环境。例如开发环境、预发布环境、生产环境等。
- 可以使用不同的版本。例如开发环境的版本可能高于预发布环境版本,还没同步到预发布环境版本,同理,预发布环境版本可能高于生产环境版本。
显式声明依赖关系
大多数的编程语言都会提供一个包管理系统
或工具,其中包含所有的依赖库
,例如Golang的vendor目录存放了该应用的所有依赖包。
12-Factor原则下的应用会通过依赖清单
来显式确切地声明所有的依赖项。在运行工程中通过依赖隔离工具
来保证应用不会去调用系统中存在但依赖清单中未声明的依赖项。
显式声明依赖项的优点在于可以简化环境配置流程,开发者关注应用的基准代码,而依赖库则由依赖库管理工具来管理和配置。例如,Golang中的包管理工具dep等。
在环境中存储配置
通常,应用的配置在不同的发布环境中(例如:开发、预发布、生产环境)会有很大的差异,其中包括:
- 数据库、Redis等后端服务的配置
- 每份部署特有的配置,例如域名
- 第三方服务的证书等
12-Factor原则要求代码和配置严格分离,而不应该通过代码常量的形式写在代理里面。配置在不同的部署环境中存在大幅差异,但是代码却是完全一致的。
判断一个应用是否正确地将配置排除在代码外,可以看应用的基准代码是否可以立即开源而不担心暴露敏感信息。
12-Factor原则建议将应用的配置存储在环境变量中,环境变量可以方便在不同的部署环境中修改,而不侵入原有的代码。(例如,k8s的大部分代码配置是通过环境变量的方式来传入的)。
12-Factor应用中,环境变量的粒度要足够小且相对独立。当应用需要拓展时,可以平滑过渡。
把后端服务当作附加资源
后端服务指程序运行时所需要通过网络调用的各种服务,例如:数据库(MySQL,CouchDB),消息/队列系统(RabbitMQ,Beanstalkd),SMTP 邮件发送服务(Postfix),以及缓存系统(Memcached)。
其中可以根据管理对象分为本地服务
(例如本地数据库)和第三方服务
(例如Amason S3)。对于12-Factor应用来说都是附加资源,没有区别对待,当其中一份后端服务失效后,可以通过切换到原先备份的后端服务中,而不需要修改代码(但可能需要修改配置)。12-Factor应用与后端服务保持松耦合的关系。
严格分离构建和运行
基准代码转化成一份部署需要经过三个阶段:
- 构建阶段:指代码转化为可执行包的过程。构建过程会使用指定版本的代码,获取依赖项,编译生成二进制文件和资源文件。
- 发布阶段:将构建的结果与当前部署所需的配置结合,并可以在运行环境中使用。
- 运行阶段(运行时):指针对指定的发布版本在执行环境中启动一系列应用程序的进程。
12-Factor应用严格区分构建、发布、运行三个步骤,每一个发布版本对应一个唯一的发布ID,可以使用时间戳或递增的版本序列号。
如果需要修改则需要产生一个新的发布版本,如果需要回退,则回退到之前指定的发布版本。
新代码部署之前,由开发人员触发构建操作,构建阶段可以相对复杂一些,方便错误信息可以展示出来得到妥善处理。运行阶段可以人为触发或自动运行,运行阶段应该保持尽可能少的模块。
以一个或多个无状态进程运行应用
12-Factor应有的进程必须是无状态且无共享的,任何需要持久化的数据存储在后端服务中,例如数据库。
内存区域和磁盘空间可以作为进程的缓存,12-Factor应用不需要关注这些缓存的持久化,而是允许其丢失,例如重启的时候。
进程的二进制文件应该在构建阶段执行编译而不是运行阶段。
当应用使用到粘性Session
,即将用户的session数据缓存到进程的内存中,将同一用户的后续请求路由到同一个进程。12-Factor应用反对这种处理方式,而是建议将session的数据保存在redis/memcached带有过期时间的缓存中。
通过端口绑定提供服务
应用通过端口绑定来提供服务,并监听发送至该端口的请求。端口绑定的方式意味着一个应用也可以成为另一个应用的后端服务,例如提供某些API请求。
通过进程模型进行扩展
12-Factor应用中,开发人员可以将不同的工作分配给不同类型进程,例如HTTP请求由web进程来处理,常驻的后台工作由worker进程来处理(k8s的设计中就经常用不同类型的manager来处理不同的任务)。
12-Factor应用的进程具备无共享、水平分区的特性,使得水平扩展较为容易。
12-Factor应用的进程不需要守护进程或是写入PID文件,而是通过进程管理器(例如 systemd)来管理输出流,响应崩溃的进程,以及处理用户触发的重启或关闭超级进程的操作。
快速启动和优雅终止可最大化健壮性
12-Factor应用的进程是易处理
的,即它们可以快速的开启或停止,这样有利于快速部署迭代和弹性伸缩实例。
进程应该追求最小的启动时间,这样可以敏捷发布,增加健壮性,当出现问题可以快速在别的机器部署一个实例。
进程一旦接收到终止信号(SIGTERM)
就会优雅终止
。优雅终止指停止监听服务的端口,拒绝所有新的请求,并继续执行当前已接收的请求,然后退出。
进程还需在面对突然挂掉的情况下保持健壮性,例如通过任务队列
的方式来解决进程突然挂掉而没有完成处理的事情,所以应该设计为任务执行是幂等
的,可以被重复执行,重复执行的结果是一致的。
尽可能的保持开发,预发布,线上环境相同
不同的发布环境可能存在以下差异:
- 时间差异:开发到部署的周期较长。
- 人员差异:开发人员只负责开发,运维人员只负责部署。分工过于隔离。
- 工具差异:不同环境的配置和运行环境,使用的后端类型可能存在不同。
应尽量缩小本地与线上的差异,缩短上线周期,开发运维一体化,保证开发环境与线上运行的环境一致(例如,可以通过Docker容器的方式)。
把日志当作事件流
日志应该是事件流
的汇总。12-Factor应用本身不考虑存储自己的日志输出流,不去写或管理日志文件,而是通过标准输出(stdout)的方式。
日志的标准输出流可以通过其他组件截获,整合其他的日志输出流,一并发给统一的日志中心处理,用于查看或存档。例如:日志收集开源工具Fluentd。
截获的日志流可以输出至文件,或者在终端实时查看。最重要的是可以发送到Splunk
这样的日志索引及分析系统,提供后续的分析统计及监控告警等功能。例如:
- 找出过去一段时间的特殊事件。
- 图形化一个大规模的趋势,如每分钟的请求量。
- 根据用户定义的条件触发告警,如每分钟报错数超过某个警戒线。
后台管理任务当作一次性进程运行
开发人员经常需要执行一些管理或维护应用的一次性任务,一次性管理进程应该和常驻进程使用相同的运行环境,开发人员可以通过ssh方式来执行一次性脚本或任务。
参考: