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  第4题      
  知识点:   软件架构   背景   进程   数据存储   微服务   自动化

 
微服务架构及其应用。
近年来,随着互联网行业的迅猛发展,公司或组织业务的不断扩张,需求的快速变化以及用户量的不断增加,传统的单块(Monolithic)软件架构面临着越来越多的挑战,已逐渐无法适应互联网时代对软件的要求。在这一背景下,微服务架构模式(Microservice Architecture Pattern)逐渐流行,它强调将单一业务功能开发成微服务的形式,每个微服务运行在一个进程中;采用HTTP等通用协议和轻量级API实现微服务之间的协作与通信。这些微服务可以使用不同的开发语言以及不同数据存储技术,能够通过自动化部署工具独立发布,并保持最低限制的集中式管理。
 
问题:4.1   请围绕“论微服务架构及其应用”论题,依次从以下三个方面进行论述。
1.概要叙述你参与管理和开发的、采用微服务架构的软件开发项目及在其中所担任的主要工作。
2.与单块架构相比较,微服务架构有哪些特点?请列举至少4个特点并进行说明。
3.结合你参与管理和开发的软件开发项目,描述该软件的架构,说明该架构是如何采用微服务架构模式的,并说明在采用微服务架构后,在软件开发过程中遇到的实际问题和解决方案。
 
 
 

   知识点讲解    
   · 软件架构    · 背景    · 进程    · 数据存储    · 微服务    · 自动化
 
       软件架构
        随着嵌入式技术的发展,特别是在后PC时代,嵌入式软件系统得到了极大的丰富和发展,形成了一个完整的软件体系,如下图所示。这个体系自底向上由3部分组成,分别是嵌入式操作系统、支撑软件和应用软件。
        
        嵌入式系统的软件架构
        嵌入式操作系统(Embedded Operating System,EOS)由操作系统内核、应用程序接口、设备驱动程序接口等几部分组成。嵌入式操作一般采用微内核结构。操作系统只负责进程的调度、进程间的通信、内存分配及异常与中断管理最基本的任务,其他大部分的功能则由支撑软件完成。
        嵌入式系统中的支撑软件由窗口系统、网络系统、数据库管理系统及Java虚拟机等几部分组成。对于嵌入式系统来讲,软件的开发环境大部分在通用台式计算机和工作站上运行,但从逻辑上讲,它仍然被认为是嵌入式系统支撑软件的一部分。支撑软件一般用于一些浅度嵌入的系统中,如智能手机、个人数字助理等。
        嵌入式系统中的应用软件是系统整体功能的集中体现。系统的能力总是通过应用软件表现出来的。
 
       背景
        .项目的承担者。
        .用户。
        .本项目和其他系统或机构的关系和联系。
 
       进程
        简单而言,一个进程就是一个正在运行的程序。一般来说,一个进程至少应该包括以下几个方面的内容。
        .相应的程序:进程既然是一个正在运行的程序,当然需要有相应程序的代码和数据。
        .CPU上下文:指程序在运行时,CPU中各种寄存器的当前值,包括:程序计数器,用于记录将要取出的指令的地址;程序状态字,用于记录处理器的运行状态信息;通用寄存器,用于存放数据或地址;段寄存器,用于存放程序中各个段的地址;栈指针寄存器,用于记录栈顶的当前位置。
        .一组系统资源:包括操作系统用来管理进程的数据结构、进程的内存地址空间、进程正在使用的文件等。
        进程有动态性、独立性和并发行三个特性。
        (1)动态性。进程是一个正在运行的程序,而程序的运行状态是在不断地变化的。例如,当一个程序在运行的时候,每执行完一条指令,PC寄存器的值就会增加,指向下一条即将执行的指令。而CPU中用来存放数据和地址的那些通用寄存器,它们的值肯定也不断地变化。另外,堆和栈的内容也在不断地变化,每当发生一次函数调用时,就会在栈中分配一块空间,用来存放此次函数调用的参数和局部变量。而当函数调用结束后,这块栈空间就会被释放掉。
        (2)独立性。一个进程是一个独立的实体,是计算机系统资源的使用单位。每个进程都有自己的运行上下文和内部状态,在它运行的时候独立于其他的进程。
        (3)并发性。从宏观上来看,在系统中同时有多个进程存在,它们相互独立地运行。
        下图表示四个进程A、B、C、D在系统中并发地运行。从中可以看出,虽然从宏观上来说,这四个进程都是在系统中运行,但从微观上来看,在任何一个特定的时刻,只有一个进程在CPU上运行。从时间上来看,开始是进程A在运行,然后是进程B在运行,然后是进程C和进程D。接下来又轮到了进程A去运行。因此,在单CPU的情形下,所谓的并发性,指的是宏观上并发运行,而微观上还是顺序运行,各个进程轮流去使用CPU资源。
        
        四个进程在并发运行
        在具体实现上,以CPU中的程序计数器PC为例,真正物理上的PC寄存器只有一个。当四个进程在轮流执行时,PC取值的运动轨迹是先在进程A内部流动,然后再到进程B的内部流动,再到进程C和D。从进程的独立性角度来说,每个进程都有“自己”独立的PC寄存器,即逻辑上的PC寄存器,它们的取值相互独立、互不影响。所谓的逻辑PC,其实就是一个内存变量。例如,在上图中,当进程A要执行的时候,就把A的逻辑PC的值拷贝到物理PC中,然后开始运行。当轮到B运行的时候,先把物理PC的当前值保存到A的逻辑PC中,然后再把B的逻辑PC的值装入到物理PC中,即可运行。这样就实现了各个进程的轮流运行。
 
       数据存储
        数据存储用来表示存储数据。通常,一个流入加工的数据流经过加工处理后就消失了,而它的某些数据(或全部数据)可能被加工成输出数据流,流向其他加工或外部实体。除此之外,在软件系统中还常常要把某些信息保存下来以供以后使用,这时可以使用数据存储。每个数据存储都有一个定义明确的名字标识。可以有数据流流入数据存储,表示数据的写入操作;也可以有数据流从数据存储流出,表示数据的读操作;还可以用双向箭头的数据流指向数据存储,表示对数据的修改。
 
       微服务
        微服务是一种基于一组独立部署运行的小型服务来构建应用的方法。与传统的面向服务体系结构SOA应用相比,这些小型服务主要围绕应用系统业务能力来构建,采用尽量去中心化的机制管理,使用不同技术栈开发,通过轻量级通信机制交互。
 
       自动化
        简而言之,就是将我们日常手动进行的一些工作通过工具,系统自动来完成,解放我们的双手,例如:没有工具前,我们安装系统需要一台一台裸机安装,如2000台,可能需要10人/10天,而现在通过自动化工具,只需几个简单命令就能解决这个问题。还有如机器人类程序,自动完成以往每天人工干预的工作,使其自动完成、汇报结果,并具备一定的专家系统能力,能做一些简单的是/非判断、优化选择等。应该说,自动化运维是运维工程师职业化的一个追求,利己利公,虽然这是一个异常艰巨的任务,不断变更的业务、不规范化的应用设计、开发模式、网络架构变更、IDC变更、规范变动等因素,都可能会对现有自动化系统产生影响,所以需要模块化、接口化等工作。自动化相关工作,是运维工程师的核心重点工作之一,也是价值的体现。
        总结一下运维中关键技术:大量高并发网站的设计方案;高可靠、高可伸缩性网络架构设计;网站安全问题,如何避免被黑?南北互联问题,动态CDN解决方案;海量数据存储架构。
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