CN111107163B - 一种面向用户需求变化的微服务自适应方法及*** - Google Patents
一种面向用户需求变化的微服务自适应方法及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种面向用户需求变化的微服务自适应方法及***,所述方法包括如下步骤:步骤S1、收集服务***信息;步骤S2、分析、处理信息;步骤S3、计算***演化方案;步骤S4、实施演化方案。所述***包括中央控制程序模块、构建中心程序模块和集群中间件程序模块。本发明能够在***运行时,监控用户的需求变化以及服务***的服务质量变化,并针对这些变化计算出合适的***演化方案,最后进行方案的自动化实施,以达到针对用户需求变化的自适应调整,从而满足用户的新需求以及确保稳定的服务质量。
Description
技术领域
本发明属于计算机服务技术领域,涉及一种面向用户需求变化的微服务自适应方法及***,具体涉及一种基于MAPE-K模型的自适应方法及***。
背景技术
近些年来,随着边缘计算以及雾计算的迅速发展,云—边缘—端的***架构也越来越多的应用到了各种场景之中。在这种架构中,由于边缘服务器距离用户端较近,和云端相比,具有较低的延迟,能够对用户的请求做出快速的响应,将服务部署到边缘服务器上,能够显著降低延迟以及数据传输时间,从而提高服务质量。然而,由于边缘服务器的资源受限,边缘服务器只能承载有限的服务;同时,用户的需求是随着时间不断发生变化的,固定不变的服务***将导致用户的需求得不到满足或不完全满足,降低了服务质量。因此,当用户需求发生变化时,服务***也需要做出相应的调整以满足用户新的需求,从而确保整个***具备较为稳定的服务质量。
为了让服务***能够进行快速调整,如何快速的进行服务的部署是不可或缺的。微服务是一种软件架构风格,它是以专注于单一责任与功能的小型功能模块为基础,利用模块化的方式组合出复杂的大型应用程序,各个模块之间高度解耦,能够各自独立的进行开发、测试、部署、拓展等而不影响其它模块。微服务技术的使用,能够让服务***可以针对用户需求,对特定的服务进行合理的调整,而不影响其它服务的正常运行,降低了服务***调整的复杂性。容器是应用程序级别的虚拟化,允许单个内核上有多个独立的用户空间实例。它提供了将应用程序的代码、运行时、***工具、***库和配置打包到一个实体中的标准方法。相较于传统的虚拟机技术,容器在体积上十分轻量;能够快速启动;具备高弹性,能够更加有效的使用服务器中的资源;具备更高的性能。容器技术的应用,能够让服务在各种异构的服务器环境中,快速的启动和稳定的运行,进一步降低了服务***调整的复杂性。Kubernetes(K8S)是一个开源的,用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用,它能够让部署容器化应用更加简单且高效,在该云—边缘—端的架构中,能够显著降低容器化应用的管理难度。
目前已有的云—边缘—端下的服务管理方法或者***,主要分为两类:一类是专注于算法的研究,另一类是专注于***的构建。前者主要是研究如何在一定的资源约束下,将服务***的服务质量提升到最高;后者主要是研究如何降低***的人为参与,让***能够针对流量、服务节点的内存等资源使用的情况,进行自动化的服务拓展。这些方法存在以下两个缺陷,一是没有考虑到用户的需求变化,仅仅是针对于流量、网络等引起的服务质量的变化;二是没有很好的将算法以及***相结合起来,让***能够在运行时监控用户的需求变化,从而针对这种变化做出自动化的调整。
基于上述研究背景可以发现,微服务、容器以及K8S的使用,能够构建一个更加稳定高效的云—边缘—端架构下的服务***。
发明内容
为了解决现有技术中存在的以上问题,本发明对于面向用户需求变化的微服务***的自适应问题,提供了一种面向用户需求变化的微服务自适应方法及***。本发明能够在***运行时,监控用户的需求变化以及服务***的服务质量变化,并针对这些变化计算出合适的***演化方案,最后进行方案的自动化实施,以达到针对用户需求变化的自适应调整,从而满足用户的新需求以及确保稳定的服务质量。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种面向用户需求变化的微服务自适应方法,包括如下步骤:
步骤S1、收集服务***信息:
(1)在每个用户可以直接发送请求的服务器节点上,均部署一个 Gateway服务实例;
(2)对于在云—边缘—端架构下的服务***的运行监控,通过使用框架、Gateway以及相关的日志收集处理程序,进行服务***运行时的用户需求、用户请求质量等相关信息进行收集;
步骤S2、分析、处理信息:
通过对步骤S1中收集到的服务***信息的处理,分析出所需要进行调整的用户需求,判断是否需要进行服务***的演化,具体步骤如下:
(1)针对每个用户需求进行分析,如果用户需求在服务***中没有对应的服务实例,或者对应的服务实例的服务等级协议不满足用户的预期,则将该需求标记为待调整;
(2)针对每个用户请求,通过计算其响应时间,并与上一轮的信息收集结果进行对比,如果响应时间上升程度超过了阈值,则将该请求对应的用户需求标记为待调整;
(3)统计所有待调整的用户需求的数量,如果没有数量为零,则不需要调整,直接返回步骤S1;否则进行步骤S3;
步骤S3、计算***演化方案:
对整个服务***进行建模,考量可能的基本演化操作,并计算出演化方案,具体步骤如下:
(1)利用步骤S1所获取到的收集到的服务***信息,构建模型以对服务***现状进行刻画;
(2)考虑可能的演化操作,并进行计算;
(3)考虑到性能问题,提出用于快速响应的minor演化以及用于调整全局的major演化操作,基本的演化操作有:服务实例的创建、删除、迁移和服务等级调整,服务的合并和拆分,用户需求的移动;
(4)对优化目标进行优化,最终得到演化方案,所述优化目标为:1)服务***的平均相应时间最短;2)演化的时间代价最小;所述演化方案主要分为三类:1)服务相关:服务的合并,拆分;2)服务实例相关:服务实例的部署、删除、移动、服务等级调整;3)用户需求的重新分配;
步骤S4、实施演化方案:
对步骤S3所得到的演化方案进行自动化实施。
一种实现上述面向用户需求变化的微服务自适应方法的***,包括中央控制程序模块、构建中心程序模块和集群中间件程序模块,其中:
所述中央控制程序模块包括服务***信息收集模块,分析、处理模块,演化方案计算模块和演化方案执行模块;
所述服务***信息收集模块负责从整个服务***中获取到用户需求及服务质量相关的信息;
所述分析、处理模块负责对收集到的数据进行处理分析,并判断出是否需要演化以及哪些用户需求需要参与演化;
所述演化方案计算模块负责计算出合适的演化方案;
所述演化方案执行模块负责演化方案的自动化执行;
所述构建中心程序模块负责执行服务相关的演化操作,进行服务的自动修改、构建等操作;
所述集群中间件程序模块负责和集群进行沟通,从中抽取相关信息以及执行服务实例以及用户需求相关的演化操作。
相比于现有技术,本发明具有如下优点:
1、本发明通过自编程框架的开发,让使用该框架的服务能够在请求的开始以及结束时,向指定的位置打印包括请求来源的IP、Port、用户ID以及时间戳信息;利用容器目录的挂载功能,将一个服务器节点上的所有日志均写入到同一个目录下,通过指定目录下的文件监听的方法,将一个服务器节点上的所有新增的日志信息收集处理后入库。
2、本发明通过自编程框架的开发,通过注解的方式,让使用该框架的函数能够在编译时自动重载,并具备不同服务接口之间连续链式调用,上一次的输出作为下一次的输入。结合构建中心,利用基于maven以及docker的编译打包构建方法,自动将若干个不同服务的不同接口在源码层面上结合在一起,形成链式调用,并打包成新的镜像文件。
3、本发明通过自编程框架、日志监听、网关等组件的相互协同操作,利用请求时的日志解析、信息缓存等,自动获取上一个时间窗口整个服务***的服务质量,并从中发现用户的需求变化。
4、本发明通过基于MAPE-K模型的自适应结构与自编程框架、自动构建中心等的协同,能够在服务***中用户需求发生变化、服务质量发生下降的时候,自动判断进行minor或major演化并生成演化方案,然后自动化进行方案的执行。
5、本发明充分考虑到了用户需求的变化以及***的服务质量的变化,并根据用户的需求、边缘以及云端服务器的资源限制、服务***中所提供服务的功能以及资源消耗、服务器之间的延迟以及带宽等因素,通过利用开发出来的框架,来为***提供各个服务的运行时信息,同时考量了多种的演化手段,包括服务实例的部署、删除、迁移、服务的合并、拆分等操作,计算出合理的***演化方案,并进行自动化的实施。
附图说明
图1为本发明的面向用户需求变化的微服务自适应方法流程图;
图2为服务***信息收集结构示意图;
图3为分析、处理信息流程图;
图4为***组件图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明,但并不局限于此,凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明提供一种面向用户需求的微服务自适应方法,如图1所示,所述方法包括以下几个步骤:
步骤S1、收集服务***信息。
本步骤主要是针对***的所有用户需求,以及各个用户请求的执行情况进行收集。为了收集用户需求,需要使用Gateway组件来确保所有的用户请求均通过该组件进入***。为了确保***的正常运行,需要在每个用户可以直接发送请求的服务器节点上,均部署一个 Gateway服务实例。在Gateway中,会对用户的需求进行记录,包括用户ID、所需要的功能、所需要的服务以及预期的服务质量。为了收集服务运行状态,需要开发相应的框架,然后在***中的所有服务中,均加入该框架的支持,该框架会在服务处理用户请求时,将请求时间、响应时间等关键信息写入到***的指定位置中;其次通过实现日志文件的收集程序,对日志文件夹进行监听,将写入的日志及时发送到统一的日志数据库中进行统一存储和获取,具体结构如图2所示。然后从日志数据库中,查询出指定时间范围内的日志信息即可。
步骤S2、分析、处理信息。
本步骤需要针对步骤S1中收集到的数据,进行分析以及处理。***收集到指定的信息之后,首先会针对每个用户需求进行分析,如果用户需求在服务***中,没有对应的服务实例,或者对应的服务实例的服务等级协议不满足用户的预期,则将该需求标记为待调整。接着针对每个用户请求,通过计算其响应时间,并与上一轮的信息收集结果进行对比,如果响应时间上升程度超过了阈值,则将该请求对应的用户需求标记为待调整。最后统计所有待调整的用户需求的数量,如果没有数量为零,则不需要调整,直接返回步骤S1;否则进行步骤S3。具体的流程图如图3所示。
步骤S3、计算***演化方案。
首先需要针对服务***进行建模,以进行相关的演化计算。基本的模型包括:
(1)服务:用来描述服务***的每个服务的相关信息,包括服务所包含的所有接口,对应的请求路径,接口传入传出的数据量的大小,接口所提供的功能描述,接口所提供的服务等级,该服务的容器镜像地址,该服务的代码仓库地址,以及该服务正常运行所需要的资源大小。
(2)服务器节点:用来描述云—边缘—端中云端以及边缘端服务器的相关信息,包括服务器的地理位置,服务器所具备的资源能力以及每个服务器对应的节点标识。
(3)服务实例:用来描述服务***中所有服务的实例,包括该实例对应的服务名称,该实例所在服务器节点标识等信息。
(4)用户需求:用来描述用户需求的分配情况,包括用户的唯一标识,所请求的功能名称,所请求的服务名称,所期望的服务等级,所对应的服务实例的唯一标识。
利用步骤S1所获取到的相关信息,构建出上述的模型以对***现状进行刻画。接着通过考虑可能的演化操作,并进行计算。同时考虑到性能问题,提出了用于快速响应的minor演化以及用于调整全局的major演化操作。基本的演化操作有:服务实例的创建、删除、迁移和服务等级调整,服务的合并和拆分,用户需求的移动。由于这些操作都是有相应的时间代价,因此需要:1)服务***的平均相应时间最短;2)演化的时间代价最小。通过对这两个优化目标进行优化,最终得到演化方案。
步骤S4、实施演化方案。
本步骤主要是对步骤S3所得到的演化方案进行自动化实施。从步骤S3所得到的演化方案主要分为三类:1)服务相关:服务的合并,拆分;2)服务实例相关:服务实例的部署、删除、移动、服务等级调整;3)用户需求的重新分配。
为了实现服务相关的演化操作,需要借助Jenkins等相关自动化构建工具。通过开发构建中心模块,在接收到服务组合、拆分所需要的相关信息后,通过对相关代码的自动获取、自动修改、自动组合、自动提交操作,将相关的服务在代码层面上实现合并和拆分;然后将相关信息发送到Jenkins来进行程序的自动构建以及容器的自动打包和推送。Jenkins完成相关工作后,发送任务完成信息给该构建中心模块,该模块处理完剩余工作后,发送任务完成信息给中央控制程序。
为了实现服务实例相关的演化操作,需要使用K8S等集群中的容器管理工具。通过开发K8S集群中间件,提供在指定的节点上部署指定的服务实例,删除指定节点上指定的服务实例,限制指定服务实例的资源使用等操作。中央控制程序将相关任务分发给该中间件进行执行,执行完毕后,中间件发送任务完成信息给中央控制程序。
为了实现用户需求重新分配的演化操作,需要使用步骤S1中Gateway程序。通过向集群中的所有Gateway实例发送相关的任务信息,Gateway对每个用户需求对应的服务实例的唯一IP地址进行记录,维护一个路由表。用户需求进入Gateway时,进行查表操作,已获取目标服务实例的IP以及相关信息。如果查询失败,则请求失败,否则将请求转发至对应的服务实例。
需要注意的是,为了统筹步骤S1、S2、S3以及S4,需要中央控制模块。该模块主要使用MAPE-K模型对上述各个步骤进行组织,同时在步骤S4中,承担任务分发任务以确保整个演化方案的顺利执行。具体如图4所示。
需要说明的是,本发明中的各个模块(或单元)是逻辑意义上的,具体实现时,多个模块(或单元)可以合并成一个模块(或单元),一个模块(或单元)也可拆分成多个模块(或单元)。
Claims (2)
1.一种面向用户需求变化的微服务自适应方法,其特征在于所述方法包括如下步骤:
步骤S1、收集服务***信息:
(1)在每个用户可以直接发送请求的服务器节点上,均部署一个 Gateway服务实例;
(2)对于在云—边缘—端架构下的服务***的运行监控,通过使用框架、Gateway以及日志收集处理程序,进行服务***运行时的用户需求、用户请求质量信息进行收集;
步骤S2、分析、处理信息:
通过对步骤S1中收集到的服务***信息的处理,分析出所需要进行调整的用户需求,判断是否需要进行服务***的演化,具体步骤如下:
(1)针对每个用户需求进行分析,如果用户需求在服务***中没有对应的服务实例,或者对应的服务实例的服务等级协议不满足用户的预期,则将该需求标记为待调整;
(2)针对每个用户请求,通过计算其响应时间,并与上一轮的信息收集结果进行对比,如果响应时间上升程度超过了阈值,则将该请求对应的用户需求标记为待调整;
(3)统计所有待调整的用户需求的数量,如果数量为零,则不需要调整,直接返回步骤S1;否则进行步骤S3;
步骤S3、计算***演化方案:
对整个服务***进行建模,考量基本演化操作,并计算出演化方案,具体步骤如下:
(1)利用步骤S1所获取到的收集到的服务***信息,构建模型以对服务***现状进行刻画,所述模型包括:
(a)服务:用来描述服务***的每个服务的相关信息,包括服务所包含的所有接口,对应的请求路径,接口传入传出的数据量的大小,接口所提供的功能描述,接口所提供的服务等级,该服务的容器镜像地址,该服务的代码仓库地址,以及该服务正常运行所需要的资源大小;
(b)服务器节点:用来描述云—边缘—端中云端以及边缘端服务器的相关信息,包括服务器的地理位置,服务器所具备的资源能力以及每个服务器对应的节点标识;
(c)服务实例:用来描述服务***中所有服务的实例,包括该实例对应的服务名称,该实例所在服务器节点标识信息;
(d)用户需求:用来描述用户需求的分配情况,包括用户的唯一标识,所请求的功能名称,所请求的服务名称,所期望的服务等级,所对应的服务实例的唯一标识;
(2)考虑演化操作,并进行计算;
(3)考虑到性能问题,提出用于快速响应的minor演化以及用于调整全局的major演化操作,基本的演化操作有:服务实例的创建、删除、迁移和服务等级调整,服务的合并和拆分,用户需求的移动;
(4)对优化目标进行优化,最终得到演化方案,所述优化目标为:1)服务***的平均响应时间最短;2)演化的时间代价最小;所述演化方案主要分为三类:1)服务相关:服务的合并,拆分;2)服务实例相关:服务实例的部署、删除、移动、服务等级调整;3)用户需求的重新分配;
步骤S4、实施演化方案:
对步骤S3所得到的演化方案进行自动化实施。
2.一种实现权利要求1所述面向用户需求变化的微服务自适应方法的***,其特征在于所述***包括中央控制程序模块、构建中心程序模块和集群中间件程序模块,其中:
所述中央控制程序模块包括服务***信息收集模块,分析、处理模块,演化方案计算模块和演化方案执行模块;
所述服务***信息收集模块负责从整个服务***中获取到相关的信息;
所述分析、处理模块负责对收集到的数据进行处理分析,并判断出是否需要演化以及哪些用户需求需要参与演化;
所述演化方案计算模块负责计算出合适的演化方案;
所述演化方案执行模块负责演化方案的自动化执行;
所述构建中心程序模块负责执行服务相关的演化操作,进行服务的自动修改、构建操作;
所述集群中间件程序模块负责和集群进行沟通,从中抽取相关信息以及执行服务实例以及用户需求相关的演化操作。
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