4 типа архитектуры программного обеспечения
Детальный обзор существующих подходов
Зачем нужна архитектура ПО
Первые разработчики создавали программное обеспечение без архитектуры. Сначала это казалось удобным: никаких издержек, связанных с планированием, и ускоренное прототипирование. Но мере усложнения ПО теряло гибкость и управляемость, а каждое новое изменение обходилось все дороже. Это мешало развивать проект за границы, определенные изначально. Такая система получила название Большой комок грязи (Big Ball of Mud).
За годы развития ПО разработчикам удалось придумать надежные подходы, чтобы устранить недостатки проектирования без архитектуры. Ниже представлены некоторые из самых известных.
Подробно рассмотрим каждую из них.
Многослойная архитектура
Этот подход работает п о принципу разделения ответственностей. ПО разделено на слои, лежащие друг на друге, и каждый из них выполняет определенную обязанность.
Архитектура делит ПО на следующие слои.
Данные и элементы управления проходят через каждый слой в дизайне и передаются от одного к другому. Эта система также повышает уровень абстракции и в некоторой степени даже стабильность ПО.
Преимущества
Недостатки
Многоуровневая архитектура
Этот архитектурный подход разделяет комплекс ПО на уровни по принципу взаимодействия “клиент-сервер”. Архитектура может иметь один, два и больше уровней, разделяющих ответственности между поставщиком данных и потребителем.
Этот подход использует шаблон Request Response для связи между уровнями. В отличие от многослойной архитектуры, он предлагает масштабируемость, которая может быть как горизонтальной (масштабирование сети с помощью высокопроизводительных узлов), так и вертикальной (масштабирование каждого узла путем повышения его производительности).
Одноуровневая система
В данном подходе единая система работает как на стороне сервера, так и клиента. Это обеспечивает простоту развертывания и отличную скорость связи, а также устраняет необходимость межсистемного взаимодействия (Inter-system communication — ISC).
Такая система подходит только для небольших однопользовательских приложений.
Двухуровневая система
Эта система состоит из двух физических машин в качестве сервера и клиента. Она обеспечивает изоляцию операций управления данными, обработки данных и операций представления.
Трехуровневая и n-уровневая системы
Такие архитектуры обладают высокой масштабируемостью как по горизонтали, так и по вертикали. Реализация n-уровневой системы, как правило, обходится дороже, но обеспечивает высокую производительность. Поэтому она обычно применяется в крупных и комплексных программных решениях.
Этот подход можно сочетать с современной сервис-ориентированной архитектурой, чтобы создавать сложнейшие модели. Поскольку реализация может оказаться дорогостоящей с точки зрения времени и ресурсов, рекомендуется использовать его для сложных ПО, требующих производительности и масштабируемости.
Сервис-ориентированная архитектура (SOA)
Эта архитектурная модель состоит из компонентов и приложений, которые связываются друг с другом с помощью четко определенных сервисов.
Она состоит из 5 элементов:
Клиент отправляет запрос с использованием стандартного протокола и формата данных по сети. Этот запрос обрабатывается ESB (enterprise service bus — сервисная шина предприятия), которая считается сердцем сервис-ориентированной архитектуры и отвечает за оркестровку и маршрутизацию. С помощью сервисного репозитория ESB направляет запрос в специальный сервис, который может взаимодействовать с другими сервисами и базами данных, чтобы составить полезную нагрузку (данные) ответа.
Полный вызов ответа на запрос согласуется с правилами управления и безопасности SOA для выполнения безопасной и корректной транзакции.
Как правило, сервисы делятся на два вида.
Типы сервисов
Mикросервисная архитектура
При таком подходе приложение разрабатывается как набор небольших сервисов, каждый из которых работает в собственном процессе и связывается с легковесными механизмами, обычно API для HTTP-ресурса.
Архитектура работает по принципу компонентизации сервисов. Она разделяет программное обеспечение на различные изолированные компоненты (сервисы), каждый из которых несет единую ответственность. Изменения в одной сервисе не должны затрагивать другие.
Состав микросервисов
Архитектура состоит из изолированных компактных микросервисов, способных расширяться независимо друг от друга. Она включает 5 следующих компонентов:
Характеристики микросервисов
Микросервисная архитектура должна включать следующие характеристики.
Рекомендуется развивать каждый микросервис отдельно под управлением разных команд. Поскольку передача данных происходит по стандартному протоколу и формату данных, структура одного сервиса не затронет функциональность сопутствующих.
Немного об архитектурах программного обеспечения
Никаких сомнений, что за последнее время мир только укрепил свою зависимость от программного обеспечения. Приложения должны обладать высокой доступностью, качественно выполнять требуемые функции и иметь адекватную стоимость. Эти характеристики, в той или иной степени, определяет архитектура ПО.
В стандарте IEEE 1471 дается следующее определение: «Архитектура – это базовая организация системы, которая описывает связи между компонентами этой системы (и внешней средой), а также определяет принципы её проектирования и развития». Однако многие другие определения архитектуры признают не только структурные элементы, но и их композиции, а также интерфейсы и другие соединительные звенья.
Пока что у нас нет общепринятой классификации архитектурных парадигм, но все-таки мы легко можем выделить несколько базовых и широко распространенных архитектурных паттернов или стилей. Взглянем на некоторые из них.
«Каналы и фильтры» (Pipes and Filters)
Рисунок 1 – Pipes and Filters
Этот вид архитектуры подходит в том случае, если процесс работы приложения распадается на несколько шагов, которые могут выполнятся отдельными обработчиками. Основными компонентами являются «фильтр» (filter) и «канал» (pipe). Иногда дополнительно выделяют «источник данных» (data source) и «потребитель данных» (data sink).
Каждый поток обработки данных – это серия чередующихся фильтров и каналов, начинающаяся источником данных и заканчивающаяся их потребителем. Каналы обеспечивают передачу данных и синхронизацию. Фильтр же принимает на вход данные и обрабатывает их, трансформируя в некое иное представление, а затем передает дальше.
К примеру, один из фильтров может реализовывать шифр Цезаря – шифр подстановки, в котором каждый символ в тексте заменяется символом, находящимся на некотором постоянном числе позиций левее или правее в алфавите. Одна из вариаций кода Цезаря – это ROT13, имеющая шаг равный 13.
Рисунок 2 – Принцип ROT13
Его достаточно просто реализовать с помощью стандартной терминальной утилиты Unix tr:
А вот код на Python:
Фильтры можно легко заменять, использовать повторно, переставлять местами, что дает возможность реализовывать множество функций на основе ограниченного набора компонентов. Более того, активные фильтры могут работать параллельно, что приводит к значительному повышению производительности на многопроцессорных системах. Однако есть и недостатки, например, фильтры зачастую тратят больше времени на преобразование входных данных, чем на их обработку.
В качестве примера использования этой архитектуры может служить оболочка UNIX Shell, одним из дизайнеров которой был Дуглас Макилрой (Douglas McIlroy). Другим примером может стать архитектура компилятора, если рассматривать её как последовательность фильтров: лексера, парсера, семантического анализатора и генератора кода.
Дополнительную информацию по этому типу архитектуры можно найти здесь и здесь.
Многоуровневая архитектура
Является одной из самых известных архитектур, в которой каждый слой выполняет определенную функцию. В зависимости от ваших нужд вы можете реализовать любое количество уровней, но слишком большое их количество приведет к чрезмерному усложнению системы. Часто выделяют три основных уровня: уровень представления, уровень логики и уровень данных.
Рисунок 2 – Многоуровневая архитектура
Слою не обязательно знать, что делают его соседи. Здесь проявляется такое свойство как разделение ответственности. Если все три слоя являются закрытыми, то запрос пользователя к верхнему уровню инициирует цепочку обращений с верхнего уровня до самого нижнего. В этом случае уровень представления отвечает за пользовательский интерфейс и отображение данных для пользователя и ничего не знает о существовании физического хранилища данных. Ничего о существовании базы данных не знает и уровень логики – его «беспокоят» только правила бизнес-логики. Доступ к базе данных имеет лишь через уровень управления данными.
Достоинствами применения такой архитектуры являются простота разработки (в основном из-за того, что этот вид архитектуры всем знаком) и простота тестирования. Среди недостатков можно выделить возможные сложности с производительностью и масштабированием – всему виной необходимость прохождения запросов и данных по всем уровням (опять же, в том случае, если все слои являются закрытыми).
Одним из самых известных примеров этого паттерна может служить сетевая модель OSI. Подробнее о многоуровневой архитектуре можно почитать, например, в блогах вот этих трех программистов и разработчиков:
Архитектура, управляемая событиями (EDA)
Это популярный адаптивный паттерн, широко используемый для создания масштабируемых систем. Чтобы ознакомиться с принципами событийно-ориентированной архитектуры, можете посмотреть вот это видео от Complexity Academy:
Рисунок 3 – Событийно-ориентированная архитектура
Если говорить о программном обеспечении, то в этой схеме существует два варианта событий: инициализирующее событие и событие, на которое реагируют обработчики. Обработчики являются изолированными независимыми компонентами, отвечающими (в идеале) за какую-нибудь одну задачу, и содержат бизнес-логику, необходимую для работы.
Посредник может быть реализован несколькими способами. Самый просто способ – это воспользоваться фреймворками для интеграции Apache Camel, Spring Integration или Mule ESB. Для больших приложений, которым требуется более сложные функции управления, вы можете реализовать посредника, используя концепцию управления бизнес-процессами (например движок jBPL).
Архитектура, управляемая событиями – это относительно сложный паттерн. Причиной тому – его распределенная и асинхронная природа. Вам придется решать проблемы фрагментации сети, обрабатывать ошибки очереди событий и так далее. Плюсами этой архитектуры могут служить высокая производительность, легкость развертки и поразительные возможности масштабирования. Однако возможно усложнение процесса тестирования системы.
Подробнее о событийно-ориентированной архитектуре можно почитать здесь.
Микроядерная архитектура
Паттерн состоит из двух компонентов: основной системы (ядра) и плагинов. Ядро содержит минимум бизнес-логики, но руководит загрузкой, выгрузкой и запуском необходимых плагинов. Таким образом, плагины оказываются несвязанными друг с другом.
Поскольку плагины могут разрабатываться независимо друг от друга, такие системы обладают очень высокой гибкостью и, как следствие, легко тестируются. Производительность приложения, построенного на основе такой архитектуры, напрямую зависит от количества подключенных и активных модулей.
Возможно самым лучшим примером микроядерной архитектуры будет Eclipse IDE. Скачивая Eclipse без надстроек, вы получаете совершенно пустой редактор. Однако с добавлением плагинов пустой редактор начнет превращаться в полезный и легко настраиваемый продукт. Еще один хороший пример – это браузер: дополнительные плагины позволяют расширить его функциональность.
Подробнее о микроядерной архитектуре можно узнать здесь и здесь.
Микросервисная архитектура
Этот тип архитектуры позволяет масштабировать приложения по оси Y «Куба масштабирования» (Scale Cube), описанного в книге «The Art of Scalability» Мартина Эбботта (Martin L. Abbott) и Майкла Фишера (Michael T. Fisher). В этом случае приложение разбивается на множество небольших сервисов, называемых микросервисами. Каждый микросервис включает в себя бизнес-логику и представляет собой совершенно независимый компонент. Сервисы одной системы могут быть написаны на различных языках программирования и общаться друг с другом, используя различные протоколы.
Поскольку каждый микросервис является отдельным проектом, вы можете распределить работу над ними между командами разработчиков, то есть над системой могут одновременно трудиться несколько десятков программистов. Микросервисная архитектура позволяет с легкостью масштабировать приложение – если вам понадобилось внедрить новую функцию (развертывать каждый микросервис можно по отдельности), просто напишите новый сервис, а если какой-то функцией никто не пользуется – отключите сервис.
Подробнее о микросервисных архитектурах вы можете почитать в следующих источниках: здесь, тут и вот тут.
Дополнительные материалы
В рамках этой статьи мы рассмотрели несколько видов архитектур программного обеспечения. Разумеется, здесь не было затронуто множество других паттернов. В качестве дополнительных материалов по теме можете посмотреть следующие ресурсы:
Помимо этого мы рассказываем о работе службы поддержки «облачного» провайдера и теме оптимизации производительности, к обсуждению которой мы планируем вернуться в одном из следующих материалов.
Архитектура программного обеспечения
Анализ области решений
На этом этапе (а точнее, гораздо раньше, обычно еще в ходе анализа предметной области ) исследуются возможные способы решения тех задач, которые поставлены в требованиях. Не всегда бывает нужно специальное изучение этого вопроса — чаще всего имеющийся опыт разработчиков сразу подсказывает, как можно решать поставленные задачи. Однако иногда, все-таки, возникает потребность сначала понять, как это можно сделать и, вообще, возможно ли это сделать и при каких ограничениях.
Архитектура программного обеспечения
Рассмотрим в качестве примера программное обеспечение авиасимулятора для командной тренировки пилотов. Задачей такой системы в целом является контроль и выработка необходимых для безопасного управления самолетом навыков у команд летчиков. Кроме того, отрабатываются навыки поведения в особых ситуациях, связанных с авариями, частичной потерей управления самолетом, тяжелыми условиями полета, и т.д.
При этом вся совокупность условий должна быть непротиворечивой, выглядеть и развиваться подобно реальным событиям. Некоторые условия, например, погода, должны изменяться достаточно медленно, другие события — происходить внезапно и приводить к связанным с ними последствиям (нарушение герметичности корпуса может сопровождаться поломками каких-то элементов системы мониторинга или «смертью» одного из пилотов). Если приборы показывают наличие грозы по курсу и они исправны, через некоторое время летчики должны увидеть грозу за бортом и она может начать оказывать влияние на условия полета.
Понятно, что одним из элементов симулятора служит система визуализации обстановки за бортом — она показывает пилотам «вид за окнами». Пилоты в ходе полета ориентируются по показателям огромного количества датчиков, представленных на приборной панели самолета. Вся их работа тоже должна симулироваться. Наличие и характеристики работы таких датчиков могут зависеть от симулируемой модели, но их расположение, форма и цвет служат слишком важными элементами выработки навыков управления самолетом, поэтому требуется поддерживать эти характеристики близкими к реальным. Представлять их только в виде изображений на некоторой панели неудобно, поскольку они должны располагаться и выглядеть максимально похоже на реальные прототипы. Значит, симулировать можно только небольшое семейство самолетов с практически одним и тем же набором приборов на приборной панели.
Архитектура ПО: разница между архитектурой и проктированием
Oct 2, 2018 · 6 min read
Определение архитектуры программного обеспечения
Говоря простым языком, архит е ктура программного обеспечения — это процесс превращения таких характеристик программного обеспечения, как: гибкость, масштабируемость, возможность реализации, многократность использования и безопасность — в структурированное решение, которое соответствует как техническим, так и бизнес требованиям. Отсюда возникает следующий вопрос: какие характеристики программного обеспечения могут повлиять на преоктирование архитектуры программного обеспечения? Помимо технических особенностей, также существует множество параметров, которые в основном отвечают требованиям бизнеса или функциональности.
Характеристики архитектуры ПО
Полный список параметров программного обеспечения или так называемых «качественных характеристик» вы найдете здесь.
Архитектурные шаблоны программного обеспечения
Большинство из вас, наверно, уже знакомы с термином « микросервисы». Микросервисы — один из способов моделирования архитектуры ПО, наряду с многоуровневой архитектурой, архитектурой, управляемая событиями, бессерверной архитектурой и многими другими. Некоторые из вышеперечисленных шаблонов будут описаны ниже. Микросервисный стиль архитектуры стал известным после того, как его стали успешно применять в Amazon и Netflix. А теперь, давайте углубимся в детали и более подробно обсудим архитектурные стили.
** Внимание: пожалуйста, не путайте архитектурные стили с шаблонами проектирования, такими как фабричный шаблон проектирования или адаптерами. Я расскажу о них позже.
Бессерверный архитектурный стиль
Этот элемент применим к приложениям, которые в качестве решения используют сервисы третьих лиц для того, чтобы решить проблему загруженности серверов и бэкенда. Бессерверная архитектура делится на две основные категории. Первая это «бэкенд как услуга (BaaS)», вторая — «функция как услуга (FaaS)». Бессерверная архитектура поможет сэкономить время на проверке и исправлении ошибок переноса, а также на работе с регулярными задачами сервера.
Самым известным примером бессерверного API является сервис Amazon AWS «Lambda».
Более подробно прочитать о нем вы можете здесь.
Архитектура, управляемая событиями
Эта архитектура завязана на производителях и потребителях событий. Главная идея состоит в том, чтобы разделить части вашей системы так, чтобы каждая из частей активизировалась, когда интересное событие происходит в другой. Сложно? Давайте упростим. Представьте, что вы создаете систему для онлайн-магазина и она состоит из двух частей: модуль покупок и модуль продаж. Когда клиент совершает покупку, модуль покупок создает событие «orderPending». Так как модуль продаж заинтересован в этом событии, он будет следить за процессом на случай, если его вызовут. Как только модуль продаж получит это событие, он выполнит определенные задания или запустит ещё одно событие для продолжения покупки товаров у определенного вендора.
Запомните, что производитель события не знает за каким из событий наблюдает какой из потребителей события. Также и другие потребители не знают, кто из них за каким событием наблюдает. Таким образом, главная идея заключается в расщеплении частей системы.
Если вы хотите узнать больше про архитектуры, управляемые событиями, перейдите по ссылке.
Архитектура микросервисов
За последние несколько лет архитектура микросервисов стала одной из самых популярных. Она создается на основе небольших, независимых модульных сервисов, каждый из которых решает свою проблему или выполняет уникальное задание. Эти модули взаимодействуют через API, запрограммированный на выполнение определённой бизнес цели. А теперь посмотрите на картинку и вы все поймёте.
Проектирование программного обеспечения
Архитектура — это скелет и многоуровневая инфраструктура программного обеспечения, а проектирование ПО — это проектирование на уровне кода, например: чем занят каждый из модулей, разнообразие классов, цели функций, и т.д.
Если вы разработчик, вам необходимо знать принципы SOLID, и понимать, как шаблон проектирования должен решать повседневные проблемы.
Принципы SOLID ( Single Responsibility, Open Closed, Liskov substitution, Interface Segregation and Dependency Inversion Principles ) — это единственная ответственность, открытость/закрытость, принцип подстановки Барбары Лисков, принцип разделения интерфейсов и принцип инверсии зависимостей.
Шаблоны проектирования
Представим, что вы хотите реализовать модель класса пользователей Users(), — вы можете использовать один из двух методов:
Я бы выбрал второй, по двум основным причинам, помимо всех остальных. Во-первых, изменение названия класса с «Users» на «UserData» — это всего лишь одно изменение в одном месте, внутри фабричной базы, в остальном ваш код остается тем же. Во-вторых, если в классе «Users» появятся такие параметры как Users($connection), то вам останется только внести изменения в одном месте, а не в каждой функции которая использует объекты класса Users. Поэтому, если вы думаете, что первый вариант лучше, подумайте ещё раз.
Представьте,что ваше приложение работает по API c YouTube и, чтобы получить токен доступа, вам необходимо вызвать функцию getYoutubeToken();
Итак, вы вызвали эту функцию в 20 разных местах в приложении.
А потом, Google публикует новую версию API, переименовав функцию на getAccessToken();
Теперь вам придется найти и переименовать эту функцию во всем приложении или создать адаптер-класс, как показано далее в примере:
В последнем случае, единственное, что вам придется сделать — изменить одну строку, все остальное приложение продолжит работать как раньше.
Помните, что архитектор программного обеспечения и разработчик программного обеспечения — две разные вещи. Архитекторы программного обеспечения обычно работают с опытным тимлидом, который хорошо знает существующие решения, что помогает ему принимать правильные решения на стадии планирования. Разработчик программного обеспечения должен знать особенности проектирования программного обеспечения и также обладать знаниями об архитектуре приложения, чтобы команде было легче взаимодействовать.
Кратко о типах архитектур программного обеспечения, и какую из них выбрали мы для IaaS-провайдера
Есть множество типов архитектур ПО со своими плюсами и минусами. Далее поговорим об особенностях наиболее популярных из них и расскажем о своем переходе на микросервисы.
Типы архитектур ПО
Многоуровневая архитектура
Это одна из самых распространенных архитектур. На её основе построено множество крупных фреймворков — Java EE, Drupal, Express. Пожалуй, самый известный пример этой архитектуры — это сетевая модель OSI.
Система делится на уровни, каждый из которых взаимодействует лишь с двумя соседними. Поэтому запросы к БД, которая обычно располагается в самом конце цепочки взаимодействия, проходят последовательно сквозь каждый «слой».
Архитектура не подразумевает какое-то обязательное количество уровней — их может быть три, четыре, пять и больше. Чаще всего используют трехзвенные системы: с уровнем представления (клиентом), уровнем логики и уровнем данных.
О многоуровневой архитектуре написано бесчисленное количество книг и статей. И сложились разные мнения о ее достоинствах и недостатках.
Каждый уровень этой архитектуры выполняет строго ограниченный набор функций (которые не повторяются от слоя к слою) и не знает о том, как устроены остальные уровни. Поэтому «содержимое» уровней можно изменять без риска глобальных конфликтов между слоями.
В целом многоуровневые приложения настолько распространены, что для их разработки создаются специальные генераторы шаблонов. Например, LASG для Visual Studio предлагает несколько методов генерации кода, которые автоматизируют рутинные задачи и помогают выстраивать уровни приложения.
В программировании есть присказка, что любую проблему можно решить добавлением еще одного уровня абстракции. Однако такой подход в конечном счете может привести к плохой организации кода и запутать разработчиков.
Отсюда вытекает еще одна проблема — низкая скорость работы. Очень много информации начинает бесполезно проходить от слоя к слою, не используя бизнес-логику. Иногда эту проблему называют sinkhole anti-pattern — шаблон проектирования, когда количество бесполезных операций начинает преобладать над полезными.
Поиск багов в многоуровневых системах также может быть затруднен. Прежде чем попасть в базу данных, информация проходит через все уровни (так как БД является конечным компонентом). Если по какой-то причине эта информация повреждается (или теряется по пути), то для поиска ошибки приходится анализировать каждый уровень по отдельности.
Когда мы в 1cloud начинали работу над внутренними системами нашего провайдера виртуальной инфраструктуры, то использовали именно этот тип архитектуры. На старте перед нами не стояла задача сделать IaaS-сервис, способный обработать трафик десятков или сотен тысяч пользователей. Мы решили оперативно выпустить продукт на рынок и начать нарабатывать клиентскую базу, а проблемы масштабирования решать по мере их поступления (и сейчас мы переводим все системы на микросервисную архитектуру, о которой далее).
Подобная взаимосвязь, между структурой организации и подходами к разработке приложений также продиктована законом Конвея, сформулированном еще в 1967 году. Он гласит: «Разрабатывая какую-либо систему, организации вынуждены придерживаться схемы, которая бы повторяла структуру коммуникаций внутри компании».
Событийно-ориентированная архитектура
В этом случае разработчик прописывает для программы поведение (реакции) при возникновении каких-либо событий. Событием в системе считается существенное изменение её состояния.
Можно провести аналогию с покупкой автомобиля в салоне. Когда автомобиль находит нового владельца, его состояние меняется с «продается» на «продано». Это событие запускает процесс предпродажной подготовки — установку дополнительного оборудования, проверку технического состояния, мойку и др.
Система, управляемая событиями, обычно содержит два компонента: источники событий (агенты) и их потребители (стоки). Типов событий обычно тоже два: инициализирующее событие и событие, на которое реагируют потребители.
Примером реализации такой архитектуры может служить библиотека Java Swing. Если классу нужно оповещение о каком-либо событии, разработчик реализует так называемого слушателя — ActionListener (он «ловит» соответствующий эвент), и дописывает его к объекту, который это событие может сгенерировать.
На Wiki приводится следующий код реализации этого механизма:
Так как приложения состоят из большого количества асинхронных модулей (у которых нет информации о реализации друг друга), их легко масштабировать. Такие системы собираются как конструктор — прописывать зависимости не нужно, достаточно реализовать новый модуль. Дополнительно асинхронная модель позволяет добиться высокой производительности приложений.
Асинхронная натура таких приложений усложняет отладку. Одно событие может запускать сразу несколько цепочек действий. Если таких цепочек будет много, то понять, что именно вызвало сбой, может быть затруднительно. Для решения проблемы приходится прорабатывать сложные условия обработки ошибок. Отсюда же вытекает проблема с журналированием — логи трудно структурировать.
Микроядерная архитектура
Этот тип архитектуры состоит из двух компонентов: ядра системы и плагинов. Плагины отвечают за бизнес-логику, а ядро руководит их загрузкой и выгрузкой.
Как пример микроядерной архитектуры в книге O’Reilly приводится Eclipse IDE. Это простой редактор, который открывает файлы, дает их править и запускает фоновые процессы. Но с добавлением плагинов (например, компилятора Java) его функциональность расширяется.
Микроядерную архитектуру в свое время использовала операционная система Symbian для мобильных устройств (разработку прекратили в 2012 году). В её микроядре находился планировщик задач, системы управления памятью и драйверы, а файловая система и компоненты, отвечающие за телефонную связь, выступали в роли плагинов.
Легко портировать приложение из одной среды в другую, поскольку модифицировать нужно только микроядро. Разделение высокоуровневых политик и низкоуровневых механизмов упрощает поддержку системы и обеспечивает её расширяемость.
Производительность приложения снижается, если подключать слишком много модулей. Однако бывает проблематично найти баланс между количеством плагинов и числом задач микроядра (обычно оно содержит лишь часто используемой код).
Также сложно определить заранее (до начала разработки приложения) оптимальную степень дробления кода микроядра. А поменять подход позднее практически невозможно.
Хорошо подходит для:
Микросервисы
Похожи на архитектуру, управляемую событиями, и микроядро. Но используются тогда, когда отдельные задачи приложения можно легко разделить на небольшие функции — независимые сервисы. Эти сервисы могут быть написаны на разных языках программирования, поскольку общаются друг с другом при помощи REST API (например, с использованием JSON или Thrift).
В каких пропорциях делить код, решает разработчик, но Сэм Ньюмен (Sam Newman), автор книги «Создание микросервисов», рекомендует выделять на микросервис столько строк кода, сколько команда сможет воспроизвести за две недели. По его словам, это позволит избежать излишнего «раздувания» архитектуры.
Чаще всего микросервисы запускаются в так называемых контейнерах. Эти контейнеры доступны по сети другим микросервисами и приложениям, а управляет ими всеми система оркестровки: примерами могут быть Kubernetes, Docker Swarm и др.
Микросервисная архитектура упрощает масштабирование приложений. Чтобы внедрить новую функцию достаточно написать новый сервис. Если функция стала не нужна, микросервис можно отключить. Каждый микросервис — это отдельный проект, потому работу над ними легко распределить между командами разработчиков.
Подробнее о механизмах масштабирования микросервисных систем можно почитать в книге Мартина Эббота (Martin L. Abbott) «Искусство масштабирования» (The Art of Scalability).
Сложно искать ошибки. В отличие от монолитных систем (когда все функции находятся в одном ядре), бывает сложно определить, почему «упал» запрос. За деталями приходится идти в логи «виновного» процесса (если их несколько, то проблема усугубляется).
При этом появляются дополнительные накладные расходы на передачу сообщений между микросервисами. По нашим оценкам, рост сетевых издержек может достигать 25%.
Еще один недостаток — необходимость мириться с концепцией eventual consistency (согласованность в конечном счёте). У микросервисов есть собственные хранилища данных, к которым обращаются другие микросервисы. Информация об изменении этих данных распространяется по системе не мгновенно. Потому возникают ситуации, когда у некоторых микросервисов (пусть и на крайне короткий промежуток времени) оказываются устаревшие данные.
Почему мы в 1cloud переходим на микросервисы
Как мы уже говорили, в основе предоставляемых нами сервисов (частное облако, виртуальные серверы, объектное облачное хранилище и др.) лежит многоуровневая архитектура. Она показала себя с хорошей стороны, но теперь её возможности по масштабированию начали иссякать.
У нас становится все больше партнеров, которые предоставляют свои решения на базе нашей платформы по франшизе. Появляются удаленные площадки и сервисы, которыми становится сложно управлять из единой точки (в частности, наше оборудование находится в нескольких дата-центрах в России, Казахстане и Беларуси).
Чтобы было проще масштабировать существующие функции и внедрять новые фичи, мы в 1cloud переводим всю нашу инфраструктуру на микросервисы.
Мы хотим выделить их в отдельные модули и вместо одной сложной базы данных получить N простых. Таким образом, в новой архитектуре каждой фиче будет соответствовать отдельная БД. Это гораздо удобнее и эффективнее в поддержке и разработке.
Мы сможем разделить работу над сервисами между несколькими разработчиками (выделить специализации в компании) и эффективно масштабироваться горизонтально — когда нужно, будем просто подключать новые микросервисы.
Наши клиенты тоже получат ряд преимуществ. Поскольку микросервисы не связаны друг с другом, то при выходе из строя конкретной услуги будет недоступна только она, все остальные продолжат функционировать в штатном режиме. При этом даже если произойдет глобальное падение нашего сервиса, то панель управления продолжит работать.
Клиенты из Казахстана и Беларуси (и других стран, где мы откроем представительства) заметят существенное увеличение скорости и отзывчивости интерфейсов, так как панели управления будут размещаться локально.
Что уже сделано
Пока мы реализовали только первый пилот: «Услугу Мониторинг». Остальные сервисы переведем на новые рельсы в конце 2018 — начале 2019 года.
Начать новый переход планируем в начале 2019 года и закончить его в конце следующего года.
Используют в крупных проектах с высокой нагрузкой, которым требуется повышенная безопасность.