.Net微服務實戰之負載均衡（下）

陳珙發表於2021-01-11
微服務負載

系列文章

 相關原始碼：https://github.com/SkyChenSky/Sikiro

前言

　　2020.1.10，陪我老婆到她所屬的千億企業的科技部值班，順便參觀了一下他們IT部門，舒適的環境讓我靈感大發，終於把這篇拖了半年的博文完成了。

　　上一篇文章《.Net微服務實戰之負載均衡（上）》從DNS、LVS和Nginx講解如何在實戰中結合使用，那麼以上三種負載方式離開發人員相對來說比較遠，平常也不容易接觸到，更多是由團隊的運維或者技術Leader關注的比較多。

　　該篇主要講解在微服務架構中，如何使用我們耳熟能詳的API閘道器+服務註冊中心進行負載均衡的請求。讓大家在實際工作中知道，如何將拆分後的微服務應用銜接起來，如何在微服務應用之間跨主機的訪問容器進行請求。

　　下文的中介軟體的部署與使用，我將以下面的網路拓撲圖的形式大家進行演示。在實際開發專案中，是以Docker Overlay的網路方式部署的，有些中介軟體為了開放給開發人員使用並且在文章中很好的展示給各位讀者，我是把容器埠對映到了宿主，大家可以根據自生的實際情況進行定義。該文雖然是說.Net的微服務，但是實際上這幾個中介軟體可以使用到其他各種平臺，也是比較開源界相對熱門、穩定的。

　　其次我也把在日常和同行溝通的時候，討論得最多的問題給整理了出來，也方便入門微服務的讀者能解答心中的疑惑，只有基礎、理論理解清楚了，才能很好的進行實施。

我被問得多的那些問題

服務之間的呼叫關係容易混亂，該怎麼劃分？

　　下圖的架構分層圖是我當時實施後的應用分層，在這張圖有幾個關鍵點我給大家列一下：

  • 　　自頂向下的分為UI層、聚合API層、公共API層，
  • 　　每一層只會依賴於下一層，不會跨層依賴，也不會同一層之間存在呼叫依賴
  • 　　聚合API層與公共API層都是屬於內網環境，無法被外網直接訪問，聚合API層如果需要被UI層呼叫或者外網訪問則由API閘道器暴露出去，公共API層需要被聚合API層訪問則由RPC、Consul與Fabio進行銜接請求。
  •        縱向維度的從物理視角出發，分層目的是為了職責分離，避免呼叫關係亂套，迴圈依賴的問題
  • 　　水平維度的從業務視角出發，分解目的是為了解耦與複用

在微服務架構裡前後端分離後不知道如何呼叫API介面？

　　該問題其實跟微服務無關，也就是前後端分離的基本問題。提出的人應該是屬於做單體系統多了，然後去了解微服務的時候發現概念多中介軟體多，什麼API閘道器、服務註冊中心、RPC的直接把他們搞暈了。

　　對於該問題的回答就是，客戶端與API之間是使用HTTP協議進行互動的，甚至是微服務內的服務與服務之間都是以HTTP協議進行互動，因為馬丁福勒在他的部落格裡說了個重要的單詞【輕量】，該詞就是指輕量級的通訊協議也就是HTTP。

　　那麼對於該問題的一個衍生問題就是，我怎麼知道該介面怎麼呼叫呢？答案就是Swagger，Swagger擔任的服務描述的重任，他描述了，介面路徑、協議型別、引數結構，只要有了以上3者是不是就很好讓前後端人員對接了。

　　清楚上面的問題後，再引入API閘道器，API閘道器其實就是把原本零散的API服務給整合起來，形成統一的流量入口，由API閘道器進行路由轉發，如下圖：

微服務裡服務與服務之間是怎麼通訊的？

　　首先協議跟上面的問題一致是HTTP的，那麼在.Net裡HTTP API是不是可以通過HttpClient進行請求？但是HttpClient呼叫API時是需要關注很多引數的細節，那麼RPC的優勢就來了。

　　RPC主要工作是像呼叫內部方法一樣做遠端呼叫和隱藏請求細節。在.Net裡WebApiClient和gRPC都是不錯的RPC框架。

　　此外，RPC框架也是我認為做微服務第一個考慮選型並且慎重選型的元件。

從服務註冊中心拿到的是服務地址列表，該怎麼做負載均衡請求？

　　我們從服務註冊中心拿到某個服務資訊是一組ip+port的集合，那麼需要對該集合的某一項進行請求。

　　有兩種解決方式：

  • 　　呼叫端RPC整合，從註冊中心獲取服務地址列表，然後使用負載均衡演算法選擇其中一個IP+Port讓RPC進行請求
  • 　　使用中介軟體，該中介軟體是與註冊中心整合的，例如Consul+Fabio，呼叫端會通過RPC框架請求Fabio，Fabio會從Consul獲取健康的地址請求轉發。

　　下面的使用我主要以中介軟體的方式來解決上述的問題，主要.Net多數RPC是沒有整合註冊中心，如果由開發人員整合起來，改動相對會花精力與時間。

PS：上面的提到的API閘道器、Fabio請求轉發如果把大家繞暈了話，你們可以把他們兩個當成類似Nginx功能（不完全一樣）的中介軟體。

　　那麼經過上面問題講述後，那麼就可以開始接下來的Kong、Consul、Fabio與.Net Core的整合使用。

Docker環境的準備

所有伺服器關閉防火牆，不然下面使用Overlay2後，容器之間也無法ping通，如果原本已經啟動了防火牆後再關閉的後需要重啟docker。

#關閉防火牆
systemctl disable firewalld

#重啟docker
systemctl restart docker

在Server A初始化Docker Swarm

docker swarm init --advertise-addr 192.168.88.138

然後在其他worker節點Server B和Server C執行上面反饋的指令加入Docker Swarm叢集

docker swarm join --token SWMTKN-1-0odogegq3bwui4o76aq5v05doqqvuycb5jmuckjmvzy4bfmm59-ewht2cz6fo0r39ky44uv00aq5 192.168.88.138:2377

在Server A上可以檢視Docker Swarm節點資訊

docker node ls

在Server A建立Overlay2網路覆蓋，方便後續建立的容器之間可以跨主機訪問

docker network create -d overlay --attachable overlay

 測試容器之間是否可以跨主機訪問

#建立nginx叢集
docker service create -d --network=overlay --replicas 3  --name=nginx nginx

#查詢出某個例項的Ip
docker inspect 1af2984adda9

#進入另外容器例項嘗試請求跨主機請求
docker exec -it 1af2984adda9 /bin/bash

curl 10.0.1.8

有以下響應結果就是網路環境OK了。

Kong與KongA的部署

對於中介軟體的部署，我建議在docker run的指令裡指定【--ip】，避免每次啟動的時候IP不一致，因此在應用配置需要指定。

安裝postgres資料庫

docker run -d --name kong-database  --network=overlay  -p 5432:5432  -e  "POSTGRES_USER=kong" -e "POSTGRES_PASSWORD=kong"  -e  "POSTGRES_DB=kong"  postgres:9.6

初始化kong資料庫

docker run --rm    -e "KONG_DATABASE=postgres"  -e  "KONG_PG_HOST=192.168.88.144"  -e "KONG_PG_USER=kong"  -e  "KONG_PG_PASSWORD=kong"  -e  "KONG_CASSANDRA_CONTACT_POINTS=postgres"  kong:2.2 kong migrations  bootstrap

啟動kong應用

docker run -d --ip=10.0.1.111 --name kong --network=overlay -e "KONG_DATABASE=postgres" -e "KONG_PG_HOST=192.168.88.144" -e "KONG_PG_USER=kong" -e "KONG_PG_PASSWORD=kong" -e "KONG_CASSANDRA_CONTACT_POINTS=postgres" -e "KONG_PROXY_ACCESS_LOG=/dev/stdout" -e "KONG_ADMIN_ACCESS_LOG=/dev/stdout" -e "KONG_PROXY_ERROR_LOG=/dev/stderr" -e "KONG_ADMIN_ERROR_LOG=/dev/stderr" -e "KONG_ADMIN_LISTEN=0.0.0.0:8001, 0.0.0.0:8444 ssl" -p 8000:8000 -p 8443:8443 -p 8001:8001 -p 8444:8444 kong:2.2

請求看看kong是否部署成功

curl -i http://192.168.88.144:8001/services

安裝konga

docker run  -d --ip=10.0.1.112 -p 1337:1337 --network=overlay --restart=always -e "TOKEN_SECRET=chengong1218" -e "DB_ADAPTER=postgres" -e "DB_HOST=192.168.88.144" -e "DB_USER=kong" -e "DB_PASSWORD=kong" -e "DB_DATABASE=kong" -e "NODE_ENV=development" --name konga pantsel/konga:0.14.9

KongA的使用

初始化配置與儀表盤

Kong的一些基本概念

　　Service。顧名思義,就是我們自己定義的上游服務,通過Kong匹配到相應的請求要轉發的地方, Service 可以與下面的Route進行關聯,一個Service可以有很多Route,匹配到的Route就會轉發到Service中。Service服務,通過Kong匹配到相應的請求要轉發的地方(eg: 理解nginx 配置檔案中server)

　　Route。實體定義匹配客戶端請求的規則. 每個路由都與一個服務相關聯,而服務可能有多個與之相關聯的路由. 每一個匹配給定路線的請求都將被提交給它的相關服務。Route 路由相當於nginx 配置中的location

　　Upstream。用來配置轉發真實地址的集合，類似於Nginx的Upstream模組。

新增Service

　　把圈起來的4項填寫好，在實際場景可以根據自己的技術情況填寫Protocol=http,Port=80，下面我將有taobao.com和baidu.com所以暫時用https和443.

新增Route

把Route模組的Name、Path和Methods填寫好，在這裡需要注意的是Path和Methods每填寫一項得回車一次，不然儲存後是沒有效果的。

新增Upstream

Kong的Upstream設定要新增Target和Upstream，注意Target的Name需要與Service配置的Host一致。

效果圖

Kong.Net元件的使用

　　經過上面的操作後，使用是沒有多大問題的了，但是應用基於Docker啟動後容器IP也是不固定的，那麼手動新增的場景肯定不方便，不靈活。國人開源了一款Kong.Net-https://github.com/lianggx/Kong.Net，讓微服務應用在啟動後把他本身的資訊註冊到Kong，這樣Kong也不需要與Consul做整合，可以理解成微服務應用通過Kong.Net把IP+Port註冊到了kong裡。

/ This method gets called by the runtime. Use this method to configure the HTTP request pipeline.
public void Configure(IApplicationBuilder app, IHostingEnvironment env, KongClient kongClient)
{
    UseKong(app, kongClient);

    if (env.IsDevelopment())
    {
        app.UseDeveloperExceptionPage();
    }

    app.UseMvc();
}

public void UseKong(IApplicationBuilder app, KongClient kongClient)
{
    var upStream = Configuration.GetSection("kong:upstream").Get<UpStream>();
    var target = Configuration.GetSection("kong:target").Get<TargetInfo>();
    var uri = new Uri(Configuration["server.urls"]);
    // This target is your host:port
    target.Target = uri.Authority;
    app.UseKong(kongClient, upStream, target);
}

 

Consul的部署

在Server C執行以下指令

#Server模式
docker run -d --ip=10.0.1.101 --net=overlay -p 8500:8500  -p 8600:8600/udp --name=consul-server-c consul agent -server -ui -node=consul-server-c -bootstrap-expect=1 -advertise=10.0.1.101 -bind=10.0.1.101 -client=0.0.0.0

#Client模式
docker run -d --ip=10.0.1.102 --net=overlay --name=consul-client-c consul agent -node=consul-client-c -advertise=10.0.1.102 -bind=10.0.1.102 -client=0.0.0.0 -join=10.0.1.101

在Server A執行下面指令

#Server模式
docker run -d --ip=10.0.1.103 --net=overlay -p 8500:8500  -p 8600:8600/udp --name=consul-server-a consul agent -server -ui -node=consul-server-a -bootstrap-expect=1 -advertise=10.0.1.103 -bind=10.0.1.103 -client=0.0.0.0 -join=10.0.1.101

#Client模式
docker run -d --ip=10.0.1.104 --net=overlay --name=consul-client-a consul agent -node=consul-client-a -advertise=10.0.1.104 -bind=10.0.1.104 -client=0.0.0.0 -join=10.0.1.101

在Server B執行以下指令

#Server模式
docker run -d --ip=10.0.1.105 --net=overlay -p 8500:8500  -p 8600:8600/udp --name=consul-server-b consul agent -server -ui -node=consul-server-b -bootstrap-expect=1 -advertise=10.0.1.105 -bind=10.0.1.105 -client=0.0.0.0 -join=10.0.1.101

#Client模式
docker run -d --ip=10.0.1.106 --net=overlay --name=consul-client-b consul agent -node=consul-client-b -advertise=10.0.1.106 -bind=10.0.1.106 -client=0.0.0.0 -join=10.0.1.101

 

服務註冊

.Net Core應用註冊到Consul，需要注意的是得在應用啟動後把服務註冊到Consul（lifetime.ApplicationStarted)，不然是無法拿到微服務應用在Overlay2的地址，微服務預設是用HTTP因為是內網應用，所以不需要HTTPS，埠也是預設80，因為Docker會給每個容器分配一個獨立的IP。此外Tags是Fabio約定的格式，主要讓Fabio路由用的。

　　　　  /// <summary>
        /// Consul服務註冊
        /// </summary>
        /// <param name="app"></param>
        /// <param name="lifetime"></param>
        /// <param name="configuration"></param>
        /// <returns></returns>
        public static IApplicationBuilder UseConsul(this IApplicationBuilder app, IHostApplicationLifetime lifetime, IConfiguration configuration)
        {
            var option = configuration.GetSection("Consul").Get<ConsulOption>();
            option.ThrowIfNull();

            //建立Consul客戶端
            var consulClient = new ConsulClient(x => x.Address = new Uri(option.ConsulHost));//請求註冊的 Consul 地址

            AgentServiceRegistration registration = null;
            lifetime.ApplicationStarted.Register(() =>
            {
                var selfHost = new Uri("http://" + LocalIpAddress + ":" + option.SelfPort);
                //註冊服務
                registration = new AgentServiceRegistration
                {
                    Checks = new[] { new AgentServiceCheck
                    {
                        Interval = TimeSpan.FromSeconds(option.HealthCheckInterval),
                        HTTP = $"{selfHost.OriginalString}/health",//健康檢查地址
                        Timeout = TimeSpan.FromSeconds(3)
                    } },
                    ID = selfHost.OriginalString.EncodeMd5String(),
                    Name = option.ServiceName,
                    Address = selfHost.Host,
                    Port = selfHost.Port,
                    Tags = new[] { $"urlprefix-/{option.ServiceName} strip=/{option.ServiceName}" }//新增 urlprefix-/servicename 格式的 tag 標籤，以便 Fabio 識別  
                };
                consulClient.Agent.ServiceRegister(registration).Wait();
            });

            //反註冊服務
            lifetime.ApplicationStopping.Register(() =>
            {
                if (registration != null)
                    consulClient.Agent.ServiceDeregister(registration.ID).Wait();
            });
            return app;
        }

Docker構建.Net Core微服務

Docker File

FROM mcr.microsoft.com/dotnet/aspnet:5.0-buster-slim AS base
WORKDIR /app
EXPOSE 80

FROM base AS final
WORKDIR /app
COPY ./ /app
ENV TZ=Asia/Shanghai
RUN ln -snf /usr/share/zoneinfo/$TZ /etc/localtime && echo $TZ > /etc/timezone

Docker構建指令

docker build -t msgserver .
docker run -d -p 8801:80   --network=overlay  --name msgserver  msgserver

Fabio的部署

registry_consul_addr為Consul的Overlay2的IP，可以通過docker inspect指令進行檢視。

docker run -d --net=overlay -p 443:443 -p 9998:9998 -p 9999:9999 --name=fabio -e 'registry_consul_addr=10.0.1.101:8500' magiconair/fabio

部署成功後，可以通過fabio_ip+9998埠檢視服務註冊的情況。

然後可以fabio_ip+9999進行請求轉發,下面GIF效果圖

RPC整合使用

在該篇文章，我主要使用了中介軟體代理的方式處理了微服務內部的負載均衡請求，那麼在RPC的層面基本上就不需要花多餘的功夫進行整合與擴充套件。

下面以WebApiClient作為例子展示如何做微服務呼叫（按需可以使用gRPC，思路與實現方式差不多）

呼叫端

註冊到IOC

/// <summary>
        /// 註冊訊息服務內部api
        /// </summary>
        /// <param name="services"></param>
        /// <param name="configuration"></param>
        private static void AddMsgApi(this IServiceCollection services, IConfiguration configuration)
        {
            services.AddHttpApi<ITest>().ConfigureHttpApiConfig(c =>
            {
                c.HttpHost = new Uri("http://192.168.88.143:9999/Msg/");
                c.FormatOptions.DateTimeFormat = "yyyy-MM-dd HH:mm:ss";
            });
        }

RPC API呼叫

　　　　 private readonly IUser _iUser;
        private readonly ICode _iCode;
        private readonly IId _id;

        public UserController(IUser iUser, ICode iCode, IId id, IHttpContextAccessor httpContextAccessor)
        {
            _iUser = iUser;
            _iCode = iCode;
            _id = id;
        }

        #region 無登入驗證請求

        /// <summary>
        /// 註冊
        /// </summary>
        /// <param name="registerRequest"></param>
        /// <returns></returns>
        [HttpPost("Register")]
        [AllowAnonymous]
        public async Task<ApiResult<UserLogonResponse>> RegisterUser(UserRegisterRequest registerRequest)
        {
            //手機驗證
            var codeVaildResult = await _iCode.Vaild(registerRequest.CountryCode + registerRequest.Phone, registerRequest.Code);
            if (codeVaildResult.Failed)
                return codeVaildResult.ToApiResult<UserLogonResponse>();

            registerRequest.UserNo = await _id.Create("D4");
            var registerResult = await _iUser.RegisterUser(registerRequest.MapTo<RegisterUserRequest>());

            if (registerResult.Failed)
                return ApiResult<UserLogonResponse>.IsFailed("註冊成功");

            var token = BuildJwt(registerResult.Data.MapTo<AdministratorData>());
            var response = registerResult.Data.MapTo<UserLogonResponse>();
            response.Token = token;

            return ApiResult<UserLogonResponse>.IsSuccess("註冊成功", response);
        }

服務端

Api SDK提供

 public interface ITest : IHttpApi
    {
        /// <returns></returns>
        [HttpGet("Test/Index")]
        ITask<ServiceResult> Test();
    }

Api邏輯

    [Route("[controller]/[action]")]
    [ApiController]
    public class TestController : Controller
    {
        [HttpGet]
        public string Index()
        {
            var networkInterfaces = NetworkInterface.GetAllNetworkInterfaces();

            string localIp = NetworkInterface.GetAllNetworkInterfaces()
                .Select(p => p.GetIPProperties())
                .SelectMany(p => p.UnicastAddresses)
                .FirstOrDefault(p => p.Address.AddressFamily == AddressFamily.InterNetwork && !IPAddress.IsLoopback(p.Address))?.Address.ToString();

            var result = new List<string>();

            var b = NetworkInterface.GetAllNetworkInterfaces()
                .Select(p => p.GetIPProperties())
                .SelectMany(p => p.UnicastAddresses)
                .Where(p => p.Address.AddressFamily == AddressFamily.InterNetwork && !IPAddress.IsLoopback(p.Address))
                .Select(a =>
                {
                    return new
                    {
                        Address = a.Address.ToStr()
                    };
                }).ToList();


            return b.ToJson() + "------" + localIp;
        }
    }

 結束

　　該篇主要講解了API閘道器、註冊中心怎麼整合微服務的，怎麼讓請求路由到對應的服務，這也是大多數初學的微服務相對比較難啃的一道。那麼我也是通過Kong、Consul、Fabio三個中介軟體結合來講述了他們的呼叫關係與使用。

　　如果有文章有任何問題與更新的思路與方案，可在下方評論反饋給我

　　

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