陌陌 Service Mesh 架构的探索与实践

陌陌 Service Mesh 架构的探索与实践

作者 | 高飞航

编辑 | 田晓旭

2016 年,Service Mesh 进入公众视野之后一直保持着高速发展的状态,目前已成为业内广泛认可的下一代微服务架构,并且被 CNCF 列入构建容错性好、易于管理与观察的原生应用所依赖的关键技术

2019 年底,经过多年微服务架构实践积累、对现有架构痛点总结分析以及多个阶段的思考与评估后,陌陌正式启动了 Service Mesh 落地项目 MOA Mesh。本文将从原有微服务架构谈起,详细讲述陌陌 Service Mesh 架构的探索过程,希望能给业内同样关注如何落地 Service Mesh 的技术人员提供参考。

1 陌陌微服务架构演进

2013 年,陌陌架构团队完成了微服务架构的研发与推广,考虑到当时业内还没有成熟的开源产品,陌陌自研了服务框架 MOA(Momo service Oriented Architecture),并应用到了多条业务线,例如附近动态、直播、IM、短视频等。

随着业务的不断增长,MOA 完成了对自身能力与稳定性的验证,发布服务 2000+,注册实例 2 万 +,全天调用量 3500 亿,峰值时 QPS 达到 600 万。

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发展历程

为了支撑大规模业务服务运行,MOA 除了需要不断完善自身之外,还需要与其他基础架构产品协同运作,如:监控、异步、配置、日志、分布式跟踪、压测等平台与系统。

回顾陌陌整个微服务体系的发展历程,2011 年还是在使用单体应用,2012 年开始拆分系统,2013 年自研了微服务框架 MOA,2017 年实现了应用容器化,2020 年落地 Service Mesh 架构。

陌陌 Service Mesh 架构的探索与实践 陌陌微服务体系发展历程

多语言支持

陌陌服务端架构采用了 PHP API + Java 后端服务的多语言架构,以同时获得 PHP 的开发效率与 Java 的高性能优势。这也使得 MOA 从一开始就要应对跨语言调用带来的挑战。

MOA 的核心组件是 Java 语言的 SDK,在微服务体系中我们又进一步引入以下机制简化其他语言 SDK 的开发工作

  • 能够复用成熟 Redis 客户端的 Redis GET 跨语言传输协议

  • 通过域名访问、与普通服务调用方式一致的地址查询服务 Lookup

  • 由 Java 开发、以 sidecar 方式部署、作为入流量代理的 MOA Proxy,支持非 Java 语言发布服务、接入整体微服务体系

整体架构

在融入相关基础架构产品以及多语言支持机制后,MOA 1.0 微服务体系已具备较为全面的服务治理能力。

MOA 整体架构如下图所示,其中 MOA Watcher 是中心化的健康检测系统,同时 MOA 客户端也具备自动容错机制;并行调用代理是为了支持 PHP 语言实现并行调用的中心化出流量代理。

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2 架构痛点与 Service Mesh

架构痛点分析

在业务规模不断扩大、微服务架构持续演进的过程中,存在一些始终无法彻底得到解决的问题,它们可以统一归纳为“服务治理能力滞后”问题。

非 Java 应用能力滞后

原有架构中采取了很多简化开发多语言 SDK 的机制,但在中间件团队以 Java 工程师为主导的情况下,其他语言 SDK 的迭代速度还是会远落后于 Java SDK,导致其他语言 SDK 缺少很多关键的功能,并且无法快速完成修复与补充。

Java 应用能力滞后

Java SDK 具备最完善的服务治理能力,但当 Java 应用的数量达到数千规模,SDK 的升级会成为极其困难的工作,使新开发的功能同样无法快速在每个应用上得以运用。即使在一些紧急情况下集中进行推广,每个应用修改版本依赖、重新发布的过程也会耗费业务团队和基础架构团队大量的时间精力,对整体业务迭代效率产生负面影响。

滞后问题危害

服务治理能力滞后问题使整体的微服务架构无法实现统一。缺失的能力会使应用的稳定性受损,甚至引发故障。在进行重大架构变更时,缺失以及无法快速补充的能力会成为理想方案的阻碍,从而被迫选择其他存在缺陷的方案。

引入 Service Mesh

Service Mesh 将服务框架核心逻辑剥离到本地代理进程的方式,能够使 Java SDK 升级和多语言 SDK 重复开发问题得到彻底解决。但是否应该引入这项全新的架构方案,还需要对以下问题进行深入、全面的评估:

  • 是否足够成熟、不对稳定性造成影响

  • 是否有其他方案能够达成相同的目标

  • 是否投入有限、可以接受的成本

  • 是否能真正解决问题、带来期望的价值

经过慎重的思考,我们决定引入 Service Mesh 来解决原有架构的痛点。

观察阶段

对于一项新技术方案我们没有额外的人力去“试错”。这一阶段我们首先对 Service Mesh 的发展保持密切关注,同时也在等待公司内部的一些基础设施成熟,如:应用容器化部署推进、日志监控类 Agent 方案日趋完善等。

试验阶段

对现有问题尝试通过其他方案解决。例如非 Java 语言 SDK 最急需的是流量调度能力,我们尝试采用无流量代理 Agent 的方案,仅将路由选址机制下沉到 Agent。但发现业务进程与 Agent 之间存在复杂的交互逻辑,并且无法做到彻底解耦。

评估阶段

对 Service Mesh 方案进行全面评估,包括调用耗时增长问题、服务器成本、人力投入等。确保方案带来的成本及影响在可接受范围内。

启动阶段

在现有业务规模下,提升业务团队开发效率、减轻业务团队负担是基础架构部门的首要工作目标。保持服务治理能力高速迭代、并且使业务团队从 SDK 升级的工作中解放出来,是我们决定引入 Service Mesh 方案时最关注的价值。

3 陌陌 Service Mesh 架构实践

业内方案调研

目前最具影响力的开源产品 Istio 提供了一套完整、具体的解决方案,包括代理流量的数据平面、管理代理层的各个控制平面组件等,各公司的落地方案几乎都会参考 Istio 的设计。但 Istio 目前还是一个在高速演进中的产品,与 k8s 的某些机制绑定、存在性能瓶颈等问题使得很多公司并没有直接使用 Istio。

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蚂蚁金服

蚂蚁金服选择用 Go 语言自研数据平面产品 SOFA MOSN,并在过去的一年完成了大规模的落地实践验证。其中的平滑升级机制取得了非常理想的效果,值得作为数据平面追求的目标。自研的控制平面 SOFA Mesh 目前在与 Istio 进行融合。

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美团基于 Istio 的数据平面产品 Envoy 进行了二次开发,以支持与现有内部系统融合和存量服务接入。美团原有的服务框架产品 OCTO 具备非常完善的服务治理功能,这部分经验被运用于自研的控制平面之中。

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陌陌方案选型

从各个公司的方案来看,使用开源产品、二次开发、自研方向都有实践的案例。如果是构建一个全新的应用,采用开源产品方案、持续跟进社区是比较理想的选择。陌陌当前的目标是使存量服务升级为 Service Mesh 架构,最终采用了数据平面与控制平面均自研的方案,并使用 Java 语言来开发数据平面代理流量的 Agent。在方案选型过程中我们重点考虑以下三方面的因素

与现有架构的兼容性

MOA 框架使用的是私有协议,而非标准的 HTTP、gRPC 协议,直接使用开源的数据平面产品需要进行较多的适配改造;同时接入其他内部系统也需要进行大量改造。

现阶段的关键需求

当前架构的痛点是 SDK 升级与跨语言,而不是缺少控制平面功能;直接引入开源控制平面产品会大幅增加方案的复杂度,并且社区的控制平面产品还在逐步完善的过程中。

技术储备与原则类因素

出于技术储备、人才储备等原因暂不希望技术体系内引入 Go 语言;公司内开发服务端应用最成熟的是 Java 语言;自研 MOA 框架积累了较为丰富的经验。

整体架构

现阶段我们关注的核心收益均由数据平面产生,因此整体方案中将着重进行数据平面 Agent 的建设。在控制平面方案中,通过增加一层轻量的 Pilot Proxy 实现数据平面 Agent 与其他内部系统之间的解耦。控制平面优先采用 Istio 的标准协议(如 xDS、MCP 等)实现组件间的通信,为后续逐步向社区靠拢提供可能。基于 Service Mesh 的 MOA 2.0 整体架构如下图所示

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数据平面架构方案

数据平面是与业务进程直接交互的层面,关系到业务团队的直观体验与应用整体的稳定性。在设计数据平面方案时,我们重点关注平滑升级、Agent 容灾、代理性能三方面的内容。

平滑升级

为了实现 Agent 迭代升级过程无需业务团队参与,该过程对业务开发人员必须是无感知的,“平滑升级”流程需要满足

  • 业务进程不重启

  • 业务进程的流量保持不变

常规的流量切换方案,需要借助新的 Agent IP 或端口、经过复杂的流量调度过程,才能接近实现业务进程流量保持不变。我们选择采用业务感知更为友好的“FD 迁移方案”。通过调用 Linux 操作系统的 sendmsg / recvmsg 接口,旧进程能够将所持有连接的的 FD(文件描述符)发送给新进程,新进程能够将接收的 FD 还原成连接继续进行读写操作。

Java 本身的 JDK 并未暴露操作系统的底层接口,需要通过 JNI 的方式进行调用。Java 的网络框架 Netty 已经实现了相关接口的封装,在 Netty 提供的 Java API 基础上开发即可实现 FD 迁移的相关机制。

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Agent 容灾

引入数据平面转发流量后,整体架构会变得更加复杂。在设计针对 Agent 的容灾方案时,遵循的原则是简单、依赖尽可能少的资源。

对于大多数服务类型的应用,Agent 代理的出流量均由入流量产生。此时可借助微服务体系原有的健康检测机制进行容灾,在 Agent 发生异常时摘除实例流量,使整个服务不再受异常 Agent 的影响。

对于少数 Agent 仅代理出流量的场景,在 Agent 发生异常时 SDK 可以将流量切换至本应用的其他 Agent。由于同应用内的 Agent 具有相同的配置、资源、鉴权要求,这一切换过程具有最小的切换代价和最高的稳定性。

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代理性能

在众多影响 Agent 流量代理性能的因素中,通信协议是最关键的环节之一。MOA 原有的协议不支持可扩展的 header 字段,在转发请求时需要 decode 整个 Request 的字节数据才能获得服务名等路由信息。这种情况下需要新增一种传输协议,使请求转发时能够避免解析 Request Body 产生的开销。新协议同时需要对原 Redis GET 协议不支持单连接并行处理请求的问题进行连接复用优化,使代理转发性能达到最优。

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4 展望

陌陌的 Service Mesh 架构实践仍处于起步阶段。当前数据平面已完成研发,开始逐步进行线上服务的灰度验证。接下来我们将进一步完成控制平面建设、完善数据平面功能、解决线上业务大规模推广中遇到的问题。我们计划将每一阶段的经验和感悟都分享出来与业内进行广泛的交流,敬请期待未来持续更新的内容。

作者简介

高飞航,陌陌中间件架构师,在微服务、多机房架构及中间件产品领域有较为深入的研究,当前关注 Service Mesh、云原生等技术方向。

陌陌基础平台团队持续招聘基础中间件高级架构师、资深 Java 工程师等岗位,团队致力于为公司及子公司等提供完善的基础架构能力交付,包括微服务治理平台、配置中心监控平台、消息平台、存储中间件、IM 通用解决方案等技术领域,欢迎有兴趣的同学加入我们一起建造稳定、可靠的基础架构设施,简历投递方式:momohr@immomo.com

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原文 

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzNjUxMzk2NQ==&mid=2247493647&idx=1&sn=ca45a0843199de4518dc76820eca0c18

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