基于运维数据分析的云原生软件架构评估

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1. 基于运维数据分析的云原生软件架构评估彭鑫复旦大学 pengxin@fudan.edu.cn

3. 云原生（Cloud Native）软件据IDC预测，到2022年，90%的应用程序将采用微服务架构；35%的产品应用将是云原生的云原生：应用的设计、实现及部署运行方式充分适应云计算平台的特点（如分布式、弹性伸缩）     微服务：物理隔离，轻量级分布式通信，独立部署、独立更新、独立伸缩 DevOps：开发运维一体化，持续集成与自动化发布持续交付：频繁发布、快速交付、快速反馈、快速试错容器化：服务无差别封装在容器中，运维无需关心服务技术栈

4. 软件生态系统支持定制化开发的软件产品线应用共享并依赖于平台及开发框架应用间可互联互通应用持续增长并自主演化安卓生态系统苹果生态系统特点：技术依赖、离线演化

5. 云原生软件生态系统 Service Service Service Service Service Service Service 服务独立开发、部署、演化 Service Service 新的业务和特性不断生长 Service Service Service 服务持续交付与更新 Service Service Service 特点：持续运转、在线演化

6. 云原生软件架构治理问题服务调用环路脆弱的长调用链路服务内聚弱、职责不单一 Service Service Service Service Service 能力地图不清晰，存在重复服务 Service Service 服务间耦合强，边界不清晰 Service Service 业务和技术层次不清晰随着服务的不断增加和调整，云原生软件架构可能会不断退化缺少整体规划的系统生态性演化是一个主要原因（只见树木、不见森林）

7. 传统的软件架构分析技术代码静态分析通过各种程序分析及文本分析手段揭示并分析模块与文件间依赖关系与概念关联，分析成本低，使用广泛代码动态分析代码演化历史分析通过程序插桩获取软件运行基于版本库演化历史分析获时信息，从而揭示不同软件取不同文件的修改和演化历模块或对象之间的交互关系，史，揭示文件间的演化关联，分析成本高，使用较少分析成本低，有一定使用

8. 云原生软件架构分析的挑战服务独立开发和部署运行环境复杂多变运行环境配置及相互影响复杂多变，难以掌控和模拟服务成为基本开发和运行单元，代码及演化历史分析只能应用于服务内部分析 02 01 自主生长、独立演化大量内部及第三方团队参与，演化过程难以通过自顶向下的方式进行集中控制，涉及大量不同部门、协调困难开发 04 03 系统行为高度动态服务和系统行为受到部署和运维配置及运行环境影响，具有高度的动态性运维

9. 云原生软件架构分析的机遇运行日志调用链路可观察性 Peter Bourgon. Metrics, tracing, and logging. https://peter.bourgon.org/blog/2017/02/21/ metrics-tracing-and-logging.html 指标度量显式的软件体系结构外化的交互行为系统持续在线运行完善的基础设施支持

10. 分布式服务调用链路（Trace） Trace处理与分析流水线 Trace拓扑结构 Trace的时间线表示 Span Log Bowen Li, Xin Peng, Qilin Xiang, Hanzhang Wang, Tao Xie, Jun Sun, Xuanzhe Liu: Enjoy your observability: an industrial survey of microservice tracing and analysis. Empir. Softw. Eng. 27(1): 25 (2022)

11. 类比：城市运行数字体征系统对城市生命体进行“24小时×365天” 的“全时智慧体检”。相较于传统的静态城市运行体征，即将上线的上海城市运行数字体征系统是“活”的，以“实时、鲜活”的多维、多源、多态数据为基础…通过数字体征来呈现城市正在发生什么、需要关注和处置什么…更好地研判城市运行的趋势和规律，及时发现潜在的风险，助推城市管理，将被动处置变为“治未病”… 解放日报：上海城市运行数字体征系统将上线 http://www.xinhuanet.com/info/2021-05/12/c_139940069.htm

12. 基于可观测性数据的微服务系统分析 Service Service Service Service Service Service Service 故障诊断 Service Service 架构分析 Service Service Service Service Service Service 业务理解

13. 运行时调用链路聚合分析执行轨迹按轨迹拓扑结构聚合业务流分析概念模型执行路径按途径的关键服务聚合业务流分析示例业务流 Xiaofeng Guo, Xin Peng, Hanzhang Wang, Wanxue Li, Huai Jiang, Dan Ding, Tao Xie, Liangfei Su: Graph-based trace analysis for microservice architecture understanding and problem diagnosis. ESEC/SIGSOFT FSE 2020 (Industry Track).

14. 基于调用链路聚合的业务架构可视化分析基于海量轨迹聚合的业务流分析流水线业务架构可视化业务架构变化对比分析 Xiaofeng Guo, Xin Peng, Hanzhang Wang, Wanxue Li, Huai Jiang, Dan Ding, Tao Xie, Liangfei Su: Graph-based trace analysis for microservice architecture understanding and problem diagnosis. ESEC/SIGSOFT FSE 2020 (Industry Track).

15. 云原生软件架构分析：从开发态到运行态开发态基于代码和提交历史等开发态数据分析各种关联关系，例如：  调用关联（代码静态分析）  数据关联（代码静态分析）  主题关联（代码文本分析）  演化关联（提交历史分析）运行态基于部署和运维日志、调用链路等运行态数据分析各种关联关系，例如：  调用关联（调用链路分析）  数据关联（调用链路分析）  演化关联（部署历史分析）  指标关联（指标波动分析）

16. 基于运维数据的云原生软件架构评估 S 1 S 2 S 1 弱循环调用 S 1 S 2 S 1 S 3 S 2 服务内聚度弱强循环调用 S 1 S 6 S 2 S 7 S 3 S 4 S 3 S 5 S 6 S 4 S 3 S 5 S 2 S 8 S 9 服务间耦合度高基于调用链路等运维数据实现对于服务拆分、分布式通信、可用性保障等方面的设计评价针对架构退化进行早期预警枢纽式服务 Xin Peng, Chenxi Zhang, Zhongyuan Zhao, Akasaka Isami, Xiaofeng Guo, Yunna Cui: Trace Analysis based Microservice Architecture Measurement. ESEC/SIGSOFT FSE 2022 (Industry Track).

17. 面向架构评估的链路数据模型及指标定义服务调用链路数据模型评估指标定义（部分） Xin Peng, Chenxi Zhang, Zhongyuan Zhao, Akasaka Isami, Xiaofeng Guo, Yunna Cui: Trace Analysis based Microservice Architecture Measurement. ESEC/SIGSOFT FSE 2022 (Industry Track).

18. 总结

19. 展望问题日渐突出：架构治理问题日渐突出，引发更多关注融合数据分析：融合链路与其他动静态数据实现综合分析构建数据基座：面向可持续发展建立统一的数据基座丰富分析手段：指标性评估与趋势性分析相结合建立治理体系：建立监管和数据标准，自治与调控相平衡

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