為什么需要架構(gòu)可視化

隨著企業(yè)進行微服務架構(gòu)改造，系統(tǒng)架構(gòu)復雜度越來越高，架構(gòu)變化日益頻繁，微服務改造后的實際架構(gòu)模型可能與預期已經(jīng)產(chǎn)生了巨大差異，架構(gòu)師或系統(tǒng)運維人員很難準確記憶所有資源實例的構(gòu)成和交互情況；其次，系統(tǒng)架構(gòu)在動態(tài)演化過程中可能引入了一些不可靠的因素，比如弱依賴變強依賴、局部容量不足、系統(tǒng)耦合過重等，給系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶了極大的安全隱患。所以我們每次在面對系統(tǒng)改造、業(yè)務大促以及穩(wěn)定性治理工作之前，都會通過梳理架構(gòu)圖的方式，呈現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)中個組件之間的交互方式，架構(gòu)可視化能夠清晰的協(xié)助我們識別架構(gòu)中存在的問題以及建立高可用的系統(tǒng)。

Daniel Woods 在講微服務時時的一張架構(gòu)圖

架構(gòu)可視化后，可以給我們帶來以下幾點但不局限于此的優(yōu)勢：

• 確定系統(tǒng)邊界

一張好的架構(gòu)圖，應該明確系統(tǒng)所包含的各個組件以及各個組件之間的核心調(diào)用關(guān)系，這些組件的集合就是系統(tǒng)的處理邊界，系統(tǒng)架構(gòu)的邊界在一定程度上也反映了業(yè)務域的邊界。

• 架構(gòu)問題識別

基于高可用的架構(gòu)準則，結(jié)合可視化的架構(gòu)圖，可以評估架構(gòu)可能存在的安全風險，比如系統(tǒng)在容災、隔離以及自愈維度下的健壯性。其次，一些架構(gòu)鏈路可視化工具(比如鷹眼)在實際工作中確實大大提高了開發(fā)者排查與定位問題的效率。

• 提高系統(tǒng)可用性

有了系統(tǒng)架構(gòu)的上下游依賴關(guān)系圖，在故障發(fā)生時，開發(fā)人員可以借助依賴數(shù)據(jù)快速定位到問題的來源，極大縮短問題修復時間（MTTR）。借助架構(gòu)圖，我們還可以梳理出系統(tǒng)中存在的強弱依賴，在業(yè)務高峰期對弱依賴進行降級，或者針對系統(tǒng)依賴的各個組件進行故障模擬，以評測系統(tǒng)整體在面對局部故障的可靠性。

常見架構(gòu)可視化的做法

我們熟知的架構(gòu)圖是靜態(tài)的停留在PPT上的，很多時候我們的架構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了非常大的變化，但是我們還在使用那張看上去很經(jīng)典卻早已過時的架構(gòu)圖。長時間使用與實際架構(gòu)不符的架構(gòu)圖對線上架構(gòu)的認知的危害是巨大的，我們需要在腦海中不斷更新對系統(tǒng)架構(gòu)的視圖，以保持對系統(tǒng)架構(gòu)的敏感度。每年的大促或者重大系統(tǒng)改造成為我們梳理系統(tǒng)架構(gòu)、對架構(gòu)進行重新認知的機會，此刻我們需要通過各種工具查看系統(tǒng)的各個組件分布以及不同組件的內(nèi)部與外部的依賴關(guān)系，這種梳理架構(gòu)圖的方法是最常用的方式，權(quán)且稱之為“手工繪制法”。

手工經(jīng)常干的事情，就有追求效率的同學使用計算機系統(tǒng)帶來的自動化手段幫助自己做這件事情，比如我們常常看到的基于數(shù)據(jù)埋點的微服務可視化解決方案，這類架構(gòu)可視化手段通常在分布式追蹤、APM等監(jiān)控領(lǐng)域使用較多，下圖為某APM產(chǎn)品提供的應用維度架構(gòu)可視化方案：

我們稱這種可視化方式為“埋點式感知法”，架構(gòu)組件的識別是依賴關(guān)鍵的核心類檢測與埋點，此種方案存在以下弊端：

• 語言相關(guān)性：
  只要是系統(tǒng)埋點，與語言相關(guān)的特征基本就拜托不了，需要針對不同語言提供不同的依賴包；

• 不易維護：
  因為是對核心類的檢測，當組件包做了重大變更時，需要同步變更；

• 不易擴展：
  因為是客戶端識別方案，客戶端一旦開放出去，新組件的支持只能等待用戶更新組件；

• 規(guī)模受限：
  客戶端識別的另一個缺點是算法受限，服務端進行識別，可以借助大數(shù)據(jù)分析等手段更有效準確的識別；

還有一種自動化架構(gòu)感可視化方法，我們稱之為“無界架構(gòu)感知”，是一種語言無關(guān)性的架構(gòu)識別方案，其采用采集用戶主機上的進程和容器的元數(shù)據(jù)、監(jiān)控數(shù)以及網(wǎng)路數(shù)據(jù)的最最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，在服務端構(gòu)建架構(gòu)圖。

架構(gòu)可視化還能怎么做

為了最大限度上降低用戶進行架構(gòu)可視化的成本，我們采用了應用無侵入的方式微服務進行可視化，通過采集進程數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡調(diào)用數(shù)據(jù)，構(gòu)建進程間的網(wǎng)絡調(diào)用關(guān)系，構(gòu)建微服務的架構(gòu)信息。用戶只需要安裝我們AHAS?Agent探針，即可完成架構(gòu)可視化操作；對于阿里云云原生系統(tǒng)，我們提供了自動化安裝方式，而無需登錄機器。

如何讓架構(gòu)可視化更有效

我們同樣認為架構(gòu)可視化的有效性跟人的認知層次有關(guān)，架構(gòu)可視化的重點是確定該工具是否更好的支持自頂向下方法、自下而上方法或者兩者的結(jié)合。開發(fā)者更關(guān)心應用維度上的架構(gòu)，架構(gòu)師或者管理者更關(guān)心整體系統(tǒng)架構(gòu)。所以需要針對不用的使用者提供不同層次的架構(gòu)可視化視角。理想的架構(gòu)圖需要支持宏觀維度以及不斷下鉆下的微觀視角，我們對架構(gòu)進行了分層設(shè)計，目前分為進程層、容器層和主機層，后期我們可能會繼續(xù)上擴或者下鉆支持地域?qū)踊蛘叻諏印?/p>

下圖為一臺阿里云ECS部署了微服務應用安裝AHAS探針之后的可視化三層架構(gòu)界面：

• 應對架構(gòu)的可變性

沒有哪家科技公司的系統(tǒng)架構(gòu)是一成不變的，系統(tǒng)架構(gòu)會隨著系統(tǒng)的版本迭代不斷進行演化。所以對架構(gòu)可視化操作，還需要具備隨著時間的推移可對架構(gòu)信息進行自動更新已經(jīng)回溯的能力。在我們提供的架構(gòu)感知產(chǎn)品中默認架構(gòu)圖會隨著時間自動刷新，同時支持對歷史的回溯，你可以選擇歷史中的某一刻查看架構(gòu)信息，比如，重大版本的變更時，發(fā)布前與發(fā)布后的系統(tǒng)架構(gòu)是否發(fā)生了違背一些高可用原則的問題，抑或排查是否出現(xiàn)了不該有的依賴問題。

• 架構(gòu)可視化的核心

軟件架構(gòu)可視化的核心點是尋找在軟件體系結(jié)構(gòu)中有意義和有效的元素視圖以及這些元素之間的關(guān)系。我們認為一款優(yōu)秀的軟件架構(gòu)可視化產(chǎn)品應該幫助用戶排除掉不重要的信息，給用戶呈現(xiàn)出對他們有價值的視圖，特別是在微服務架構(gòu)下龐大而復雜的調(diào)用關(guān)系鏈場景中。這里面的核心點是有意義和有效，要做到這兩點，首先需要識別什么是有意義和有效的元素和關(guān)系，我們在此領(lǐng)域做的事情歸納起來就是“識別”，識別機器上的每個進程是什么，發(fā)生的網(wǎng)絡調(diào)用遠端是什么，唯有知曉了這些元素是什么我們才有理由和依據(jù)來判斷是否對用戶有意義以及其在用戶架構(gòu)中的重要程度。

• 架構(gòu)可視化中的元素識別

在梳理了大量架構(gòu)圖，我們發(fā)現(xiàn)用戶關(guān)心的架構(gòu)元素主要分為三類：1. 自己的應用服務；2. 應用對外部的資源依賴；3. 服務器本身的信息。 應用對外部資源的依賴通常以其它應用和通用中間件或者存儲服務兩種形式存在。故我們將需要識別的進程分為：應用服務和常見的組件服務（比如Redis、MySQL等），這些組件服務又分為用戶自建的服務和使用公有云提供的服務，特別是對于Cloud Native應用來說，云服務的識別顯得格外重要。

目前，我們提供了20種阿里云云服務的識別以及包含MySQL、Redis、Tomcat等常見的21種三方服務組件，此組件庫還在不斷擴張中，目的就是最大限度的知曉架構(gòu)中的元素到底是什么。

圖中展示了通過識別服務識別出來的Nginx、Redis組件以及阿里云中的Mysql服務和AHAS服務

圖中展示了節(jié)點詳情的請求流向以及節(jié)點的監(jiān)控等基本信息

圖中展示了識別的主機上的部分進程信息

有了架構(gòu)可視化還能做什么

架構(gòu)可視化不是目的，只是實現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的手段。借助架構(gòu)感知采集到的架構(gòu)數(shù)據(jù)，在識別了用戶使用的組件（我們對MySQL、Redis、MQ等的統(tǒng)稱)后，我們借助這些組件以及與組件匹配的故障庫，可以給用戶自動推薦這些組件可能遇到的故障，配合我們提供的評測服務讓用戶更方便地對組件進行各種故障的模擬與演練，以提高系統(tǒng)的健壯性。其次，通過架構(gòu)感知識別Java Application 應用，如果發(fā)現(xiàn)其負載較高，配合我們提供的限流降級（阿里巴巴開源的Sentinel商業(yè)版）功能，為服務的持續(xù)可用性保駕護航。

借助架構(gòu)感知進行系統(tǒng)限流配置

我們對AHAS的定位是一款數(shù)據(jù)分析型的高可用保障產(chǎn)品，幫助云原生架構(gòu)系統(tǒng)實現(xiàn)高可用能力的提升。架構(gòu)可視化是我們給用戶提供的高效運維和管控的窗口，我們期望通過豐富的云原生數(shù)據(jù)體系配合架構(gòu)圖的可視化以及可操作性，建立起以應用為中心的運維一體化平臺。在未來，我們會加強與其它云服務的集成，比如監(jiān)控、容器服務，以豐富架構(gòu)感知的數(shù)據(jù)維度；其次，會在數(shù)據(jù)的深度挖掘和智能化消費上投入更多精力，真正讓數(shù)據(jù)成為企業(yè)的核心價值，讓數(shù)據(jù)成為保障業(yè)務的穩(wěn)定性的利器。