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《分布式系统设计模式》系列干货:管理设计篇之"部署升级策略"

| 作者 陈皓 关注 49 他的粉丝 发布于 2018年5月10日. 估计阅读时间: 11 分钟 | BCCon2018全球区块链生态技术大会,将区块链技术的创新和早期落地案例带回您的企业

本文摘自陈皓(左耳朵耗子)在极客时间App/小程序上开始的全年付费专栏《左耳听风》,已获授权。多《分布式系统设计模式》系列干货点击此处订阅专栏阅读(支持微信支付),全年订阅199元,新用户立减30元。

前段时间,我写了一系列分布式系统设计模式的文章,有很多读者纷纷留言讨论相关的话题,还有读者留言表示对分布式系统架构这个主题感兴趣,希望我能推荐一些学习资料。这些内容基本都会在我的极客时间专栏《左耳听风》中和大家分享。

在分布式系统的世界里,一个服务有多个实例,所以部署或是升级一个服务也会变得比较麻烦一些。这里,我们讨论一些服务部署的模式。一般来说,我们有下面的一些服务部署模式。

  • 停机部署(Big Bang / Recreate): 把现有版本的服务停机,然后部署新的版本。
  • 蓝绿部署(Blue/Green /Stage):部署好新版本后,把流量从老服务那边切过来。
  • 滚动部署(Rolling Update / Ramped): 一点一点地升级现有的服务。
  • 灰度部署(Canary):把一部分用户切到新版上来,然后看一下有没有问题。如果没有问题就继续扩大升级,直到全部升级完成。
  • AB 测试(A/B Testing):同时上线两个版本,然后做相关的比较。

下面,我们来看一下每种方式的使用场景和优缺点。

停机部署

停机部署其实是最简单粗暴的方式,就是简单地把现有版本的服务停机,然后部署新的版本。在一些时候,我们必需使用这样的方式来部署或升级多个服务。比如,新版本中的服务使用到了和老版本完全不兼容的数据表的设计。这个时候,我们对生产有两个变更,一个是数据库,另一个是服务,而且新老版本互不兼容,所以只能使用停机部署的方式。

这种方式的优势是,在部署过程中不会出现新老版本同时在线的情况,所有状态完全一致。停机部署主要是为了新版本的一致性问题。

这种方式最不好的问题就是会停机,对用户的影响会很大。所以,一般来说,这种部署方式需要事前挂公告,选择一个用户访问少的时间段来做。

蓝绿部署

蓝绿部署与停机部署最大的不同是,其在生产线上部署相同数量的新的服务,然后当新的服务测试确认 OK 后,把流量切到新的服务这边来。蓝绿部署比停机部署好的地方是,它无需停机。

我们可以看到这种部署方式,就是我们说的预发环境。在我以前的金融公司里,也经常用这种方式,生产线上有两套相同的集群,一套是 Prod 是真实服务的,另一套是 Stage 是预发环境,发布发 Stage,然后把流量切到 Stage 这边,于是 Stage 就成了 Prod,而之前的 Prod 则成了 Stage。有点像换页似的。

这种方式的优点是没有停机,实时发布和升级,也避免有新旧版本同时在线的问题。但这种部署的问题就是有点浪费,因为需要使用双倍的资源(不过,这只是在物理机时代,在云计算时代没事,因为虚拟机部署完就可以释放了)。

另外,如果我们的服务中有状态,比如一些缓存什么的,停机部署和蓝绿部署都会有问题。

滚动部署

滚动部署策略是指通过逐个替换应用的所有实例,来缓慢发布应用的一个新版本。通常过程如下:在负载调度后有个版本 A 的应用实例池,一个版本 B 的实例部署成功,可以响应请求时,该实例被加入到池中。然后,版本 A 的一个实例从池中删除并下线。

这种部署方式直接对现有的服务进行升级,虽然便于操作,而且在缓慢地更新的过程中,对于有状态的服务也是比较友好的,状态可以在更新中慢慢重建起来。但是,这种部署的问题也是比较多的。

  • 在发布过程中,会出现新老两个版本同时在线的情况,同一用户的请求可能在新老版中切换而导致问题。
  • 我们的新版程序没有在生产线上经过验证就上线了。
  • 在整个过程中,生产环境处于一个新老更替的中间状态,如果有问题要回滚就有点麻烦了。
  • 如果在升级过程中,需要做别的一些运维工作,我们还要判断哪些结点是老版本的,哪些结点是新版本的。这太痛苦了。
  • 因为新老版本的代码同时在线,所以其依赖的服务需要同时处理两个版本的请求,这可能会带来兼容性问题。
  • 而且,我们无法让流量在新老版本中切换。

灰度部署(金丝雀)

灰度部署又叫金丝雀部署。其得名来源于矿井中的金丝雀 --17 世纪,英国矿井工人发现,金丝雀对瓦斯这种气体十分敏感。空气中哪怕有极其微量的瓦斯,金丝雀也会停止歌唱。而当瓦斯含量超过一定限度时,虽然鲁钝的人类毫无察觉,金丝雀却早已毒发身亡。当时在采矿设备相对简陋的条件下,工人们每次下井都会带上一只金丝雀作为 " 瓦斯检测指标 ",以便在危险状况下紧急撤离。

灰度部署是指逐渐将生产环境流量从老版本切换到新版本。通常流量是按比例分配的。例如 90% 的请求流向老版本,10% 的流向新版本。然后没有发现问题,就逐步扩大新版本上的流量,减少老版本上的流量。

除了切流量外,对于多租户的平台,例如云计算平台,灰度部署也可以将一些新的版本先部署到一些用户上,如果没有问题,扩大部署,直到全部用户。一般的策略是,从内部用户开始,然后是一般用户,最后是大客户。

这个技术大多数用于缺少足够测试,或者缺少可靠测试,或者对新版本的稳定性缺乏信心的情况下。

把一部分用户切到新版上来,然后看一下有没有问题。如果没有问题就继续扩大升级,直到全部升级完成。

AB 测试

AB 测试和蓝绿部署或是金丝雀灰度部署完全是不一样的。

AB 测试是同时上线两个版本,然后做相关的比较。是用来测试应用功能表现的方法,例如可用性、受欢迎程度、可见性等。

蓝绿部署是为了不停机,灰度部署是对新版本的质量没信心。而 AB 测试是对新版的功能没信心。注意,一个是质量,一个是功能。

比如,网站 UI 大改版,推荐算法的更新,流程的改变,我们不知道新的版本否会得到用户青睐或是能得到更好的用户体验,我们需要收集一定的用户数据才能知道。

于是我们需要在生产线上发布两个版本,拉一部分用户过来当小白鼠,然后通过科学的观测得出来相关的结论。AB 测试旨在通过科学的实验设计、采样样本代表性、流量分割与小流量测试等方式来获得具有代表性的实验结论,并确信该结论在推广到全部流量时可信。

我们可以看到 AB 测试,其包含了灰度发布的功能。也就是说,我们的观测如果只是观测有没有 bug,那就是灰度发布了。当然,如果我们复杂一点,要观测用户的一些数据指标,这完全也可能做成自动化的,如果新版本数据好,就自动化地切一点流量过来,如果不行,就换一批用户(样本)再试试。

对于灰度发布或是 AB 测试可以使用下面的技术来选择用户。

  • 浏览器 cookie。
  • 查询参数。
  • 地理位置。
  • 技术支持,如浏览器版本、屏幕尺寸、操作系统等。
  • 客户端语言。

小结

部署应用有很多种方法,实际采用哪种方式取决于需求和预算。当发布到开发或者模拟环境时,停机或者滚动部署是一个好选择,因为干净和快速。当发布到生产环境时,滚动部署或者蓝绿部署通常是一个好选择,但新平台的主流程测试是必须的。

蓝绿部署也不错,但需要额外的资源。如果应用缺乏测试或者对软件的功能和稳定性影响缺乏信心,那么可以使用金丝雀部署或者 AB 测试发布。如果业务需要根据地理位置、语言、操作系统或者浏览器特征等参数来给一些特定的用户测试,那么可以采用 AB 测试技术。

好了,我们来总结一下今天分享的主要内容。首先,常见的部署升级策略有停机、蓝绿、滚动、灰度和 AB 测试这几种。然后,我讲述了每一种部署策略的含义和优缺点。最后,我将它们放在一起做了一个比较。下篇文章是《分布式系统设计模式》第三部分——性能设计的第一篇 " 缓存 "。希望对你有帮助。

也欢迎你分享一下你接触到的部署方式有哪些?在什么场景下使用哪一种部署方式?

文末给出了《分布式系统设计模式》系列文章的目录,希望你能在这个列表里找到自己感兴趣的内容。

  • 弹力设计篇
  • 管理设计篇
  • 性能设计篇
  • 缓存 Cache
  • 异步处理 Asysnchronous
  • 数据库扩展
  • 秒杀 Flash Sales
  • 边缘计算 Edge Computing



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