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基于微服务架构的智慧城市应用设计
郭永江
(联通＜山东〉产业互联网有限公司，济南250101)
摘要：在信息时代，大数据、云计算、人工智能、5G通信等新一代信息技术逐渐趋于完善成熟，这为城市管理提供了有力的支持，智慧城市成为城市未来发展的大趋势。基于此，设计了基于虚拟容器的微服务架构智慧城市应用系统解决方案，在平台框架、微服务交互机制等方面做了阐述，分析了微服务应用的优势及特点，并做出了微服务架构下的具体规划设计。
关键词：微服务架构；智慧城市；虚拟容器
1概述
近些年，国内许多城市制定了智慧城市发展建设规划并付诸实施，推出了相应的配套智慧城市应用系统。
在这一过程中，应用平台在用户体验以及系统优化扩展方面遇到一些瓶颈和障碍，传统智慧城市应用已无法与 新型智慧城市发展需求相适应。
随着5G通信的应用普及，以及大数据、虚拟化技术、容器技术、云计算技术的日渐成熟，敏捷开发、持续交付理念被逐渐广泛认可，微服务架构模式成为应用开发领域的新热点。未来在智慧城市应用平台的开发设计过程中，可以结合微服务架构和虚拟容器技术的设计理念，实现平台服务的无感知上线以及分布式交互。
2智慧城市应用需求
智慧城市已进入快速落实推进阶段，建设过程中涉及到多个职能部门，他们都需要一个高效率、高质量的信息化服务系统。多部门的业务会汇集巨量的信息，且存在众多交集，同质模块被重复开发造成资源浪费。若部门间系统设计存在差异还会造成一定的冲突，影响服务质量。此外，系统开发周期较长，若其间出现需求变化，则难以更改实现短时间内上线，导致占用较多时间。所以在提高城市信息化建设的效率，保障信息安全的前提下，需要一个架构构建灵活、易扩展的系统，以适应多部门灵活通用的需求。
为实现以上需求，需要对智慧城市应用系统做统一设计开发，统筹运营管理。所以，在应用系统架构设计中应采用业务模块复用的方式，实现通用模块一次编写，多部门可用的效果。微服务架构为解决这一
思路提供了绝佳的解决方案。3基于微服务架构的智慧城市应用平台架构
3.1应用平台设计要求
按照智慧城市的建设需求，设计统一的微服务架构平台需要集成业务应用的公共数据接口、应用代码以及后台管理架构，从而确保共性业务应用的分布式调用和集中式管控。这需要将ID认证、统一支付、信息沟通、电子签名、通用算法等众多微服务通过一致的操作界面等展示至手机或电脑应用软件中。微服务架构的核心理念在于把应用分成众多分散但又相互关联的微服务，其中各服务皆可实现单独运行，这就很容易地达到敏捷开发部署的效果。基于微服务架构的应用需要达到以下要求。
(1)实现系统的能力服务体系
微服务平台基于开源准测，设计可靠性能出众的微服务架构，确保通用功能的发布、调用以及负载均衡等 跨域功能。在这一基础上设计系统的服务监控及调用链追溯等治理模块，实现系统服务的实时发布、调用及监控，形成完备的能力服务体系，为后续的统一服务和监管打好基础。
(2)实现持续开发运维体系
微服务平台一大特点是智能化和自动化，它需要通过持续集成、交付、自动设置和可视化界面来达到应用系统从设计到应用全过程的构建。依托集部署来确保通用能力应用的自动交付设置，实现完整的运
维系统，以满足多部门的各种需求变化。
(3)实现完备的应用监控体系
微服务平台需要实现对应用的实时监控，这需要通
作者简介：郭永江(1969-)，男，首席技术官，硕士，研究方向：智慧城市等产业互联网、政府企业ICT应用
。
过集监控，经即时推送展示的方法达到应用分布和应用状态的信息的目的，可视化地实时把握处理各应用的状况，实现高效率的应用监控体系。
(4)确保微服务稳定健康运行
应用平台各微服务需要保持稳定独立运行。微服务平台基于松耦合理念，实现了业务应用相对独立运行。当遇到应用调试、升级或出现故障等情形，无需关停所有的分业务服务模块，只需停止直接关联的微服务模块即可，其他业务不会受到干扰。
3.2平台架构
应用平台架构分为基础层、平台服务层、支持服务层、业务服务层、网关层和接入层6个层次。
基础层是整个应用系统的运行根基，包括存储、计算、安全等模块。
平台服务层涵盖资源治理、集调度、镜像治理、发布系统等模块，结合实际业务需求情况，系统自动弹性分配可实现资源高效利用。
支撑服务层结构参照平台技术架构图，通过微服务架构落实各项功能。如图1所示。
网关层业务服务层
匚内部LB+外部LB]
H
内部H5无线第三方
聚合服务
191
基础服务•4*止|
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微服务网关和注册中心区别发
框
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支持服注册发现认证容错限流监控告警集中配置后台服务
基础设
施层
平台服
务层
资源治理 资源调度镜像治理 发布系统IAM
网络计算存储监控安全IDC
图1平台技术架构
业务服务层涵盖单一职责的基础服务和聚合服务两类。聚合服务具有重复使用的特点，为满足需求变化而设计，可以将底层基础服务进行关联整合适应新需求。
网关层分为内部网关、H5网关、无线网关、第三方网关和开放平台网关。内部网关借口保持相对独立，确保系统的安全，不会直接向接入层开放。通过网关层还可实现黑名单筛查、鉴权等业务。
接入层统一引入负载均衡，通过内部负载均衡和外部均衡实现资源充分利用，调控访问流量。
3.3平台功能
平台要形成标准化的数据服务能力，通过统一的微 服务管理实现标准化的能力输出。要革新优化业务流程 删繁就简，通过多微应用的自动化布置，实现快速持续集成以及弹性扩展。同时微应用适应用户身份、数据交互、轻量多模数据库安全、数据分区、解耦进程安全等方面的应用和管理，从而确保服务的质量。
形成微服务框架后可通过开源成熟框架来做微服务的开发和运营。微服务开发框架基础功能完备，比如展现、依赖注入、嵌入式容器等一应俱全。它还集成了注册发现组件、负载均衡组件、容错和延时组件、动态路由组件等，可分别实现服务注册发现、负载均衡、服务延迟和容错、动态路由、监控、安全等边缘服务。
4基于虚拟容器的微服务应用及交互机制
传统虚拟技术条件下，每台虚拟机都要配备操作系统，若要部署应用就要为其调试运行系统。微服务上由于应用分布式的特点，其运行过程中的相关工作量会大大提高。容器技术具备可移植、跨平台的优势，微服务应用与该技术整合能够有效提升微服务的运维效率和质量。
容器技术通过调用内核接口，以共享的行式工作。他们共享内核的同时，各容器要完全独立于其他容器。虚拟容器可以节省很大的物理资源，提高了发布效率。虚拟容器技术是系统层面的虚拟技术，启停速度更快，确保了微应用在可移植性方面更优。
微服务间留有应用程序编辑接口供其他应用使用，从而保证不同微服务间的信息交互，接口包含资源定位地址、请求信息、响应消息等。
5微服务架构的特点
微服务架构系统包含多个细分服务模块。各细分服务都可实现独立运行，实现轻量级信息交互。各微服务模块一般是一个应用程序接口，具备独立业务处理能力，能够实现自动独立地部署。此种处理方式实现最小化集中管理，适应多种的编程语言及存储技术。较之传统的单体架构，微服务架构把功能分配至各分服务达到应用系统的解耦的目的，且优势显著。
5.1独立原子服务
微服务可独立运行和部署，根据微服务框架将系统功能拆解细分至微单位的服务理念，
其微服务的越简
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单，独立业务能力越强。在微服务架构下，若要变更某一服务，可以独立组建部署而无需其他微服务。部署过程可用虚拟机容器在云端完成，减少了资源占用，提高了运行维护效率。
5.2技术灵活度高
微服务框架下技术选型是去中心化，要求较为灵活，没有统一要求，无需指定技术栈。微服务架构下，可将复杂的应用分解成多个微服务，再根据各服务的架构特点，以及不同服务业务要求选择最高效的技术栈及配套支持。
5.3扩展灵活
微服务架构下，因服务间松耦合的特征，各服务可独立灵活扩展，且故障被阻断在微服务内，结合超时重试、多副本等容错机制，防止影响其他服务，避免全局因个别服务故障而不可用。
6结语
智慧城市的建设完善是一个不断探索创新改进的过程，其应用系统的改进可借助新技术予以升级。微服务架构和容器的虚拟化技术较传统技术优势明显，且适合智慧城市应用平台的运行特点。基于虚拟容器的微服务架构可让应用独立于硬件，方便了系统维护，易于扩展和管理，同时还适用多种技术方法，避免了智慧城市平台物联网异构的难题。微服务分布式架构也便于通过应用编程接口来跨服务交互。这样可以让智慧城市应用系统实现很高的通用性，整合城市管理的信息，提高城市智能化程度。
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