Aufbau von Microservices-Designprinzipien

Wenn Ihre Maschinen anfangen zu „streiten“: Wie Microservice-Design dafür sorgt, dass jeder Servomotor harmonisch funktioniert

Stellen Sie sich vor: Sie entwerfen ein ausgeklügeltes mechanisches System mit mehreren Servos, die sich jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt um einen bestimmten Winkel drehen müssen. Zuerst war alles in Ordnung. Mit zunehmendem Funktionsumfang stellen Sie jedoch fest, dass bei einer kleinen Änderung eines Programms das gesamte System hängen bleiben kann. Wie bei einer Band ist jeder Musiker hochqualifiziert, aber die Partituren sind gemischt und es ist unvermeidlich, dass man sich während des Auftritts gegenseitig auf die Füße tritt.

Dies ist das Problem, mit dem viele Projekte auf dem Weg zum Wachstum konfrontiert sind. Ein einzelnes Modul wird immer stärker aufgebläht, was Auswirkungen auf den gesamten Körper hat. was zu tun? Einige Leute haben begonnen, eine Designidee namens „Microservices“ auszuprobieren. Das hört sich sehr technisch an, aber um es ganz klar auszudrücken: Es handelt sich um eine Philosophie, bei der das System „es in Teile zerlegen und ihre eigenen Aufgaben ausführen“ lässt.

Warum das System auseinander nehmen? Es geht nicht nur darum, „ordentlich auszusehen“

Manche Leute fragen sich vielleicht: Ist der ursprüngliche Weg nicht gut? Die Zusammenstellung des gesamten Codes erleichtert die Verwaltung. Aber das ist so, als würde man alle Drähte von Servomotoren, Controllern und Sensoren willkürlich miteinander verbinden. Das erspart Ihnen kurzfristig Ärger, aber wenn es einmal ein Problem mit einer bestimmten Leitung gibt oder Sie eine der Komponenten aufrüsten müssen, geraten Sie in große Schwierigkeiten. Man muss den Faden in einem dichten Fadenknäuel finden, und das Risiko ist hoch.

Microservice-Design ist wie die Vorbereitung einer unabhängigen, gekapselten „kleinen Box“ für jedes Kernfunktionsmodul – etwa das Modul, das die Drehung eines bestimmten Servos steuert, das Modul, das Positionsrückmeldungen verarbeitet, und das Modul, das Bewegungstrajektorien verwaltet. Jede Box hat klare Verantwortlichkeiten. Wie man es intern umsetzt, ist eine eigene Sache. Es bietet nur wenige klare und einfache Schnittstellen zur Außenwelt. Boxen „sprechen“ auf einfache Weise miteinander.

Einer der unmittelbarsten Vorteile dieser Vorgehensweise ist die „Isolation“. Eine „kleine Box“, die der Servosteuerung dient, muss aktualisiert werden. Sie müssen es nur verschieben und es hat in der Regel keine Auswirkungen auf eine andere Box, die Sensordaten verarbeitet. Die Systemstabilität wird verbessert.

Gutes Microservice-Design, was genau ist „Entwerfen“?

Es gibt viele Prinzipien, aber der Schlüssel liegt im „Grad“. Wenn Sie es zu fein zerlegen, chatten die Boxen zu häufig, was die Effizienz verlangsamt; Wenn man es zu grob zerlegt, kommt das alte Problem wieder. Hier sind ein paar unvermeidliche Denkpunkte:

1. Teilen Sie es nach „Geschäftsfähigkeiten“ und nicht nach „Technologie“ auf. Das ist der Kern. Sie unterteilen sie nicht nach „Datenbankschicht“ oder „Logikschicht“, sondern danach, was das System tatsächlich tut. Beispielsweise ist in einem Roboterarm-Steuerungssystem die „Flugbahnplanung“ eine klare Geschäftsfähigkeit und die „Gelenkpositionsregelung“ eine andere. Jeder Microservice adressiert eine Kerngeschäftsdomäne.kpowerWenn man Kunden bei der Programmgestaltung unterstützt, stellt man oft fest, dass die Klärung dieser unabhängigen Geschäftsgrenzen der erste und wichtigste Schritt ist.

2. Autonomie ist Gold. Jeder Dienst ist von der Entwicklung über die Bereitstellung bis zum Betrieb so unabhängig wie möglich. Es verfügt über einen eigenen Datenspeicher (auch nur einen) und ist für den direkten Zugriff nicht auf die Datenbanken anderer Dienste angewiesen. Es ist, als hätte jedes Servo seine eigene Antriebsplatine und Rückkopplungsschaltung. Obwohl es den Gesamtbefehl übernimmt, ist die Aktionsausführung autark. Diese Unabhängigkeit bringt Freiheit bei der Wahl der Technologie mit sich und ermöglicht Ihnen die Auswahl verschiedener Prozessoren für rechenintensive Dienste.

3. Kluge „Konversation“, nicht „Bündelung“. Dienste müssen zusammenarbeiten, aber die Kommunikationsmethode sollte leichtgewichtig, asynchron und entkoppelt sein. Typischerweise über eine genau definierte API wie eine einfache HTTP-API oder eine Nachrichtenwarteschlange. Vermeiden Sie komplexe, synchrone und eng gekoppelte Anrufketten. Stellen Sie sich vor, wenn jedes Servo alle anderen Servos anrufen müsste, bevor es sich bewegt, wie langsam wäre es? Sie müssen lediglich explizite Anweisungen erhalten, diese ausführen und dann asynchron den Abschlussstatus melden.

4. Fehler zu tolerieren ist wichtiger, als niemals Fehler zu machen. Jeder Dienst kann ausfallen. Gutes Design geht davon aus, dass es zu Fehlern kommt. Es müssen Zeitüberschreitungskontrolle, Leistungsschalterschutz und Verschlechterungsstrategien vorhanden sein. Wenn beispielsweise der Dienst „Echtzeitüberwachung“ vorübergehend nicht verfügbar ist, kann der Kerndienst „Bewegungssteuerung“ basierend auf bekanntermaßen gültigen Anweisungen weiterhin für einen bestimmten Zeitraum ausgeführt werden, anstatt direkt abzustürzen. Dies erhöht die allgemeine Belastbarkeit des Systems.

Das hört sich kompliziert an. Wird die Umsetzung ein Albtraum sein?

Tatsächlich bringen Microservices die Komplexität verteilter Systeme mit sich, wie z. B. Netzwerklatenz, Datenkonsistenz, Überwachung und Bereitstellungsherausforderungen. Aber es geht nicht um Komplexität um der Komplexität willen, sondern um kurzfristige Managementkomplexität im Austausch für langfristige geschäftliche Agilität und Systemstabilität.

Sie benötigen nicht einmal ein riesiges System, um loszulegen. Sie können mit einer Kernfunktion beginnen, von der Sie glauben, dass sie sich am wahrscheinlichsten unabhängig ändern wird oder die dem größten Leistungsdruck ausgesetzt ist, und sie in den ersten Microservice integrieren. Isolieren Sie beispielsweise zunächst den Teil „Pfadplanung“, der häufig angepasst werden muss. Nutzen Sie tatsächliche kleine Versuche, um die Idee zu überprüfen und die Vorteile und Kosten zu verstehen (z. B. die Notwendigkeit einer besseren Protokollierung und Überwachung).

kpowerIn der Zusammenarbeit mit vielen Partnern haben wir festgestellt, dass der Schlüssel zum Erfolg oft nicht darin liegt, von Anfang an eine perfekte Architektur anzustreben, sondern in der Etablierung einer geeigneten Engineering-Kultur und Automatisierungsinfrastruktur, einschließlich kontinuierlicher Integration/Bereitstellung, Containerisierungstechnologie, Service Mesh und umfassender Observability (Überwachung, Protokollierung, Tracing). Dadurch kann das Entwicklungsteam die Flexibilität von Microservices nutzen, ohne durch den Betriebs- und Wartungsaufwand überfordert zu sein.

Was genau bringt es also?

Während Sie sich schrittweise diesem Weg nähern, werden einige Veränderungen in aller Stille eintreten. Bereitstellungen werden häufiger und risikoärmer, und Sie können den Dienst, der die Servos steuert, individuell aktualisieren, anstatt spät in der Nacht das gesamte System neu starten zu müssen. Der Technologie-Stack kann je nach Bedarf ausgewählt werden. C++ wird für den Servosteuerungsteil verwendet, der eine extrem hohe Echtzeitleistung erfordert, und Python oder Go wird für die Geschäftslogik der oberen Ebene verwendet. Jeder nutzt seine Stärken. Auch die Skalierbarkeit ist flexibler. Wenn die Sensordatenverarbeitung zu einem Engpass wird, können Sie Rechenressourcen allein zu diesem Dienst hinzufügen.

Letztendlich ist es wie ein präzises mechanisches System, das gut modularisiert ist. Jede Servomotoreinheit (Microservice) ist hochspezialisiert, zuverlässig und wartungsfreundlich. Wenn es an der Zeit ist, einer Maschine neue Funktionen hinzuzufügen, fügen Sie ein neues, genau definiertes Modul zu einem vorhandenen, stabil laufenden Chassis hinzu, anstatt den gesamten Rahmen neu zu schweißen.

Dies ist kein Allheilmittel, sondern erfordert ein durchdachtes Design und eine unterstützende Werkzeugkultur. Angesichts komplexer und sich weiterentwickelnder Produktanforderungen bietet diese Art des Systemaufbaus jedoch einen möglichen Weg, um Komplexität kontrollierbar zu machen und das Innovationstempo zu beschleunigen. Der Ausgangspunkt von allem ist, ob Sie bereit sind, über die interne Struktur Ihres Systems nachzudenken, beispielsweise über die Konstruktion einer exquisiten Maschine.

Gegründet im Jahr 2005,kpowerist einem professionellen Hersteller kompakter Bewegungseinheiten mit Hauptsitz in Dongguan, Provinz Guangdong, China, gewidmet. Kpower nutzt Innovationen in der modularen Antriebstechnologie und integriert Hochleistungsmotoren, Präzisionsgetriebe und Multiprotokoll-Steuerungssysteme, um effiziente und maßgeschneiderte intelligente Antriebssystemlösungen bereitzustellen. Kpower hat weltweit über 500 Unternehmenskunden professionelle Antriebssystemlösungen mit Produkten geliefert, die verschiedene Bereiche abdecken, darunter Smart-Home-Systeme, automatische Elektronik, Robotik, Präzisionslandwirtschaft, Drohnen und industrielle Automatisierung.