面向未来 | 翼辉推出任务关键型云原生体系

leecactus0 2022-05-19 16:04:54

翼辉信息推出全新任务关键型云原生架构，所谓任务关键（Mission-Critical）型系统，即应用于轨道交通、智能电网、工业自动化、汽车电子、医疗器械等与人生命息息相关场景的系统，此类系统对实时性、安全性、可靠性有极其苛刻的要求，通常需要系统具备功能安全、信息安全、故障隔离与恢复、可靠性、实时性等一系列要求。此类系统的任何一个环节失效都可能对生命财产和环境构成安全威胁乃至出现灾难性后果，任务关键型系统可将这种灾难和危害的发生控制在可接受的范围内。

翼辉信息推出的任务关键型云原生架构，突破轻量级实时容器（ECS）、微服务架构（VSOA）以及容器管理平台（ECSM）等核心技术，形成从操作系统、微服务架构到容器管理平台的全栈云原生软件技术体系。任务关键型云原生架构完全由翼辉原创设计实现，为我国任务关键领域智能设备的持续发展提供自主可控的软件基础设施。

云原生介绍

云原生是一种构建和运行应用程序的方法，包括三大要素：容器技术、微服务架构和 DevSecOps。云原生应用具有独立运行环境，不依赖物理网络拓扑，研发过程持续集成、持续交付，整系统运行效果持续可见。

容器技术

容器技术是一种轻量级的虚拟化技术，为软件开发、部署、运行提供轻量级的隔离环境。

微服务架构

微服务是将复杂软件分解成多个松耦合分布式微型服务的软件设计方法。微服务可独立运行、部署和升级，通过 SOA 组件模型的 API 对外提供服务调用。

容器管理平台

容器管理平台实现开发过程和运维过程的贯通，结合容器技术和微服务技术，为应用提供符合 DevSecOps 的全生命周期管理平台。

传统开发模式的短板

任务关键型系统上软件开发迭代速度放缓，其主要原因是系统的复杂度增加，但开发模式与支撑技术陈旧。复杂度增加体现在以下几个方面：

业务功能本身的复杂度

由于任务关键型设备信息化、智能化、智能协同等需求不断提高，要求设备具备更多计算、通信和自动化的能力。从前通过增加单机设备来增加功能的方式，带来成本、重量、功耗等提升，在更强的硬件平台通过软件对功能进行综合实现是大势所趋。

软件业务与硬件协同工作引起的复杂度

单个硬件平台上计算能力、通信接口、存储资源等复杂度增加，硬件平台在不同应用需求的场景下存在大量的差异，在复杂的硬件环境中，保持软件复用性，持续迭代基础软件，形成成熟的基础软件体系，面临很大的挑战。

多个团队协同开发引起的复杂度

软件和硬件的复杂度增加，相应的需要更多团队分工合作，才能完成整个装备的研发，大规模团队间沟通合作复杂度大幅增加。传统任务关键型设备的开发协同缺乏有效的协同开发工具，缺少互联互通的标准，一般按照传统瀑布式开发模型实施。往往在项目需求论证和方案设计时，难以将项目细节全部考虑，一旦在开发的中后期发现需求或技术架构的缺陷，将耗费大量时间重新修正，涉及的人员范围很广。

基于云原生架构开发可以有效解决复杂软件系统开发和协同，其主要思想是将复杂软件拆解成多个简单的微服务软件，每个微服务软件具备高内聚、低耦合的特征。简单的微服务独立开发测试，更容易保证稳定可靠，在每个微服务均稳定运行的基础上，整个系统的可靠性更容易保障。通过容器技术将微服务进行保护，减少微服务出错时对其他微服务的影响，将错误限制在微服务内部，避免微服务出错引起其他微服务连锁出错，降低整个系统的出错的风险。通过自动化工具，实现软件快速部署到集成验证环境、甚至是生产环境，并持续反馈新版本软件运行状态，快速发现问题，加速下一个版本的研发过程。

云原生架构

翼辉任务关键型云原生架构为高可靠、高实时的任务关键型应用场景设计，以 ECS 轻量级安全实时容器为应用提供容器化保护和独立运行环境，以 VSOA 微服务架构为应用提供微服务分布式通信基础设施，以 ECSM 容器管理平台为应用提供符合 DevSecOps 的应用全生命周期管理平台，形成了面向任务关键场景的全栈云原生技术体系。

传统云原生架构适用于大规模服务器集群，运行的硬件平台标准化程度很高，目标是提高计算资源的利用率、通信吞吐率和系统可靠性，但是对有实时性约束的任务关键型应用场景不适用。

任务关键应用场景有两个显著特征：强实时性和硬件多样性，必须解决容器和微服务通信的实时性问题，并且在各种不同的处理器平台上提供标准化的云原生基础设施。翼辉云原生架构为任务关键系统提供了全栈软件产品，全面满足强实时、跨平台、快速开发迭代等需求。

ECS 轻量级实时容器

翼辉新一代实时容器 ECS 面向任务关键型软硬件和边缘计算领域，充分考虑了容器技术在这些领域应用场景中存在的众多问题，ECS 基于翼辉成熟的实时操作系统 SylixOS 打造，继承了 SylixOS 强大的跨平台基因，支持 ARM、ARM64、x86/x64、MIPS32/64、RISC-V32/64、LoongArch、PowerPC 和 C-SKY 等体系结构的处理器。容器运行时对于系统本身的内存消耗低至 1MB。容器为任务关键应用提供强实时支持，容器间的切换达到微秒级（μS）。容器内的应用程序直接使用 SylixOS 全部的应用编程 API 和 POSIX API，已有的 SylixOS 应用程序和 POSIX 开源软件无须修改即可运行在容器内，极大降低了用户迁移成本。同时可将 VSOA 组件导入应用程序容器内，可立即实现应用程序微服务化。

VSOA 微服务架构

翼辉 VSOA 设计为⼀个轻量级的适用于任务关键领域的微服务架构，方便开发者构建大型分布式松耦合软件系统，且支持并行开发。其主要特点为支持多种编程语言、多 CPU 架构环境与多操作系统平台，同时不依赖任何第三方库；架构简洁、资源占用小、服务响应速度快。使用者无需单独学习 IDL（Interface description language）语言，具有开发成本低、开发效率高等特点。考虑到任务关键型场景的多样性和碎片化特点，VSOA 汇集订阅/发布、RPC、高带宽数据流以及自定义数据报等功能于⼀体，可满足任何分布式应用模型；同时提供非入侵式仿真测试工具与便捷的开发环境，让开发者在享受云计算先进的开发体验以及高效的生产效率的同时，继续保持任务关键领域对业务功能和性能的高可靠需求。

ECSM 容器管理平台

翼辉 ECSM 容器管理平台采用轻量化设计，去除了不必要的控制单元、虚拟隧道网络代理，并使用了更轻量的数据库，使得其总体资源需求能够适用于各种资源受限的任务关键型计算场景。ECSM 通过抽象的服务定义应用部署单元，操作界面方便直观。当系统中某个计算节点故障后，ECSM 将自动把容器实例调度到其它冗余节点上，保证业务的正常运转。此外，ECSM 还支持翼辉企业管理平台的远程管理、镜像仓库同步功能，有效支撑大规模企业的研发和批量部署需求。

架构优势

加快设备开发迭代速度

云原生应用的开发设计、测试、发布、部署等都遵循标准化模式，有利于团队间的任务分工和沟通协同实现覆盖规划与开发、构建、测试、发布、部署、运行监控等阶段的软件全生命周期自动化管理。传统设备软件更新部署工作非常繁复，更新测试通常以天为时间单位，而云原生应用通过容器管理平台进行 OTA，仅需要几分钟即可完成应用部署。

增强设备互联能力

目前任务关键型设备互联互通缺少通用的方法，一般由设计人员自定义协议进行通信，缺少分布式互联的软件基础设施。翼辉微服务架构 VSOA 实现了分布式通信基础软件，提供统⼀的 URL 资源标记、URL 匹配订阅和发布模型、并行多命令序列、多路全双工高速并行数据流、实时远程过程调用、网络 QoS 控制等功能，使得微服务之间可以灵活的互相发送消息和调用服务。

提高设备运行可靠性

得益于云原生架构的容器保护和分布式微服务，故障迁移、冗余热备、滚动更新和仿真测试等可以显著提高系统可靠性的方法均可轻松实现。

通过自动化仿真测试，搭建高度还原生产现场的仿真软件环境，多团队并行开发验证，保障整系统可靠运行。通过故障迁移和冗余热备技术，保障系统运行时出现故障自动化快速修复，满足任务关键型应用的高可靠、实时性要求。通过滚动更新技术，保持生产环境时刻适用最可靠的软件发布版本，针对紧急事件，具备在线即时修复能力，提高系统快速响应需求能力。

降低开发者难度

云原生应用经过微服务化后复杂业务功能变成多个低耦合的分布式微服务程序，软件复杂度指数级降低，软件开发难度大大下降。云原生开发标准化程度高，具有稳定的基础 API 和模型化开发范式，有效促进不同业务功能的开发人员专业化分工，提高软件质量和协同开发效率。通过容器管理平台提供的 DevSecOps 工具，开发人员专注于业务软件的设计，通过自动化仿真测试、自动发布部署、远程监控运行状态等自动化工具，提高开发人员软件产出效率和质量。

总结与展望

翼辉信息经过十多年的持续研发创新，积累了大量原创核心技术，形成以 SylixOS 大型实时操作系统、EdgerOS 智能边缘计算操作系统、实时容器、VSOA 微服务架构、ECSM 容器管理平台、ECS Cloud 企业级综合化容器管理系统为基础的全套自研技术体系，为任务关键领域提供完善的云原生软件基础设施，真正实现任务关键型软件系统开发的 “四个现代化”：