基于微服務架構的學生工作管理系統

范勁超

摘要：伴隨著互聯網技術的高速發展，各種新技術層出不窮，軟件架構在新技術的推動下經歷了多次的更新與迭代。從最開始的單體架構，發展為SOA面向服務的架構，直到現今快速興起的微服務架構。使用微服務架構開發學生工作管理系統，并結合容器化技術來實現業務功能的拆分，將學生工作的內容拆分成多個業務領域的組件，既能夠作為單獨的系統運行，又能作為子模塊運行，并能夠和其他子系統進行有效的銜接。有利于實現軟件資產的復用，促進信息系統向開發運維一體化方式的轉變。

關鍵詞：學工系統;微服務;容器

中圖分類號：TP393? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）21-0071-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

對于高校來說，學生工作的管理是一項極其重要的工作，它涉及了學生的各方面，包括了學工隊伍建設、學生信息采集、思想教育、素質教育、評獎評優、學生資助及勤工助學等，學生工作的管理與學生的學風建設及綜合素質的培養息息相關。傳統的紙質或者文件等形式的管理方式，工作量大，并且容易出錯，隨著計算機以及網絡技術的發展，使用新的技術來實現學生工作管理就是大勢所趨了。使用傳統的單體架構進行學生工作管理系統（之后簡稱學工系統）的搭建面臨著業務功能重復、模塊之間耦合程度較高、需求變更困難等問題，同時十分依賴經驗豐富的運維人員。基于微服務架構的學工系統，引入微服務的架構，結合容器化技術來實現業務功能的拆分，將學工系統拆分為微服務的形式部署在容器平臺之上，實現分布式時代的微服務研發運維一體化、微服務體系生態圈、微服務應用全部生命周期管理。

1 容器平臺

容器平臺基于Kubernetes與Istio完成了應用的部署、升級、啟動、停止、上線、下線、監控、治理、應用彈性伸縮等。在Docker技術的基礎之上，為容器化應用提供部署運行、資源調度、服務發現以及動態伸縮等一系列功能。系統架構圖如圖1所示。

1.1 Docker

Docker是一個開源的應用容器引擎。Docker虛擬化技術實現了操作系統虛擬化，使用戶在隔離的進程之中運行程序，并且能夠打包程序的代碼和依賴關系[1]。Docker一般用于Web應用的自動化打包及發布、自動化測試和持續集成發布、在服務器型環境之中部署和調整數據庫或其他后臺應用等場景。

使用Docker可以使應用程序與基礎架構分開，從而快速、一致地交付應用程序。Docker具備可移植性及輕量級的特性，可以輕松地完成動態管理的工作負擔，能夠根據業務需求實時擴展或拆除應用程序及服務。

1.2 Kubernetes

Docker已逐漸成為虛擬化主流，為了實現Docker的集群化、規模化管理，可以使用Kubernetes對容器化應用進行自動部署、伸縮和管理[2]。Kubernetes（簡稱K8S）是Google推出的開源自動化容器操作平臺[3]，這些操作包括部署、調度以及節點集群間的擴展，可以管理云平臺之中的多個主機上的容器化應用， 如對容器實施版本升級與回退、維持應用所需的狀態、對應用進行調度等。

使用Kubernetes可以自動化容器的部署及復制、隨時對縮容器規模進行收縮或者擴展、提供容器之間的負載均衡，并方便容器的升級及回退版本等維護操作，Kubernetes的使用能夠對大量容器提供一種一體化的管理機制，讓用戶能夠對大量的容器進行高效地部署、更新等運維操作，降低了對大量容器進行管理的成本。

1.3 Istio

Istio是用于Kubernetes的Service Mesh（服務網格），負責處理服務之間的通信。官方對Istio的表述翻譯過來為連接、安全加固、控制和觀察服務的開放平臺。連接：控制中心能從集群之中獲取所有服務的信息，并且分發給代理，這樣代理就可以根據用戶的期望完成服務間的通信;安全加固：由于所有流量都通過代理，因此代理接收到沒有加密的網絡流量之后，可以自動進行一次封裝，將之升級為加密的流量;控制：用戶可以對各種規則進行配置，當代理發現服務之間的訪問與配置規則不符時，就拒絕訪問;觀察：由于所有流量經過代理，因此代理能夠清晰地知道整個集群的訪問情況，它將這些數據上報控制中心，管理員就能觀察到整個集群的流量情況了。

Kubernetes解決大量微服務有效聚合部署的問題，Istio解決服務上線面對的一系列治理問題。隨著Istio的成熟以及服務網格技術的流行，Istio補齊了Kubernetes的治理能力，提供了端到端服務運行治理的治理平臺，使Istio、微服務、容器以及Kubernetes形成了一個完美的閉環[4]。

1.4 微服務與容器平臺

微服務將應用系統拆分為多個業務領域組件，容器能將拆分的各個業務領域組件進行容器化，容器化的技術正好為微服務提供了最佳的運行環境。同時，容器平臺為大量的容器化業務提供了一套管理中間件。容器平臺提供了微服務生態圈的體系管理，對微服務應用的全生命周期進行了管理，包括微服務開發、測試、部署、運行、管理、治理、監控、配置、注冊、網關、路由、授權等。實現了微服務應用的持續集成以及多環境的一鍵發布能力，進而實現了分布式時代的微服務研發運維一體化。

2 學工系統與微服務

學工系統基于微服務的架構，使用模塊化的設計理念，將各部門學生工作內容拆分為多個業務領域組件，以容器化的技術來實現，同時通過容器平臺來進行統一管理。

2.1 系統功能

基于當前智慧校園的概念，學工系統采用當前最新的J2EE架構及ORACLE數據庫，能夠最大限度地保證業務系統與數據的一致性及穩定性，提供了開放式的接口，采用安全可靠的體系架構，有效地保證了數據的安全性及有效性。系統基于模塊化的設計理念，將整個業務系統劃分為了多個業務領域組件，很好地契合了容器化的條件，并使其能與其他子系統有效地進行銜接。同時，學工系統采用了工作流引擎及表單設計技術，可以根據實際的業務需求來繪制申請流程及設計申請表單，可以根據業務的需求變化來靈活地進行調整。在權限管理方面，針對校級管理人員、院系管理人員、學生等可以設定不同的角色，從而實現權限的管理，使用戶能夠方便地進行各級權限的管理。系統采用強大的報表引擎技術來對學生工作數據進行統計，使用表格、圖表、圖片等多種形式來實現統計數據的可視化，能更好地對學生管理工作進行數據支撐。整個學工系統主要由學工隊伍建設、學生信息采集服務、思教服務、素質教育測評服務、評獎評優服務、學生資助服務及勤工助學服務等業務模塊組成。