云存儲+微服務(wù)技術(shù)在智能化養(yǎng)殖管理系統(tǒng)中的應(yīng)用＊

李翠平，陳永松

(廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512126)

0 引言

傳統(tǒng)的養(yǎng)殖模式在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代正逐漸發(fā)生變化，養(yǎng)殖業(yè)的信息化和智能化管理能提高養(yǎng)殖的效率和利潤，這對科研人員和養(yǎng)殖戶是一個(gè)挑戰(zhàn)。

1 微服務(wù)架構(gòu)模式

微服務(wù)架構(gòu)模式是近幾年提出的一種新的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)格。各個(gè)微服務(wù)之間有清晰的功能邊界，專注于完成自己獨(dú)立的任務(wù)。一個(gè)較復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)可以有多個(gè)微服務(wù)組成，系統(tǒng)中的各個(gè)微服務(wù)可以獨(dú)立部署，同時(shí)各個(gè)服務(wù)之間的通信機(jī)制是輕量級的。

微服務(wù)的概念源于2012 年，弗萊德·喬治在一次演講中提出了微服務(wù)架構(gòu)思想，他描述了他的團(tuán)隊(duì)是如何面對百萬行的J2EE 程序，通過架構(gòu)解耦、自動(dòng)化驗(yàn)證、持續(xù)集成、獨(dú)立部署等實(shí)踐，逐漸將原有的系統(tǒng)分解成多個(gè)可獨(dú)立交付的服務(wù)的過程。

微服務(wù)架構(gòu)的本質(zhì)是持續(xù)交付體系中松耦合架構(gòu)的一種體現(xiàn)。通過微服務(wù)的獨(dú)立開發(fā)、測試、以及維護(hù)，縮短特性的交付周期，提升交付質(zhì)量。同時(shí)降低管理測試、部署等的難度。

在軟件架構(gòu)的發(fā)展過程中，常用的模式有分層架構(gòu)和面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）。微服務(wù)架構(gòu)模式與分層模式進(jìn)行對比，最明顯的區(qū)別是分層架構(gòu)要求所有邏輯都在一個(gè)進(jìn)程中進(jìn)行，隨著應(yīng)用逐漸部署到云端，對應(yīng)用程序的一小部分修改，需要重建和部署整個(gè)整體。而微服務(wù)是將應(yīng)用作為一個(gè)獨(dú)立的組件，可被單獨(dú)部署，組件之間定義了清晰的接口。SOA 架構(gòu)偏向靜態(tài)，企業(yè)級大型應(yīng)用，微服務(wù)適用于快速迭代交付的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。智能養(yǎng)殖管理系統(tǒng)中涉及到較多的業(yè)務(wù)處理以及較多的數(shù)據(jù)收集和匯總，為了后期能夠更好的對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，鑒于以上的分析和對比，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮使用微服務(wù)架構(gòu)模式，可以通過部署多種服務(wù)來滿足不同的業(yè)務(wù)需求。

2 云存儲技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

云存儲技術(shù)與傳統(tǒng)的存儲方式進(jìn)行對比，其重要優(yōu)勢體現(xiàn)在兩方面：①在存儲容量能夠彈性擴(kuò)展，而傳統(tǒng)的存儲設(shè)備往往存儲容量有限，同時(shí)在存儲性能以及安全性方面也有一定弊端。云存儲技術(shù)的應(yīng)用使上述缺陷得到有效彌補(bǔ)，云存儲技術(shù)能夠隨時(shí)在線增加存儲節(jié)點(diǎn)，通過這種方式使數(shù)據(jù)存儲需求得到有效滿足，更加有利于開展數(shù)據(jù)信息的自動(dòng)重組工作，使數(shù)據(jù)自動(dòng)恢復(fù)效果更好。②實(shí)現(xiàn)了資源共享。云存儲技術(shù)的應(yīng)用使傳統(tǒng)單一設(shè)備存儲模式得到了有效優(yōu)化，云存儲將多種存儲資源有效整合到一起，并將其分享給多個(gè)用戶，不同用戶能夠?qū)ζ溥M(jìn)行訪問。

此外，云存儲技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重新分配數(shù)據(jù)，使儲存效率以及儲存空間得到有效利用。云存儲具備良好的可維護(hù)性。對云存儲系統(tǒng)來說，如果在使用過程中出現(xiàn)硬盤或者儲存節(jié)點(diǎn)損壞的現(xiàn)象，可以對其進(jìn)行自動(dòng)重組，保證此過程中的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，使系統(tǒng)運(yùn)行效率不會(huì)受到負(fù)面影響。

3 智能養(yǎng)殖管理系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)分析

基于微服務(wù)的智能養(yǎng)殖管理系統(tǒng)主要功能包括以下幾個(gè)子系統(tǒng)：無線傳感子系統(tǒng)，在線監(jiān)控子系統(tǒng)，PLC 控制子系統(tǒng)，移動(dòng)網(wǎng)上農(nóng)場/Web 網(wǎng)站子系統(tǒng)。節(jié)點(diǎn)無線傳感模塊主要負(fù)責(zé)將有關(guān)養(yǎng)殖的環(huán)境信息進(jìn)行采集并上傳，在線監(jiān)控模塊主要負(fù)責(zé)對養(yǎng)殖的場地進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，同時(shí)對于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲。PLC控制模塊主要是控制相關(guān)的器件對養(yǎng)殖的環(huán)境進(jìn)行調(diào)整以期達(dá)到最佳的養(yǎng)殖鏟平的生長需求，移動(dòng)網(wǎng)上農(nóng)場/Web 網(wǎng)站主要負(fù)責(zé)人機(jī)交互的界面以及數(shù)據(jù)的匯總分析。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中采用微服務(wù)架構(gòu)模式，以移動(dòng)網(wǎng)上農(nóng)場/Web網(wǎng)站來分析微服務(wù)架構(gòu)的過程。在這個(gè)模塊的設(shè)計(jì)中，考慮到用戶的使用方便，系統(tǒng)提供移動(dòng)端與Web 桌面瀏覽的功能。為了節(jié)約資源，減少開發(fā)成本，開發(fā)團(tuán)隊(duì)借鑒了BFF 模式（服務(wù)前端的后端），將手機(jī)端和平板端網(wǎng)站的特定后臺需求拆分為一個(gè)獨(dú)立的后臺服務(wù)，作為后端實(shí)現(xiàn)，為前端提供數(shù)據(jù)。通過為移動(dòng)端創(chuàng)建一個(gè)專屬的后端服務(wù)，可以為移動(dòng)端的用戶進(jìn)行專門的優(yōu)化，量身打造最佳體驗(yàn)。同時(shí)由于微服務(wù)架構(gòu)下的這個(gè)新服務(wù)足夠的小而簡單，就更容易進(jìn)行修改，部署和上線。

對移動(dòng)網(wǎng)上農(nóng)場/Web 網(wǎng)站子系統(tǒng)首先進(jìn)行業(yè)務(wù)流程梳理，具體業(yè)務(wù)之間的聯(lián)系如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

業(yè)務(wù)流程清晰以后，團(tuán)隊(duì)開發(fā)采用事件風(fēng)暴進(jìn)行領(lǐng)域建模。事件風(fēng)暴是由Alberto Brandolini 提出的一項(xiàng)團(tuán)隊(duì)活動(dòng)，旨在通過領(lǐng)域事件識別出聚合根，進(jìn)而識別出界限的上下文，指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行服務(wù)劃分。經(jīng)過系統(tǒng)的梳理，得到該模塊的有關(guān)聚合包括：用戶，養(yǎng)殖產(chǎn)品，環(huán)境數(shù)據(jù)管理，視頻監(jiān)控各個(gè)聚合。識別聚合的結(jié)果如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)服務(wù)聚合

根據(jù)上面的分析，該模塊最終包含以下服務(wù)，具體如表1所示。

表1 服務(wù)列表

根據(jù)上述服務(wù)的劃分，該系統(tǒng)分成了五個(gè)微服務(wù)，基于這些微服務(wù)，最終該系統(tǒng)的架構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在智能化養(yǎng)殖管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程中，首先考慮的是微服務(wù)開發(fā)框架選擇。常見的微服務(wù)開發(fā)框架有Spring MVC,這種技術(shù)主要是基于傳統(tǒng)的Web框架進(jìn)行開發(fā)，無法滿足迭代的要求。Spring Boot框架雖然簡化了服務(wù)構(gòu)建的成本，但是對于多個(gè)服務(wù)的協(xié)作及管理，依然存在很大的挑戰(zhàn)。目前使用比較多的微服務(wù)開發(fā)框架有Spring Cloud,Dubbo,ServiceComb,這幾種技術(shù)典型的特點(diǎn)是添加了服務(wù)的治理能力，開發(fā)者只需要進(jìn)行簡單的配置，即可實(shí)現(xiàn)注冊中心、配置中心、調(diào)用鏈跟蹤以及服務(wù)容錯(cuò)能力等。Service Mesh是新一代微服務(wù)框架，它通過“零侵入”的機(jī)制實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡、服務(wù)注冊發(fā)現(xiàn)等服務(wù)治理能力，降低了服務(wù)治理的門檻。綜上所述，系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程使用了ServiceBoot 開發(fā)框架，華為云的ServiceStage 作為持續(xù)集成、部署、運(yùn)行的平臺。

3.4 系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性分析

在世界質(zhì)量報(bào)告中曾提到，大部分（約80%）的安全問題都出現(xiàn)在應(yīng)用層。很多微服務(wù)開發(fā)框架都提供了與安全相關(guān)的組件或者功能。在智能化養(yǎng)殖管理系統(tǒng)中通過Spring Boot+SpringSecirity 的技術(shù)組合保障應(yīng)用層的安全性。Spring Security 中集成了CSRF 防范的功能，通過引入這些組件或者功能，可以對微服務(wù)起到保護(hù)作用。Spring Security 中提供了BCryptPasswordEncoder 密碼編碼工具，可以非常方便的實(shí)現(xiàn)密碼的加密，相同明文加密出來的結(jié)果總是不同，這樣就不需要用戶去額外保存加密的字段了。如果一個(gè)請求不需要進(jìn)行攔截，在實(shí)現(xiàn)的時(shí)候可以設(shè)置該地址為匿名防偽，或者直接過濾掉該地址，即該地址不走Spring Security 過濾器鏈。

智能化養(yǎng)殖管理系統(tǒng)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的使用特點(diǎn)，主要是通過建立服務(wù)監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)及報(bào)表等。在系統(tǒng)運(yùn)行期間，需要對服務(wù)器相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，如系統(tǒng)load、磁盤利用率、內(nèi)存占用率、網(wǎng)絡(luò)流量、QPS/TPS 等。對于服務(wù)的調(diào)用，需要有統(tǒng)計(jì)的報(bào)表，按照小時(shí)/日/周/月展示，并且通過設(shè)置異常情況監(jiān)控，如流量突增突降，系統(tǒng)能夠及時(shí)報(bào)警。

4 結(jié)束語

云存儲+微服務(wù)架構(gòu)模式在智能養(yǎng)殖管理系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用，有效提高了開發(fā)的效率，有效的減輕了系統(tǒng)的維護(hù)工作。但是在系統(tǒng)的開發(fā)過程中也有一些問題需要后續(xù)的繼續(xù)研究，比如系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中數(shù)據(jù)的管理和劃分，采用什么方法可以做到更加的科學(xué)和高效。