電信級(jí)服務(wù)器軟件架構(gòu)
原創(chuàng)電信級(jí)服務(wù)器是電信運(yùn)營商使用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，是對(duì)性能、可用性和安全性要求最高的商用服務(wù)器，以交換機(jī)、路由器等核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為代表，支撐著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，并隨著電信業(yè)務(wù)的不斷豐富，電信級(jí)服務(wù)器設(shè)備的類型也飛速地發(fā)展。
服務(wù)器與個(gè)人電腦一樣都是計(jì)算機(jī)，以處理器、硬盤、內(nèi)存、系統(tǒng)總線等組成硬件平臺(tái)，在硬件平臺(tái)上運(yùn)行軟件程序。不同之處在于是服務(wù)器是針對(duì)具體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用特別制定的，與微機(jī)在處理能力、穩(wěn)定性、可靠性、安全性、可擴(kuò)展性、可管理性等方面存在差異很大。隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)的作用越來越明顯，服務(wù)器的功能也越來越復(fù)雜。而電信級(jí)服務(wù)器著主要體現(xiàn)在三個(gè)關(guān)鍵特征上
·高性能 電信級(jí)服務(wù)器是為大量的終端用戶服務(wù)的設(shè)備，在業(yè)務(wù)高峰期要處理海量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。例如春節(jié)前，國人通常會(huì)通過手機(jī)互發(fā)短信問候，對(duì)于1個(gè)千萬人口的國內(nèi)大型城市，按2010年全國人均發(fā)送31條問候短信計(jì)算，該市短信系統(tǒng)一共發(fā)送3億1千萬短信，即使系統(tǒng)吞吐量峰值是5000條/秒，也需要連續(xù)工作17小時(shí)多才能發(fā)完。而10多個(gè)小時(shí)才能將短信發(fā)給親友，應(yīng)該是不會(huì)有人滿意的，對(duì)于北京、上海等2～3千萬的特大型城市，系統(tǒng)吞吐量還必須成倍增加。
·高可用性 電信級(jí)服務(wù)器的要求是 7 x 24 小時(shí)不間斷服務(wù)，滿足99.999％的高可用性，這意味著一年內(nèi)的計(jì)劃外停機(jī)時(shí)間只有5分鐘。任何時(shí)候，一次服務(wù)中斷對(duì)于電信業(yè)務(wù)來說都是非常嚴(yán)重的事故，以電話業(yè)務(wù)為例，如果服務(wù)器意外中斷，大量正在撥號(hào)的用戶將不能撥通好嗎，而大量正在通話的用戶的電話會(huì)突然中斷，這將造成無法估量的損失。
·高安全性 電信級(jí)服務(wù)器承擔(dān)著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾δ堋；ヂ?lián)網(wǎng)浪潮發(fā)展到今天，已經(jīng)深入了人們的日常生活，保護(hù)個(gè)人隱私，抵御惡意攻擊是電信級(jí)服務(wù)器的基本要求。以網(wǎng)上購物為例，2011年，淘寶平均每分鐘交易4.8萬件商品，單日交易額最高達(dá)43.8億元，如果服務(wù)器不能保證網(wǎng)上購物業(yè)務(wù)的安全性，后果是無法想象的。
辯證唯物主義哲學(xué)的三大規(guī)律之一，量變質(zhì)變規(guī)律告訴我們，事物的量變會(huì)引起質(zhì)變。建造承重300噸的大橋和建造承重30噸的大橋是不一樣的；開發(fā)可以運(yùn)行1個(gè)小時(shí)的程序與開發(fā)可以連續(xù)運(yùn)行7 x 24小時(shí)的程序是不同的；開發(fā)接入10個(gè)客戶端的服務(wù)器，和開發(fā)接入1萬個(gè)客戶端的服務(wù)器也是不同的。本文將從3個(gè)方面介紹電信級(jí)服務(wù)器軟件的設(shè)計(jì)。
軟件流程設(shè)計(jì)
由于電信業(yè)務(wù)的時(shí)間復(fù)雜度是指數(shù)級(jí)的，要擴(kuò)大數(shù)據(jù)規(guī)模，提高硬件速度是沒有效果的，必須采用更優(yōu)的計(jì)算模式。我們從數(shù)據(jù)流程的角度，將計(jì)算模式分為兩種，同步模式和異步模式。
同步模式下，數(shù)據(jù)是服務(wù)器一個(gè)一個(gè)地處理的，前一個(gè)數(shù)據(jù)處理完再處理下一個(gè)數(shù)據(jù)，對(duì)于多核和多CPU的平臺(tái)，可以同時(shí)并發(fā)處理n個(gè)數(shù)據(jù)(n是CPU數(shù)量)。假設(shè)A節(jié)點(diǎn)通過B服務(wù)器與C節(jié)點(diǎn)交互，同步模式的處理方式如下
同步模式的程序的邏輯簡單，軟件代碼量相對(duì)較少，異常處理考慮相對(duì)容易。但是對(duì)于電信級(jí)服務(wù)器來說，同步模式的性能是不夠的
異步模式下，服務(wù)器可以連續(xù)地處理數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部緩存數(shù)據(jù)處理的中間結(jié)果，記錄每個(gè)數(shù)據(jù)的處理狀態(tài)，直到處理完成。
根據(jù)我在電信行業(yè)十年多的經(jīng)驗(yàn)，異步模式下系統(tǒng)的吞吐量比同步模式高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。但是異步模式程序就比同步模式復(fù)雜多了，需要用到內(nèi)存表、狀態(tài)機(jī)、工作流等技術(shù)。而電信級(jí)服務(wù)器軟件一般都是采用異步模式實(shí)現(xiàn)。
硬件平臺(tái)
主流的電信級(jí)服務(wù)器的硬件平臺(tái)，經(jīng)歷了由塔式服務(wù)器到機(jī)架服務(wù)器，再到刀片服務(wù)器的發(fā)展歷程。
塔式服務(wù)器
外形及結(jié)構(gòu)都與普通的PC機(jī)差不多，主板擴(kuò)展性較強(qiáng)，機(jī)箱內(nèi)部往往會(huì)預(yù)留很多空間，以便進(jìn)行硬盤，電源等的冗余擴(kuò)展。缺點(diǎn)是體積較大，占用空間多，不方便管理。
機(jī)架服務(wù)器
外觀按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)，配合機(jī)柜統(tǒng)一使用。相比塔式服務(wù)器，占用空間小，便于統(tǒng)一管理，但由于內(nèi)部空間限制，擴(kuò)充性較受限制。
刀片服務(wù)器
是一種低成本服務(wù)器平臺(tái)，是專門為特殊應(yīng)用行業(yè)和高密度計(jì)算機(jī)環(huán)境設(shè)計(jì)的，其主要結(jié)構(gòu)為一大型主體機(jī)箱，內(nèi)部可插上許多“刀片”，其中每一塊刀片實(shí)際上就是一塊系統(tǒng)母板，類似于一個(gè)個(gè)獨(dú)立的服務(wù)器，它們可以通過本地硬盤啟動(dòng)自己的操作系統(tǒng)。刀片服務(wù)器比機(jī)架式服務(wù)器更節(jié)省空間，且擴(kuò)展性較強(qiáng)。
目前電信級(jí)服務(wù)器的主流硬件平臺(tái)是刀片式服務(wù)器組成的集群，并以負(fù)載均衡、四層交換等技術(shù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)高性能的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的處理。
異常處理
要滿足5個(gè)9的高可用性要求，很多對(duì)于普通服務(wù)器來說出現(xiàn)幾率很小而可以忽略不計(jì)的異常情況，對(duì)電信級(jí)服務(wù)器來說則是必須應(yīng)對(duì)的風(fēng)險(xiǎn)。
·存儲(chǔ)空間不足
由于電信級(jí)服務(wù)器需要不間斷處理海量數(shù)據(jù)，即使配置海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，有定期的數(shù)據(jù)清理機(jī)制，也必須要考慮空間滿的情況，要慎重分析業(yè)務(wù)峰值的壓力，確保在空間不足的時(shí)候業(yè)務(wù)不會(huì)中斷。而相應(yīng)的常采用的技術(shù)方案包括備用存儲(chǔ)、告警恢復(fù)等等。
·數(shù)據(jù)庫異常
即便是oracle和sybase等業(yè)內(nèi)成熟的商用數(shù)據(jù)庫，支撐電信級(jí)服務(wù)器時(shí)也不能完全避免掛起、死鎖等問題。以我在電信行業(yè)工作十年的經(jīng)歷，接近1/5的現(xiàn)網(wǎng)問題都和數(shù)據(jù)庫異常有關(guān)。所以電信級(jí)服務(wù)器必須要有在數(shù)據(jù)庫異常時(shí)確保業(yè)務(wù)不中斷的機(jī)制。
·硬件設(shè)備異常
電信級(jí)服務(wù)器最常出現(xiàn)問題的設(shè)備是磁盤/磁陣，我在工作中經(jīng)常碰到磁陣掛起導(dǎo)致的現(xiàn)網(wǎng)問題。所以設(shè)計(jì)電信級(jí)服務(wù)器的時(shí)候，必須要有應(yīng)急機(jī)制，避免因?yàn)橛布收蠈?dǎo)致業(yè)務(wù)長時(shí)間中斷。
本文介紹了電信級(jí)服務(wù)器的三個(gè)重要特征：高性能、高可用性和高安全性，并從流程設(shè)計(jì)、硬件平臺(tái)和異常處理三個(gè)方面簡單介紹了電信級(jí)服務(wù)器的軟件設(shè)計(jì)。當(dāng)然，電信級(jí)服務(wù)器軟件的架構(gòu)需要考慮的方面遠(yuǎn)不只這些，要成功開發(fā)的電信級(jí)服務(wù)器軟件，除了扎實(shí)地通信領(lǐng)域技術(shù)基礎(chǔ)，長期的軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)積累，還需要特別能戰(zhàn)斗的團(tuán)隊(duì)組織。
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