如何用Consul打造弹性可扩展的PaaS平台

应用背景

HiAR 是亮风台打造的新一代增强现实(AR)开发平台，提供简单易用、功能强大、跨平台的 AR 服务。让广大开发者可以轻松使用最前沿的计算机视觉技术、计算机图形学技术，快速搭建个性化的 AR 应用。

云服务是HiAR平台中重要的基础设施。无论从高可用，还是到可扩展，服务发现都发挥着不可或缺的作用。在没有使用服务发现之前，我们遇到的几个痛点：

◆ 系统添加一个服务节点，我们需要手工修改Nginx/LVS的配置文件、修改DNS记录。

◆ 应用服务发布新版本，我们还是需要手工修改Nginx的配置文件把节点下线、等待发布成功后，再次修改Nginx的配置文件把服务上线。

◆ 尽管后来我们对上面两种场景的运维做了改进，编写脚本把过程改良为半自动半手动的方式，但还不是很方便，而结合服务注册就可以做到全自动。

◆ 内网DNS出了故障，我们需要对DNS服务进行维护。

◆ 没有服务注册，限制了Docker的发挥，只能当轻量级虚拟机来用。

现在，有了服务发现，一切都变得简单有趣。增减服务节点可以自动更新Nginx/LVS的配置文件；DNS丢一边吧！用IP就好；接入Mesos+Docker玩弹性扩展。

为什么选择 Consul

已经有很多文章对Zookeeper、etcd、Consul进行比较，这里就不重复类比了。没有什么比合适更重要！Consul 的运维成本低，部署简单、使用方便、五脏俱全，这对于中小型团队应该是性价比很高的。

在进入实战前，先看看 Consul 都有哪些特性。

◆ 服务注册。通过HTTP API或DNS，告诉服务注册中心有新的服务加入。

◆ 服务发现。通过HTTP API或DNS，可以知道目标服务的地址和端口。

◆ 健康检查。支持多种方式，HTTP、TCP、Docker、Shell脚本定制化监控。

◆ 配置模板。Consul Template 负责定期从服务注册中心获取信息，如果有变化自动更新配置文件并重新加载。

以上四点已经能满足很多企业的需求。当然这不是Consul的所有，Consul还有很多锦上添花的特性，比如：可视化Web界面、支持多数据中心。

实战经验

我们对Consul的使用可以归纳到四个方面：部署、应用、管理、升级。

部署

Consul Cluster有Server和Client两种角色。Server一般是3~5台，这也是官方推荐的。Consul Client就是需要进行服务注册或服务发现的节点。

Consul的部署简单、开箱即用，一个consul可执行文件，还没有乱七八糟的依赖。在官网下载编译好的Consul agent可执行文件，并上传到所有Server和Client角色的节点，便随时可启动consul agent了。

下面一起来看看，如何启动一个Consul集群(3台Server、1台Client)。

实验环境：

1. server01 192.168.1.11 
2. server02 192.168.1.12 
3. server03 192.168.1.13 
4. client01 192.168.1.21 

分别登录Server01、Server02、Server03，并启动agent。

1. [worker@server01 ~]$ consul agent -server -bootstrap-expect 2 -data-dir /tmp/consul -bind=192.168.1.11 -node=server01 
2. [worker@server02 ~]$ consul agent -server -bootstrap-expect 2 -data-dir /tmp/consul -bind=192.168.1.12 -node=server02 
3. [worker@server03 ~]$ consul agent -server -bootstrap-expect 2 -data-dir /tmp/consul -bind=192.168.1.13 -node=server03 

新开窗口登录Server03，加入Server01、Server02的集群。

1. [worker@server03 ~]$ consul join 192.168.1.11 192.168.1.12 

上面几步就完成了初始化Server节点，以后通过-rejoin参数启动，可以重新加入集群。

1. [worker@server01 ~]$ consul agent -server -bootstrap-expect 2 -data-dir /tmp/consul -bind=192.168.1.11 -node=server01 -rejoin 
2. [worker@server02 ~]$ consul agent -server -bootstrap-expect 2 -data-dir /tmp/consul -bind=192.168.1.12 -node=server02 -rejoin 
3. [worker@server03 ~]$ consul agent -server -bootstrap-expect 2 -data-dir /tmp/consul -bind=192.168.1.13 -node=server03 -rejoin 

就这样三个Server节点部署完毕。接下来，部署Client节点，和Server节点一样，有初次启动、手工加入和重新加入集群三步。

1. [worker@client01 ~]$ consul agent -data-dir /tmp/consul -bind=192.168.1.21 -node=client01 

还是在Client01上，新开一个登录窗口，加入Server01的集群。

1. [worker@client01 ~]$ consul join 192.168.1.11 

Client01节点日后的维护，通过-rejoin参数启动，便可重新加入集群。

1. [worker@client01 ~]$ consul agent -data-dir /tmp/consul -bind=192.168.1.21 -node=client01 -rejoin 

到这里为止，我们已经搭建好了一个Consul集群。然而，怎么进行服务注册和服务发现呢?这得跟实际需求紧密结合，在接下来的小节中进一步说明。

应用

Consul不是单独存在的。为了充分发挥Consul的优势，可以结合Nginx、LVS、Docker等工具来应用。

Nginx、LVS是系统的基础组件，RecoService、FeatureService、SearchService是基于SOA的内部服务。前者向Consul集群发现服务，后者向Consul集群注册服务。Consul是粘合剂也是开关，让整个系统的运作起来，低成本的实现了弹性伸缩。

接入层，用的是Nginx，负责反向代理和负载均衡。Nginx节点上跑两个Consul相关服务。一个是Consul Agent，做Consul Client；另外一个是Consul Template，做服务发现和配置更新。Consul Template负责定期查询本地Consul Agent，如果相关服务的注册信息有变化，则更新Nginx的配置文件并重新加载Nginx服务。

运行Consul Template是实现弹性扩展的关键步骤：

1. $ consul-template -consul 127.0.0.1:8500 -template "/etc/nginx/conf/vhosts/test.ctmpl:/etc/nginx/conf/vhosts/test.conf:nginx -s reload" 

上面这句命令中，test.conf是Nginx的虚拟主机配置文件，test.ctmpl是该配置文件对应的模板。下面是模板在负载均衡上的代码片段：

1. upstream test-cluster { 
2. ip_hash;{{range service "test"}} 
3. server {{.Address}}:{{.Port}};{{end}} 
4. } 

逻辑层，基于SOA的内部服务集群。不同的内部服务集群之间通信需要做服务发现，这里引入LVS做服务发现。好处是不用在内部服务的代码里实现服务发现，而且规模大了还要做负载均衡。与接入层的Nginx类似，LVS也用Consul Template定期查询本地Consul Agent，更新相关配置文件，然后重载服务。

内部服务如何向服务中心注册?有两种方式，一是通过Consul的服务注册HTTP API，由服务自身在启动后调用API注册自己，二是通过在配置文件中定义服务的方式进行注册。建议使用后面一种方式来做服务注册。怎么办到的?请继续往下看 ：)

为项目添加一个配置文件consul.json，指定服务名称和服务端口，并加上健康检查，内容如下：

1. { 
2.     "service":  
3.     { 
4.         "name" : "test", 
5.         "port" : 9999, 
6.         "check":  
7.         { 
8.           "tcp": "127.0.0.1:9999", 
9.           "interval": "10s" 
10.         } 
11.     } 
12. } 

最后一步，对服务进行注册，需要在Consul agent启动时指定配置文件，如下：

1. $ consul agent -data-dir /tmp/consul -node=test -bind=192.168.1.21 -config-dir=/tmp/consul.json 

管理

一是节点管理，也就是Consul进程的管理。由于Consul Agent本身不具备高可用能力，所以我们有必要对Consul进程进行接管，我们用的是Systemd，你也可以选择Supervisord或者Upstart这些进程管理工具。

二是集群管理，Consul提供了可视化管理界面。可以查看所有的服务和节点，以及它们的健康检测和当前状态。

升级

由于Consul关系到整个系统的正常运作，所以升级的时候还是要很小心。最好在测试环境试验多几次，再到生产环境升级。升级的状况可以归纳为下面三种，需要对号入座之后再进行升级。

◆ 特殊版本的升级。在upgrade-specific页面查看当前升级的版本是否有特殊说明。比如：0.5.1之前的版本直接升级到0.6版本，要借助工具consul-migrate进行数据迁移。

◆ 不兼容的升级。使用consul -v查看新版的向后兼容协议版本号，当出现与当前版本不兼容时，需要分两步升级。先通过参数-protocal=旧的协议版本号，把整个集群升级一次，再把启动命令中的参数-protocal去掉来重启所有节点。

◆ 标准的升级。如果上面两种情况都不是，那么恭喜你，你需要做的只是简单的标准升级。即：停止旧版本的agent，然后启动新版本的agent。PS：其实大多数情况都是标准升级。

升级节点的推荐顺序是，先升级Server的Follower节点，再升级Server的Leader节点，最后升级所有Client的节点。

结语

在系统中引入服务注册和发现，虽然是一发牵动全身的改造，但整个系统架构会因此受益，尤其是现代的微服务架构。相信很多系统都具备负载均衡、健康检查、心跳检测等能力，利用好服务发现，那么弹性伸缩、服务高可用、灰度发布，自然是水到渠成的事情。