Autodesk基于Mesos的可扩展事件系统

几个月前，我接到一个任务，要拿出一个集中式的事件系统，可以让我们的各种后端组件相互通信。我们讨论了后端活动流、渲染、数据转换、建筑信息模型（BIM）、个性身份（identity）、日志报表、分析等等。找寻其中是否有真正通用的可变负载、使用模式和扩展性配置。或许是其他的某样东西，能使我们的开发团队轻松接口。当然，系统的每个部分都应该具备自我扩展的能力。

由于我没有时间写太多的代码，所以我选择了Kafka作为我们的存储核心，因为它稳定且被广泛使用，而且表现良好（请注意，我没有说非得用它不可，可以用其他东西替代）。当然，现在我还不能直接将Kafka暴露出去，得在前端用一些API去实现这些。没想太多，我就放弃了在我的后端管理偏移量的想法，因为这在为实例处理失败时，会给人带来太多的约束。

所以我的结论就是，将系统分为独立的两层：第一层是API层，负责处理请求流（incoming traffic）；第二层是后端层，负责处理长期的、有状态的、与Kafka交互的流处理进程（比如，实现生产者和消费者）。这两层都可以独立扩展，只要求它们之间保持一致的路由，以保证客户端可以与相同的后端流处理进程，保持通信。

两层代码均100%使用Scala实现，并使用Play!框架。同时，它们重度依赖Akka actor系统（每个节点通常跑数百个actor）。后端层实现了一组自定义的Kafka生产者和消费者，并使用一组专用的actor来管理预读与写缓冲区。一切都被实现为嵌套的有限状态机（我超爱这个概念）。分析数据存储到Splunk，同时，度量数据存储到Librato（collectd是在容器中运行的）。

在此，哥文艺地展示下系统发布后的模样

如何实现两层之间的路由呢？只需使用RabbitMQ即可，它有很好的持久性和弹性，甚至没什么趣味可言。AMQP队列是实现这一简单的“电话交换机”模式的伟大方法。通过使用一些逻辑分片技术（比如对一些存在于每个事务中的cookie值进行散列或者类似的技术）将一组固定的后端节点关联到某个RabbitMQ broker，就能够让路由支持扩展，这简直是小事一桩。

为什么我没有对RabbitMQ的broker做集群？哇哦，我能说我懒吗，关键是我真心觉得没啥必要。在每个broker之间分流实际上是为了高效，而在我看来，更重要的是以更轻松的方式去控制。为此付出的额外工作相比收成毫无意义。

所以，总之，给定容器拓扑，我们的请求会保持一条特定路径，这条路径依赖于后端节点所处理的流会话。我们所需的每一层可独立扩展远比整体可扩展重要。唯一的实际限制将是虚拟网络适配器和带宽。

虚线表示给定的会话将保持的特定路径。

现在，我们开始有意思的部分吧：如何确保可靠的通信，避免拜占庭式的失败呢？我要说，这非常简单，只需使用简单的两阶段提交协议，在客户端和后端同时建立状态机镜像模型（例如，他们总是同步的）。读写操作需要显式的确认请求。当你尝试读取并且失败的时候，你只需重新尝试，直到获得确认，然后这个确认将改变后端的状态（比如，向前移动Kafka的偏移量或者下发定时任务将事件发布）。所以我的客户端和后端之间的传输流实际上是这样的：“allocate session”、“read”、“ack”、“read”、“ack”......“dispose”。

这一系统的巨大优势是有效地实现了操作幂等，而且没有任何烦人的声明语句，就可以编码状态机中的所有逻辑（我告诫自己：我要提供一个纯粹的功能实现，没别的，只为了炫技）。应对任何网络故障，当然是优雅地重新尝试。通过这种方式，还可以得到自由的控制流和背压技术。

这个系统的API会暴露为Apache Thrift（当前通过HTTPS协议使用压缩技术工作，计划在某个时间点迁移到普通的TCP层）。我提供了Python、Scala、.NET和Ruby语言的客户端 SDK，以应对我们在Autodesk所使用的、花样百出的技术）。请注意，Kafka偏移量是由客户端管理的（虽然这样不透明），这使得后端控制更简单。

稍等，我听见你说，如何处理后端节点宕掉的情况？哇哦，因为我们有两阶段协议，所以我们在读取数据的时候并不会真的获取：如果客户端不断地失败，将使用当前的偏移量，重新分配一个新的流会话。当向 Kafka写入数据时，麻烦来了，因为这个过程是异步并且潜在地受下行流背压（比如你的节点失败了并且Kafka broker也出现问题了）。我会将后端节点配置为正常关机，在等待任何写挂起时，传入的任何请求都会快速失败。最后一招，我们甚至可以将任何待处理的数据刷新到磁盘上（之后，重新将数据注入）。

稍等，我听见你又说，如果基础设施的一部分挂掉会怎样？同样的。与流会话处理的实际后端节点之间的通信中断，当然会慢下来，但不会再有什么讨厌的影响，这又要归功于两阶段协议喽。

哦，我忘了说，在将数据写入Kafka日志前是自动加密的（使用AES 256）。Kafka的生产者和消费者使用同一套密钥共享。在涉密的主题上，我可以让流会话通过OAUTH2来验证，对每个请求验证MD5-HMAC，走TLS到后端集群。

现在你又问，那么，我们如何完整地部署这个时尚最时尚的系统呢？嗯，我们将整套系统100%地运行在一个普通的Mesos/Marathon集群上（现在用的不是DCOS哦，但我们可以切过去，因为这样可以用上他们超赞的仪表盘）。集群托管在AWS EC2上，我们基本上整体复用了一些 c3.2xlarge实例（在给定的区域内，10到20个小型部署足够了）。请注意，我们可以在Kubernetes上（无论是EC2还是GCE）做同样的事情。

小秀一下我们技术栈的结构

每处部署都使用了我们的开源技术Ochopod（自集群容器）。操作被降低到绝对最小值。例如，我们要做一次优雅的构建推送，就拿API层来说，无非是分配一些新的容器，等待他们启动好，然后逐步替换旧部署，这样就可以了。所有这一切都是通过集群中的一个专用的Jenkins slave（它本身也是一个Ochopod容器）完成的！

实际上，我开发了一个叫Ochothon的迷你PaaS系统，只是为了能够快速开发/运维所有的容器。

(点击放大图像)

Ochothon CLI显示了我的一个预发布集群的情况

为了能让你感受Ocho-*平台是多么好用，我这样说吧，一个人（比如我）就能够管理跨2个区域的5个部署系统，包括所有的基础设施副本……此外，还能有时间写写博客、码码程序！

所以，总体来说，此间的设计和编码，整件事情都充满乐趣，再加上它现在已经在生产运行，是我们云基础架构任务的关键部分（这是一个还不错的打赏）。如果你想对这个奇葩的流系统有更多的了解，告诉我们哦！

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查看英文原文：How Autodesk Implemented Scalable Eventing Over Mesos