Монолитная архитектура это — Мир ПК

Монолитная архитектура операционной системы

При монолитной архитектуре операционная система не имеет какой-либо явно выраженной внутренней структуры. Это просто набор процедур, использующих общие глобальные данные, и вызываемые друг другом или пользователем.Заметим, что монолитную архитектуру имели самые первые поколения операционных систем. При использовании монолитной архитектуры, аппаратно зависимый и аппаратно независимый код в составе операционной системы тесно переплетаются, что крайне затрудняет развитие операционной системы или ее перенос на другую аппаратную платформу. Наличие бессистемных разветвленных связей между компонентами операционной системы с монолитной архитектурой приводит к необходимости коррекции многих компонентов системы при реальной потребности изменения только одного из них. При этом может наблюдаться эффект снежной лавины – изменение одной процедуры потребовало изменение нескольких других, каждая из которых потребовала изменение еще нескольких других процедур и т.д. Под расширяемостью понимают возможность добавлять в операционную систему новую функциональность без изменения уже существующих компонентов системы.Необходимость расширения функциональности операционной системы связана с быстрым развитием аппаратных средств и технологий программирования. Под совместимостью понимается способность операционной системы исполнять прикладные программы, ориентированные на другие операционные системы, или на более ранние версии той же самой операционной системы.Необходимость организации совместимости операционных систем объясняется следующим.

Многоуровневая архитектура

Многоуровневая архитектура появилась как ответ на ограничения монолитной архитектуры в плане расширяемости, переносимости и совместимости. Основная идея многоуровневой архитектуры состоит в следующем:

1. Полная функциональность операционной системы разделяется на уровни, например уровень управления аппаратурой, уровень управления памятью, уровень файловой системы, уровень управления процессами и т.п.

2. Для каждого уровня определяются интерфейс взаимодействия, т.е. некоторый набор правил, согласно которым следует обращаться за услугами данного уровня.

3. Взаимодействие уровней строится таким образом, что каждый уровень может обращаться за услугами только к соседнему нижележащему уровню через его интерфейс.

4. Внутренние структуры данных каждого уровня не доступны другим уровням, а реализации процедур уровня скрыты и не зависят от реализаций процедур внутри других уровней. Обязательным условием для разбиения функциональности на уровни является взаимодействие только между соседними уровнями.

В многоуровневых системах запрещаются прямые обращения к любым уровням, минуя соседний уровень Многоуровневая архитектура предполагает взаимодействие между уровнями исключительно через их интерфейсы, при этом внутренняя реализация уровней скрыта от других уровней. Это позволяет в случае необходимости изменять внутренние реализации процедур уровня на более эффективные. Можно даже полностью заменить весь уровень, требуется только обеспечить стандартный интерфейс взаимодействия с другими уровнями. Уровень 0. Этот уровень выполнял распределение ресурсов процессора и переключал процессы по истечению кванта времени или при возникновении прерывания.

Архитектура типа клиент-сервер на основе микроядра

Архитектура типа клиент-сервер в настоящее время является наиболее совершенной с точки зрения расширяемости и переносимости операционных систем.Идея архитектуры клиент-сервер состоит в следующем: все компоненты операционной системы разделяются на программы – поставщики услуг (программы серверы, выполняющие определенные действия по запросам других программ), и программы – потребители услуг (программы клиенты, обращающиеся к серверам для выполнения определенных действий). Заметим здесь, что одна и та же программа может быть одновременно сервером по отношению к одному виду услуг и клиентом по отношению к другому виду услуг.

Запущенные в системе процессы-серверы постоянно находится в состоянии ожидания клиентских запросов. В случае необходимости, клиенты посылают серверам запросы на оказание требуемых им услуг, например запрос на чтение файла, запрос на выделение памяти, запрос на вывод результатов на экран и т.п.

Получив запрос от клиента, сервер выполняет его, при этом он сам может обратиться за услугами к другим серверам. После выполнения запроса сервер отсылает клиенту сообщение о завершении задания и результаты работы.

При этом клиенты и серверы никогда не общаются напрямую. Если некоторый процесс нуждается в каких-либо услугах со стороны операционной системы, то он посылает соответствующее сообщение диспетчеру в составе микроядра операционной системы. Получив запрос, микроядро определяет сервер, который может его обслужить, пробуждает его процесс и переадресовывает ему запрос клиента. Очевидно, что серверы должны быть предварительно зарегистрированы в системе. При этом микроядро само является сервером по отношению к запросам, связанным с управлением аппаратурой. В процессе выполнения запросов от пользовательских программ, системные серверы, выступая в роли клиентов, обращаются за аппаратно-зависимыми услугами к микроядру, при этом сами серверы операционной системы выполняются в режиме задачи, наравне с обычными пользовательскими процессами, и не имеют прямого доступа к аппаратуре. Для архитектуры типа клиент-сервер характерно горизонтальное разделение функциональности между равноправными серверами, вместо вертикального иерархического распределения в многоуровневой архитектуре. При этом, каждый сервер отвечает за выполнение отдельной достаточно простой операции и ни в коей мере не является эквивалентом уровня в многоуровневой архитектуре.

Таким образом, архитектура клиент-сервер обеспечивает следующие основные преимущества:• переносимость операционной системы, т.к. серверы, работающие в пользовательском режиме, аппаратно независимы;• расширяемость операционной системы, т.к. новая функциональность может быть легко введена за счет введения нового сервера, и это никак не затронет существующую функциональность;• гибкость операционной системы, т.к. пользователь может запустить только те сервисы, которые ему действительно нужны, и не расходовать ресурсы системы на поддержку невостребованной функциональности, при этом пользователь может изменять набор запущенных серверов без перезапуска системы.

Микросервисы vs монолитная архитектура [закрыто]

Я немного почитал о микросервисов, и я немного заинтригован.Кажется, это интересная концепция. Но интересно, в чем преимущества и недостатки использования микросервисов над монолитной архитектурой, и наоборот.

когда микросервисы подходят лучше, и куда лучше идти с монолитной архитектурой.

3 ответов

пока я относительно новичок в мире микросервисов, я постараюсь ответить на ваш вопрос как можно более полной.

когда вы используете архитектуру микросервисов, вы увеличите развязку и разделение проблем. Так как вы litteraly разделение вашего приложения.

Это приводит к тому, что ваш codebase будет легче управлять (каждое приложение не зависит от других приложений, чтобы оставаться и работает). Следовательно, если вы сделаете это правильно, будет легче в будущем добавлять новые функции к вашему заявлению. В то время как с монолитной архитектурой это может стать очень трудной задачей, если ваше приложение большое (и вы можете предположить, что в какой-то момент это будет).

и развертывание приложения проще, поскольку вы создаете независимые микросервисы отдельно и развертываете их на отдельных серверах. Это означает, что вы можете построить и развертывайте службы, когда захотите, без необходимости перестраивать остальную часть приложения.

поскольку различные службы небольшие и развертываются отдельно, это очевидно легче масштабировать их, с тем преимуществом, что вы можете масштабировать конкретные службы вашего приложения (с монолитным вы масштабируете полную «вещь», даже если это просто определенная часть в приложении, которая получает чрезмерную нагрузку).

однако, для приложений, которые не собирался становиться слишком большим, чтобы управлять им в будущем. Лучше держать его при монолитной архитектуре. Поскольку архитектура микросервисов сопряжена с некоторыми серьезными трудностями. Я заявил, что проще развернуть микросервисы, но это справедливо только по сравнению с большими монолитами. С помощью микросервисов у вас есть дополнительная сложность распространения услуг на разных серверах в разных местах, и вам нужно найти способ управлять всем этим. Здание микрослужб будет поможет вам в долгосрочной перспективе, если ваше приложение станет большим, но для небольших приложений просто проще оставаться монолитным.

Это очень важный вопрос, потому что несколько человек заманивают весь шум вокруг микросервисов, и есть компромиссы, чтобы рассмотреть. Итак, каковы преимущества и проблемы микросервисов (по сравнению с монолитной моделью)?

преимущества

• Развертываемости: больше гибкости для развертывания новых версий службы из-за более коротких циклов сборки+тестирования+развертывания. Кроме того, гибкость в использовании службы безопасности, репликации, персистентность и конфигурации мониторинга.
• надежность: неисправность конструирование поражает, что конструирование в покое и ее потребителей, тогда как в монолитном модели неисправности сервис может обрушить всю монолита.
• в наличии: развертывание новой версии микросервиса требует небольшого времени простоя, в то время как развертывание новой версии сервиса в монолите требует обычно более медленного перезапуска всего монолит.
• масштабируемость: каждый микросервис можно масштабировать независимо с помощью пулов, кластеров, сеток. Характеристики развертывания делают микросервисы отличным соответствием эластичности облака.
• Модифицируемости: больше гибкости для использования новых фреймворков, библиотек, источников данных и других ресурсов. Также, микросервисы свободн-соединены, модульные компоненты только доступные через их контракты, и следовательно более менее прональны повернуть в большое ком грязи.
• управления приложение развитие усилия разделены между командами, которые меньше и работают более независимо.
• дизайн автономии: команда имеет право использовать различные технологии, базы данных и моделей для разработки и реализации каждого микрослужб, и может изменить и перераспределить каждой конструирование независимо

задачи

• Развертываемости: существует гораздо больше единиц развертывания, поэтому есть более сложные задания, сценарии, области передачи и файлы конфигурации для наблюдения за развертыванием. (По этой причине, непрерывной доставки и DevOps весьма желательны для проектов конструирование.)
• производительность: услуги, скорее всего, нужно общаться по сети, в то время как услуги в пределах монолита может принести пользу от местных звонков. (По этой причине дизайн должен избегать «болтливых» микросервисов.)
• Модифицируемости: изменения в контракте, скорее всего, повлияют на потребителей, развернутых в другом месте, в то время как в монолитной модели потребители, скорее всего, будут находиться внутри монолита и будут развернуты в ногу со службой. Кроме того, механизмы повышения автономности, такие как возможная согласованность и асинхронные вызовы, усложняют Микросервисы.
• Контролепригодность: интеграционные тесты сложнее настроить и запустить, поскольку они могут охватывать разные микросервисы в разных средах выполнения.
• управления: попытка управлять операции увеличивается, потому что есть больше компонентов среды выполнения, файлов журнала и взаимодействия точка-точка для наблюдения.
• использование памяти: несколько классов и библиотек часто реплицируются в каждом комплект конструирование и общий объем памяти увеличивается.
• во время выполнения автономии: в монолите объединена общая бизнес-логика. С микрослужб логика распространилась по микрослужб. При прочих равных условиях, более вероятно, что микросервисы будут взаимодействовать с другими микросервисами по сети-это взаимодействие уменьшает автономность. Если взаимодействие между микрослужб подразумевает изменение данных, необходимость транзакционные границы дальнейший компромисс автономии. Хорошей новостью является то, что во избежание проблем автономии времени выполнения мы можем использовать такие методы, как возможная согласованность, управляемая событиями архитектура, CQRS, кэш (репликация данных) и выравнивание микросервисов с ограниченными контекстами DDD. Эти методы не присущи микросервисов, но были предложены практически любой автор я читал.

Как только мы поймем эти компромиссы, есть еще одна вещь, мы должны знать, чтобы ответить другой вопрос: что лучше, микросервисы или монолит? нам нужно знать нефункциональные требования (требования к качеству атрибута) приложения. Как только вы поймете, насколько важна производительность и масштабируемость, например, вы можете взвесить компромиссы и принять обоснованное дизайнерское решение.

@Luxo находится на месте. Я просто хотел бы предложить небольшое изменение и привести организационную перспективу. Микросервисы не только позволяют отделять приложения, но и могут помочь на организационном уровне. Например, организация могла бы разделиться на несколько групп, каждая из которых могла бы разработать набор микросервисов, которые может предоставить команда.

например, в крупных магазинах, таких как Amazon, у вас может быть команда персонализации, электронная коммерция команда, команда обслуживаний инфраструктуры, etc. Если вы хотите попасть в микросервисы, Amazon является очень хорошим примером этого. Джефф Безос сделал его мандатом для команд, чтобы общаться с услугами другой команды, если им нужен доступ к общей функциональности. См.здесь для краткого описания.

кроме того, инженеры из Etsy и Netflix также были небольшие дебаты еще в день микросервисов против монолита в Twitter. Дебаты немного менее технические но также может предложить несколько идей.

Когда оправдано использование микросервисной архитектуры

Микросервисы – это разновидность сервис-ориентированной архитектуры (SOA), применяемая для формирования распределенных программных систем. Модули в микросервисной архитектуре взаимодействуют по сети, при этом выполняя единую цель. На данный момент микросервисы постепенно вытесняют монолитные приложения и превращаются в стандарт развития программных систем.

Важно понимать, что под сервисом понимается целый набор услуг и определенный функционал, который предоставляют потребителю. А микросервисы – это дробление функционала так, чтобы он был доступен другим частям системы. Причем дробление функционала настолько мелкое, что внутри каждого микросервиса реализовано совсем маленькое количество функций.

Микросервисная архитектура – это несколько функциональных модулей, взаимодействующих через сеть

Принципиальное отличие микросервисной архитектуры от монолитной

Микросервисная архитектура приложения родилась из монолитной архитектуры, когда та стала сложной и неудобной в работе. Главное отличие микросервисов от монолита – в использовании специализированных более простых программ (модулей) при выполнении сценария приложения. Тогда как в монолитной архитектуре использовались внутрипроцессные взаимодействия. И, что самое удобное, модули могут находиться на разных серверах и их взаимодействие происходит через сеть по протоколонезависимой технологии.

Микросервисная архитектура имеет ряд преимуществ перед монолитной:

• симметричная архитектура (в монолитных приложениях – иерархическая);
• взаимозаменяемость микросервисов;
• независимость микросервисов друг от друга;
• организация модулей вокруг отдельных функций;
• написание микросервисов с помощью любых программных средств, оптимальных для каждого конкретного модуля, при этом они хорошо «понимают» друг друга благодаря интерфейсу. Создание интерфейса является наиболее сложной задачей;
• микросервисы вызываются только потребителем, но не друг другом.

Различие микросервисной и монолитной архитектуры

Каждый микросервис – это небольшая монолитная программа, которая выполняет свою функцию. В программный продукт при разработке микросервисной архитектуры можно добавлять любое количество новых микросервисов, расширяя его функциональность. Чтобы добиться подобного в монолитной программе, необходимо вносить изменения в основной продукт.

Принцип работы микросервисной архитектуры можно рассмотреть на бытовом примере. Допустим, мы решили воспользоваться таким сервисом, как химчистка. Мы отдаем вещь, а через время получаем ее назад чистой, выглаженной и готовой к использованию, не задумываясь о том, как это достигается и какие сервисы выполняются внутри химчистки. А таких сервисов много: принять вещь, положить в стиральную машину, запустить стирку, достать вещь, погладить, выдать и так далее.

Так же и внутри программ есть автономные функции, микросервисы, которые ранее в монолитной архитектуре прятались от потребителя. Как в случае с химчисткой, потребители обращались к функциям программы и получали результат, не задумываясь, как все сделано.

Монолитная архитектура не справлялась с потребностью бизнеса ускоряться, так как крупные сервисы сложно быстро изменять и адаптировать. Чтобы добиться ускорения, разумным решением стало создание типовых микросервисов, по-разному реализованных в крупных сервисах и выделенных в самостоятельные компоненты. Теперь каждый крупный сервис может пользоваться микросервисами по необходимости. А так как отпала нужда в дублировании типовых функций, это сделало программы более легкими и гибкими.

При микросервисной архитектуре приложения можно обновлять ПО частями, что гораздо проще и безопаснее, чем обновление «монолита». Приложение не выйдет из строя, если произойдет сбой одного или нескольких микросервисов.

Причины возникновения микросервисной архитектуры

О проблеме в использовании монолитных приложений впервые заговорили в 2005 г. на конференции Cloud Computing. Большие цельные программы стали слишком неудобными в разработке, не давали нужной скорости внедрения и функциональности, сложно тестировались и долго вводились в эксплуатацию. Они не позволяли быстро вносить поправки и оперативно реагировать на изменения бизнес-требований.

Уже тогда микросервисы назвали новой ступенью развития архитектуры, которая обеспечит приложениям необходимую гибкость и легкость. Термин «микросервисы» закрепился в 2011 г. при разработке программного обеспечения, содержащего модули, – но это больше относится к SOA. В 2012 г. термин был принят окончательно, но значение, которое мы используем сегодня, приобрел недавно.

Микросервисы в современном понимании имеют следующие особенности:

• легкость и простота: каждый модуль выполняет уникальную функцию и имеет небольшой размер;
• конечность, атомарность;
• гибкость: модуль можно легко изменить, добавив в его работу необходимые опции;
• взаимозаменяемость;
• полиморфизм;
• комбинирование микросервисов для реализации разных функций.

Микросервисная архитектура устранила недостатки монолитного ПО, обеспечив:

• изоляцию и минимизацию изменений;
• ускорение разработки;
• возможность легко подстраивать ПО под структуру бизнеса.

Необходимость ускорения работы

Одна из ключевых особенностей современного бизнеса – динамичность. Кто первым вышел на рынок, тот и получает конкурентное преимущество. Кто быстрее вносит необходимые изменения и внедряет улучшения, тот получает большую долю рынка. Все это приводит к тому, что необходимо искать пути ускорения работы, в том числе и программных продуктов.

Как только в программе появляются повторяющиеся моменты или дублирующиеся функции, тогда и возникает необходимость в переходе на микросервисные компоненты. Чтобы не плодить в разных частях системы тысячи микрофункций, лучше разбить большой модуль на атомарные функции. Причем деление происходит до тех пор, пока не получается вычленить отдельные функции.

Если ранее монолитные сервисы реализовывали конкретные бизнес-функции, то сегодня микросервисы самостоятельных бизнес-функций не несут. Огромный плюс такой архитектуры в том, что можно реализовывать новые бизнес-функции, используя набор существующих микросервисов. Это преимущество микросервисного подхода объясняет его востребованность. Кроме того, каждый модуль можно строить индивидуально с использованием оптимальных средств разработки.

Разделяя «монолит» на микросервисы, девелопер получает возможность распараллеливания разработки, что значительно сокращает сроки выполнения.

Компоненты микросервисной архитектуры разрабатываются и работают параллельно

Когда разные модули разработаны, остается просто собрать их в единую систему. При этом каждый отдельный микросервис легко трансформировать в соответствии с меняющимися требованиями рынка, не мешая при этом работе всего приложения.

Быстрый ввод в эксплуатацию

Отладка работы ПО с микросервисной архитектурой – более быстрый процесс, чем отладка работы «монолита». Разработчик легко может отслеживать взаимодействие между разными микросервисами, быстрее находить и устранять ошибки.

Это позволяет в короткие сроки реализовать крупные программные продукты. Независимая эволюция подсистем дает возможность совершенствовать продукт, не изменяя при этом его сути.

Микросервисы обеспечивают эффективный подход к разработке, который дает возможность:

• разрабатывать одно приложение нескольким автономным командам;
• использовать разные стеки по необходимым задачам для единого продукта;
• осуществлять децентрализованное управление данными, если это требуется для бизнеса.

Необходимость подстраивать сервис под структуру бизнеса

С изменением структуры бизнеса почти всегда возникает необходимость в подстройке ПО под новые требования. Внесение изменений и последующая отладка монолитного программного обеспечения – трудоемкая задача. И сроки подстройки пропорциональны размерам и сложности приложения.

Но если бизнес изменился и в нем добавились новые функции, уже не нужно полностью переделывать старую программу или заказывать новое ПО. Достаточно создать несколько новых микросервисов, которые помогут реализовать необходимые задачи. Это быстро, дешево и удобно.

Когда назревает необходимость в модернизации микросервисной архитектуры, разработчики определяют модули, в которые надо внести изменения, выясняют, какие нужно создать уникальные микросервисы. Доработка отдельных компонентов и отладка их работы занимают меньше времени, чем модернизация монолитного ПО.

Перспективы использования микросервисов в бизнесе

Переход с монолитной архитектуры на микросервисы делает бизнес более мобильным и гибким. Компания получает в свое распоряжение программу-конструктор, которая может оперативно подстраиваться под нужды бизнеса.

Дополнительным плюсом использования микросервисов для реализации бизнес-функций является их одинаковая работа в разных системах. Например, используя в разных системах один и тот же микросервис, выдающий паспортные данные клиента по запросу, мы везде получим идентичный результат в одинаковом виде. Это является гарантией стабильного качества работы ПО.

Микросервисная архитектура позволяет легко переконфигурировать и усовершенствовать ПО

Для больших приложений корпоративного масштаба использование микросервисной архитектуры – оптимальное решение, позволяющее быстро реагировать на изменение рынка.

Внедрение микросервисов дает следующие преимущества бизнесу:

• оперативное расширение и совершенствование функций без затрагивания других микросервисов;
• тестирование новых функций без затрагивания рабочих – это возможно благодаря замене или добавлению микросервисов в систему;
• безопасное внедрение инноваций;
• взаимозаменяемость модулей;
• готовность к горизонтальному и вертикальному масштабированию;
• возможность распределения;
• бесперебойная работа всех компонентов и системы в целом даже при отказе ряда микросервисов;
• централизованное внесение изменений.

Использование микросервисной архитектуры оправдано, если какой-либо функционал приложения переиспользуется. Такой подход даст необходимую гибкость, мобильность и масштабируемость бизнесу.

Наша компания исследует ваш бизнес и предложит оптимальный вариант разработки программного обеспечения. Специалисты HHI быстро и качественно проведут тестирование и внедрение.