高可用且动态可升级的Web服务架构

### 高可用且动态可升级的 Web 服务架构 #### 1. 引言 Web 服务作为非同质系统互操作性的首选技术，被定义为“自包含、模块化的应用程序，具有开放的、面向互联网的、基于标准的接口”。它在解决应用集成中的互操作性问题上已展现出巨大价值，如今企业对 Web 服务的依赖程度与日俱增，像医疗、股市和机票预订等应用，对 Web 服务的高可用性要求极高。 高可用性意味着服务要尽可能减少停机时间，提高正常运行时间。同时，动态升级能力也至关重要，它能在软件进行预定更新时，以最小的服务中断实现软件组件的替换，常见的升级原因包括修复漏洞、增强功能和提升性能等。本文聚焦于实现 Web 服务高可用性和动态升级的技术。 #### 2. Web 服务 - **定义**：Web 服务是可通过 Web 访问的应用程序，万维网联盟（W3C）将其描述为“由 URI 标识的软件应用程序，其接口和绑定能够以 XML 工件的形式进行定义、描述和发现，支持通过基于 Internet 的协议交换基于 XML 的消息与其他软件代理进行直接交互”。 - **应用场景**：Web 服务是新一代企业对企业（B2B）和企业应用集成（EAI）架构的基础，因其语言和平台中立的特性，企业常将部分功能以 Web 服务的形式对外暴露。 ##### 2.1 高可用的 Web 服务 - **可用性定义**：可用性是衡量 Web 服务容错能力的指标，高可用性即通过各种方法和技术，使服务在运行要求内的可用时间占比最大化。 - **重要性**：对于企业而言，系统响应能力直接影响客户满意度和业务营业额，服务停机往往会导致重大的收入损失。在医疗信息系统等应用中，高可用性更是至关重要。 - **影响因素**：可用性受网络连接和服务器故障（包括硬件和软件故障）等因素影响，因此解决方案需同时应对这些问题。 - **提升方法**：为确保 Web 服务的高可用性，需增强其发现和绑定功能。Web 服务的发现通常借助基于 UDDI 标准的服务目录，提升通用服务的可用性也有助于 Web 服务的发现。 ##### 2.2 动态可升级的 Web 服务 - **动态升级定义**：动态升级指在运行时替换软件组件，同时尽量减少（最好为零）服务中断。 - **客户端与服务器端升级差异**：在客户端 - 服务器模式中，客户端升级相对简单，可在可控的情况下进行；而服务器端升级则更具挑战性，因为客户端会随机发起事务请求。Kramer 等人提出了静止期的概念，即组件可安全升级的时间段。 - **升级原因分类**：动态升级的原因可分为纠正性、完善性和适应性三类。纠正性升级用于修复漏洞，完善性升级用于增强功能和性能，适应性升级则用于使服务适应不断变化的环境。 - **重要性**：动态升级能力能确保服务在预定升级期间持续运行，是高可用性架构的重要补充。 #### 3. 相关工作 ##### 3.1 现有技术 |技术提出者|技术内容|优点|缺点| | ---- | ---- | ---- | ---- | |Birman 等人|使用 Web 服务模型的扩展，支持系统健康监测、故障自诊断、应用自修复和事件报告等标准服务，构建于 WS - Transactions 和 WS - Reliability 等现有技术之上|可作为 Web 服务平台的路由器组件，为现有应用提供透明的高可用性|未定义明确的动态升级方法| |Cotroneo 等人|从服务质量（QoS）角度出发，为应用开发者提供替代 API 以访问网络|针对实时系统，改善基于 Web 的服务的可用性|对开发者不透明，只能在网络和操作系统层运行，无法应用于其他平台| |Vilas 等人|引入虚拟化概念，创建虚拟 Web 服务并暴露给客户端，后端在集群中管理实际 Web 服务|在 Web 服务层实现高可用性，虚拟化技术在相关领域有广泛应用|需要开发者定义虚拟 Web 服务（VWS）和 VWSDL 文档，还需 VWS 引擎实现集群和高可用性，且需要额外的技术来形成和管理集群，未提供明确的动态软件升级机制| ##### 3.2 现有技术评估 虽然上述技术都能直接或间接地提升 Web 服务的可用性，但它们在开