這個月的8號、9號，個人很榮幸參加了China.NET Conf 2019 , 中國.NET開發者峰會，同時分享了技術專題《.NET技術架構下的混沌工程實踐》，給廣大的.NET開發小夥伴介紹混沌工程和高可用性改造實踐。會後大傢伙聚餐的時候，陳計節老師建議大家將各自的議題分享到社區，分享給大家。因此，今天和大家分享我的技術專題《.NET技術架構下的混沌工程實踐》。

先放幾張大會照片：

整個專題主要分為四個部分：

1. .NET分佈式、微服務架構下的高可用性挑戰
2. 混沌工程簡介
3. .NET混沌工程的實踐和成果分享
4. 展望和規劃

一、.NET分佈式、微服務架構下的高可用性挑戰

目前，我們特來電的技術架構是分佈式、微服務化的，線上超過1000台Server，高可用保障壓力很大：

• 系統7*24小時運行，不允許宕機，一旦宕機出問題，直接影響全國人民出行；
• 系統SLA要求99.95% ，全年可宕機時間只有4.38小時；
• 服務調用鏈路越來越長，依賴越來越複雜，某個環節出問題，都有肯能導致服務雪崩、大規模宕機；
• 線上遭遇：網絡抖動、內存泄露、線程阻塞、CPU被打爆、 數據庫被打爆、中間件宕機等棘手問題；
• 每天上百次發布更新，系統高可用性保障壓力非常大；

一張全鏈路監控圖可以反映我們系統的複雜：

例如主機CPU被打爆的問題，線上經常會遇到：

經歷了線上各種高可用性問題后，我們做了很多反思和總結：

系統在實現了分佈式、微服務化之後，我們到底有多少把握來保證系統的正常運行？  

如果出現問題，整個分佈式系統會變得非常“混亂”，甚至會引發系統的大規模宕機。

因此，我們有必要在線上事故出現之前，提前識別出系統有哪些弱點和問題，統一管控系統的固有混沌。

這套管控系統固有混沌的方法和體系，就是我們今天要介紹的主角：混沌工程。

二、混沌工程簡介

1. 什麼是混沌工程？

通過受控的實驗，掌握系統運行行為的過程，稱為混沌工程。

    混沌工程的典型實踐：Chaos Monkey
     一隻搗亂的猴子，在你的系統裏面上蹦下竄，不停搗亂，直到搞掛你的系統。

2. 為什麼需要混沌工程？

   混沌工程可以提升整個系統的彈性。
   通過混沌實驗，可以發現系統脆弱的一面，主動發現這些問題，並解決這些問題。

3. 混沌工程怎麼做？

   混沌工程的一般實施步驟：

1 選擇系統正常運行狀態下的可度量指標，作為基準的“穩定狀態” 2 混沌實驗分為實驗組和對照組，都能保持系統的“穩定狀態” 3 對實驗組注入混沌事件，如服務不可用、中間件宕機等混沌事件 4 比較實驗組和對照組“穩定狀態”的差異

   如果混沌實驗前後系統的“穩定狀態”一致，則可以認為系統應對這種混沌事件是彈性的、高可用的。
   相反的，如果打破了系統的穩定狀態，我們就找到了一個系統弱點，然後盡可能地解決它，提升系統的高可用性。

4. 實施混沌工程的推薦原則

• 明確系統穩定運行的狀態（指標）
• 混沌事件必須是現實世界可能發生的（合理的）
• 在生產環境進行混沌實驗 ：生產環境可以真實地反映系統的穩定性
• 持續集成：線上應用每天都在更新，通過持續集成的方式可以不斷髮現問題、解決問題。
• 最小化影響範圍：線上進行混沌實驗，必須可控，必須確定混沌實驗的最小化影響範圍。

   這裏大家會問：在生產環境上搞混沌實驗，能行嗎？

5. 現實中的混沌工程

  生產環境必須以穩定為前提，因此推薦O2O模式的混沌實驗：即線下演練、線上驗證
  在系統未經過大規模高可用性改造之前，建議首先進行全面的線下演練：

   那麼, .NET技術架構下的混沌工程怎麼做？

三、.NET混沌工程的實踐和成果分享

  我們線上系統主要用到了以下.NET技術棧和開源技術：

• ASP.NET MVC
• 基於ASP.NET Core的Web運行框架-WRF
• 基於ASP.NET Web API的分佈式服務網關-SG
• 基於.NET RPC通訊技術的分佈式微服務平台-HSF
• 基於RabbitMQ和Kafka的消息應用中心-MAC
• iBatis.NET & Entity Framework
• RabbitMQ & RabbitMQ Client for .NET
• Kafka & Confluent.Kafka
• Redis
• Nginx
• …

    在上述.NET 技術架構下，我們梳理了大量的混沌工程事件：

     通過大量的混沌實驗，我們逐步建立了提升系統高可用性的方法論和體系：

     .NET技術架構下的高可用性改進-依賴治理、容錯降級     

      業務場景：
      隨着業務複雜度的上升，服務調用鏈路越來越長，鏈路上存在大量不可控的因素：      

• • 網絡抖動，導致服務異常
  • Redis、MQ、DB等中間件不可用，導致服務超時、異常
  • 依賴的服務不可用，直接影響服務調用方  

     如何應對：識彆強弱依賴，對弱依賴進行降級，對強依賴有限降級     

• • “用戶有感知” 是強依賴
  • “用戶無感知” 是弱依賴
  • 故障發生時，核心業務有損失的是強依賴，無損失的是弱依賴

      .NET技術架構下的高可用性改進-解耦/隔離       

      業務場景：
      核心業務的調用鏈路很長，整個鏈路上包含主流程和輔流程
      輔流程的重要性低，不能因為輔流程的不可用，影響了主流程。

       如何應對：

       .NET技術架構下的高可用性改進-超時治理        

       業務場景：
       對於服務超時，長時間等待會影響用戶體驗，併發大時還可能造成線程池被打爆。
       同時可能產生服務級聯反應，導致大範圍服務雪崩。

        應對方案：
        超時時間設置：服務剛上線時，可以根據壓測情況預估一個值；
        服務上線后再根據實際監控進行修改，比如設置99%的請求響應時間為超時時間。
        超時后的處理策略：
        如果不是核心服務，可直接超時返回失敗。
        如果是核心服務，可以設置相應的重試次數.         

        示例：
        配置服務超時時間
        設置Http請求超時時間
        設置數據庫連接超時、SQL執行超時
        代碼控制超時時間（例如：Polly的Timeout策略）

      .NET技術架構下的高可用性改進-重試補償         

        業務場景：
        實際線上應用中，假如遇到網絡抖動、發布重啟、數據庫阻塞超時等情況，都有可能引起服務調用失敗。         

        應對方案：
        通過失敗重試、異常后的補償，盡可能地保證業務可用。
        重試情況下：業務要保證冪等性、保證最終一致性。        

        示例：
        服務失敗重試策略
        消息發送、消費失敗重試、補償
        代碼層面失敗重試補償（例如：Polly的Retry策略）

      高可用改進還有很多技巧，這裏不一一詳細給大家贅述了。

      通過對系統進行全面的高可用性改進，提升了我們對線上系統的信心！

四、 展望和規劃

    2019年，我們啟動了混沌工程實踐，逐步建立了混沌工程的自有方法論和體系，通過近一年的混沌工程實踐，混沌工程文化逐漸被開發團隊所認可。目前，混沌工程已經逐步過渡到線上生產環境進行（這來自於足夠的信心和把握）。但這隻是一個起步，未來：

• 正式的混沌工程團隊：通過多團隊配合、保障資源的持續投入
• 覆蓋所有的關鍵核心應用：讓混沌工程深入到每個產品
• 堅持O2O混沌工程實踐：線下演練、線上驗證，更可控
• 混沌事件注入工具：ChaosBlade for .NET，工具讓混沌工程更高效
• 持續的混沌實驗：持續進行、持續改進

    目標：通過混沌工程揭示問題、解決問題、形成閉環，不斷提升系統高可用性。

以上是本次China.NET Conf 2019的技術專題，分享給大家。

周國慶

2019/11/15

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Probuider

前幾天在做一個小項目的時候，用到了Unity自帶的一個包其中的Arch生成1/4圓。

挺好玩的，可以在直接Unity中根據需要用Mesh定製生成圖形，而不用建模軟件。

但是存在一個小問題，就是在使用的時候他的中心點是在生成圖形的左下角。

旋轉的時候不符合我的需求，我想要的是生成的時候旋轉中心在圓心的位置，所以準備自己定製一個。

目標

關於生成圖形的原理可以參考這篇文章，講得雖然不算很詳細，但足夠了解基本概念了。

目標是生成下面圖中的一個1/4空心圓柱體

我們切換到Wireframe模式下，可以看出它是有一個一個的頂點，並通過一條條的直線連接起來。那麼我們如何確定這些頂點和線的位置呢？

小目標-生成一個面

其實很簡單的，我們一步一步慢慢來。一次生成一整個會有點麻煩，我們可以一面一面來。只要生成了第一個面，其他的面也是類似的方法生成就好。

在前面我們提到了我們要的是生成一個圓柱體，圓柱體一個的重要性質就是可以由一個圓形疊加產生，也就是只要我們生成一個圓形，就完成了大部分的工作。

我們知道3D建模就是由一個一個的三角形組合成的，所以我們要用三角形來模擬來一個空心的圓。

在Probuilder中生成這樣一個空心圓柱體用的是Arch，它有幾個參數，分別是
\(\color{#1E90FF}{Radius}\) 半徑，圓心到最外圈的距離
\(\color{#1E90FF}{Thickness}\) 厚度，圓心到最外圈的距離-圓心到最內圈的距離
\(\color{#1E90FF}{Depth}\) 深度
\(\color{#1E90FF}{NumberOfSides}\) 由多少個面組成，面越多越平滑，性能也越差
\(\color{#1E90FF}{DrawArchDegrees}\) 總共繪製的角度

\(\color{#1E90FF}{NumberOfSides}\)中的面是指由兩個三角形一頭一尾拼成的梯形，多個頭大腳小的梯形拼在一起便成了我們需要的圓形。

原理已經知道了，那下一步只要確定三角形頂點的位置就OK了。至於如何確定三角形頂點的位置，我們可以再看下這張圖。

是不是瞬間清晰明了，紅線的交匯處就是圓心的位置，数字則是每個頂點的編號。

我們假設圓心在原點，数字0-1所在的線為180度線。\(\color{#1E90FF}{Increment}\) = \(\color{#1E90FF}{DrawArchDegrees}\)/\(\color{#1E90FF}{NumberOfSides}\)就是線與線之間的角度。每條線的角度可以由\(\color{#1E90FF}{180-Increment*i}\)得到。i為第幾條線。

線上的點可以由\(\color{#1E90FF}{y = r* sinθ, y = r* cosθ}\)得到。

        //頂點坐標
        vertexList.Clear();
        float incrementAngle = DrawArchDegrees / NumberOfSides;
        //小於等於是因為n+1條線才能組成n個面
        for (int i = 0; i <= NumberOfSides; i++)
        {
            float angle = 180 - i * incrementAngle;
            float innerX = (Radius - Thickness) * Mathf.Cos(angle * Mathf.Deg2Rad);
            float innerY = (Radius - Thickness) * Mathf.Sin(angle * Mathf.Deg2Rad);
            vertexList.Add(new Vector3(innerX, innerY, 0));
            float outsideX = Radius * Mathf.Cos(angle * Mathf.Deg2Rad);
            float outsideY = Radius * Mathf.Sin(angle * Mathf.Deg2Rad);
            vertexList.Add(new Vector3(outsideX, outsideY, 0));
        }

在上面的代碼中我們已經計算出了頂點的位置，下一步我們要做的是按順序插入三角形頂點的位置。從這篇文章中我們可以知道，只有是三角形是正面的情況下才會被渲染。

而正反面可以通過法線的朝向進行判斷，向外的面就是正面，相反的就是背面。

在Unity中，法線的朝向可以由左手法則得到。拿出左手，伸直，拇指與其他四個指頭垂直，然後四指彎曲，指尖朝向循環的方向，拇指就指向法線的方向。

也就是說在上圖中，我們想渲染三角形，順序應該是類似這樣的012，321, 234, 543。

        //三角形索引
        triangleList.Clear();
        int direction = 1;
        for (int i = 0; i < NumberOfSides * 2; i++)
        {
            int[] triangleIndexs = getTriangleIndexs(i, direction);
            direction *= -1;
            for (int j = 0; j < triangleIndexs.Length; j++)
            {
                triangleList.Add(triangleIndexs[j]);
            }
        }

\(\color{#F08080}{getTriangleIndexs}\)代碼如下

    int[] getTriangleIndexs(int index, int direction)
    {
        int[] triangleIndexs = new int[3] { 0,1,2};
        for (int i = 0; i < triangleIndexs.Length; i++)
        {
            triangleIndexs[i] += index;
        }
        if (direction == -1)
        {
            int temp = triangleIndexs[0];
            triangleIndexs[0] = triangleIndexs[2];
            triangleIndexs[2] = temp;
        }
        return triangleIndexs;
    }

至於uv坐標就更簡單了，把內圈頂點uv坐標中的Y固定為0，外圈頂點uv坐標中的Y固定為1，而x坐標由\(\color{#1E90FF}{1/NumberOfSides}\)得到：

    //UV索引
    uvList.Clear();
    for (int i = 0; i <= NumberOfSides; i++)
    {
        float angle = 180 - i * incrementAngle;
        float littleX = (1.0f / NumberOfSides) * i;
        uvList.Add(new Vector2(littleX, 0));
        float bigX = (1.0f / NumberOfSides) * i;
        uvList.Add(new Vector2(bigX, 1));
    }

完整代碼如下：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

//[RequireComponent(typeof(MeshFilter))]
//[RequireComponent(typeof(MeshRenderer))]
//[ExecuteInEditMode]
public class DrawArch : MonoBehaviour
{
    public float Radius = 20.0f;                //外圈的半徑
    public float Thickness = 10.0f;             //厚度，外圈半徑減去內圈半徑
    public float Depth = 1.0f;                  //厚度
    public float NumberOfSides = 30.0f;         //由多少個面組成
    public float DrawArchDegrees = 90.0f;       //要繪畫多長
    public Material archMaterial = null;
    
    private List<Vector3> vertexList = new List<Vector3>();
    private List<int> triangleList = new List<int>();
    private List<Vector2> uvList = new List<Vector2>();

    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        GenerateVertex();
    }

    void GenerateVertex()
    {
        //頂點坐標
        vertexList.Clear();
        float incrementAngle = DrawArchDegrees / NumberOfSides;
        //小於等於是因為n+1條線才能組成n個面
        for (int i = 0; i <= NumberOfSides; i++)
        {
            float angle = 180 - i * incrementAngle;
            float innerX = (Radius - Thickness) * Mathf.Cos(angle * Mathf.Deg2Rad);
            float innerY = (Radius - Thickness) * Mathf.Sin(angle * Mathf.Deg2Rad);
            vertexList.Add(new Vector3(innerX, innerY, 0));
            float outsideX = Radius * Mathf.Cos(angle * Mathf.Deg2Rad);
            float outsideY = Radius * Mathf.Sin(angle * Mathf.Deg2Rad);
            vertexList.Add(new Vector3(outsideX, outsideY, 0));
        }

        //三角形索引
        triangleList.Clear();
        int direction = 1;
        for (int i = 0; i < NumberOfSides * 2; i++)
        {
            int[] triangleIndexs = getTriangleIndexs(i, direction);
            direction *= -1;
            for (int j = 0; j < triangleIndexs.Length; j++)
            {
                triangleList.Add(triangleIndexs[j]);
            }
        }

        //UV索引
        uvList.Clear();
        for (int i = 0; i <= NumberOfSides; i++)
        {
            float angle = 180 - i * incrementAngle;
            float littleX = (1.0f / NumberOfSides) * i;
            uvList.Add(new Vector2(littleX, 0));
            float bigX = (1.0f / NumberOfSides) * i;
            uvList.Add(new Vector2(bigX, 1));
        }
        Mesh mesh = new Mesh()
        {
            vertices = vertexList.ToArray(),
            uv = uvList.ToArray(),
            triangles = triangleList.ToArray(),
        };

        mesh.RecalculateNormals();
        gameObject.AddComponent<MeshFilter>().mesh = mesh;
        gameObject.AddComponent<MeshRenderer>().material = archMaterial;
    }

    int[] getTriangleIndexs(int index, int direction)
    {
        int[] triangleIndexs = new int[3] { 0,1,2};
        for (int i = 0; i < triangleIndexs.Length; i++)
        {
            triangleIndexs[i] += index;
        }
        if (direction == -1)
        {
            int temp = triangleIndexs[0];
            triangleIndexs[0] = triangleIndexs[2];
            triangleIndexs[2] = temp;
        }
        return triangleIndexs;
    }
}

未完待續。。。

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