I. Tổng Quan Nghiên Cứu Phát Triển Phần Mềm Microservices
Kiến trúc microservices đang ngày càng trở nên phổ biến trong nghiên cứu phát triển phần mềm. Nó cho phép xây dựng các hệ thống có khả năng thích ứng cao, tái sử dụng tốt và triển khai nhanh chóng. Tuy nhiên, việc quản lý các dịch vụ nhỏ này cũng đặt ra nhiều thách thức. Nghiên cứu này tập trung vào việc áp dụng kiến trúc microservices tại Đại học Quốc gia Hà Nội, nhằm tìm hiểu các lợi ích và khó khăn khi triển khai mô hình này. Bài toán đặt ra là làm sao để giảm chi phí xây dựng hệ thống với các dịch vụ, làm sao để tránh ảnh hưởng đến cả hệ thống khi muốn thay đổi một số chức năng của hệ thống. Phạm vi của dịch vụ càng lớn hệ thống càng trở nên phức tạp, khó phát triển, kiểm thử và bảo trì. Chính những điều này đang làm cho việc xây dựng và phát triển hệ thống phần mềm dựa trên dịch vụ đang vượt khỏi khả năng kiểm soát của các kiểu kiến trúc phần mềm hiện có và cần phải có một kiểu kiến trúc mới để giải quyết vấn đề này.
1.1. Khái niệm dịch vụ trong phát triển phần mềm
Trong phát triển phần mềm, dịch vụ là một thành phần ứng dụng có khả năng thực hiện một hoặc nhiều chức năng trong hệ thống mà không cần giao diện cho người dùng. Các ứng dụng chạy trên các môi trường khác nhau đều có thể sử dụng dịch vụ để thực hiện một hoặc một vài chức năng trong hệ thống của mình. Dịch vụ phải có khả năng tái sử dụng, thích ứng với các môi trường khác nhau và có thể tự động phát hiện trên toàn hệ thống, đám mây. Mỗi dịch vụ sẽ thực hiện xử lý các yêu cầu từ phía máy trạm và gửi lại các câu trả lời theo một chuẩn đã quy ước, đồng thời các dịch vụ cũng có thể kết nối đến nhau để cùng thực hiện một vài chức năng của hệ thống hoặc để tổ hợp thành một dịch vụ khác.
1.2. Kiến trúc Monolithic và sự phát triển Microservices
Kiến trúc Monolithic cho phép xây dựng hệ thống thành một khối duy nhất, bao gồm giao diện người dùng, xử lý nghiệp vụ và phần truy cập dữ liệu. Hệ thống được xây dựng trên Monolithic hoàn toàn khép kín, độc lập với các hệ thống khác và chỉ được xây dựng trên một nền tảng duy nhất, do đó hệ thống được xây dựng trên monolithic rất dễ xây dựng, dễ quản lý. Tuy nhiên, nếu có bất kỳ thay đổi nào trong một thành phần, toàn bộ hệ thống phải được điều chỉnh, tái kiểm thử và triển khai lại. Điều này khiến việc xây dựng và phát triển hệ thống trên monolithic là rất tốn kém và không linh hoạt. Đặc biệt là với các hệ thống lớn việc xây dựng phát triển hệ thống bằng kiểu kiến trúc monolithic sẽ trở nên rất phức tạp.
II. Thách Thức Triển Khai Microservices Tại Đại Học Quốc Gia
Việc chuyển đổi sang kiến trúc microservices không phải là một quá trình đơn giản. Nó đòi hỏi sự thay đổi về tư duy, kỹ năng và quy trình làm việc. Một trong những thách thức lớn nhất là quản lý sự phức tạp của hệ thống phân tán. Các dịch vụ phải được thiết kế để có khả năng chịu lỗi, tự phục hồi và dễ dàng mở rộng. Ngoài ra, việc đảm bảo bảo mật microservices và hiệu năng microservices cũng là những vấn đề cần được quan tâm đặc biệt. Theo Phạm Thị Vân, việc kiểm thử các dịch vụ nhỏ thì tương đối dễ nhưng khi ghép chúng vào một hệ thống thì lại là một bài toán khó.
2.1. Quản lý sự phức tạp của hệ thống phân tán
Hệ thống microservices bao gồm nhiều dịch vụ nhỏ, hoạt động độc lập và giao tiếp với nhau qua mạng. Điều này tạo ra sự phức tạp trong việc quản lý, giám sát và gỡ lỗi. Cần có các công cụ và quy trình phù hợp để theo dõi trạng thái của từng dịch vụ, phát hiện và xử lý các sự cố một cách nhanh chóng. Việc quản lý cấu hình, triển khai và nâng cấp các dịch vụ cũng đòi hỏi sự tự động hóa cao.
2.2. Đảm bảo bảo mật và hiệu năng cho Microservices
Mỗi dịch vụ trong kiến trúc microservices là một điểm tấn công tiềm năng. Cần có các biện pháp bảo mật mạnh mẽ để bảo vệ dữ liệu và ngăn chặn các cuộc tấn công từ bên ngoài. Ngoài ra, việc đảm bảo hiệu năng của hệ thống cũng là một thách thức. Các dịch vụ phải được thiết kế để có thể xử lý lượng lớn yêu cầu một cách nhanh chóng và hiệu quả. Cần có các cơ chế cân bằng tải, bộ nhớ đệm và tối ưu hóa hiệu năng để đáp ứng yêu cầu của người dùng.
2.3. Yêu cầu về kỹ năng và kinh nghiệm của đội ngũ phát triển
Để triển khai thành công kiến trúc microservices, đội ngũ phát triển cần có kiến thức và kinh nghiệm về các công nghệ liên quan, như Docker, Kubernetes, API Gateway, Service Mesh, DevOps, CI/CD, Agile. Họ cũng cần có khả năng thiết kế các dịch vụ có khả năng chịu lỗi, tự phục hồi và dễ dàng mở rộng. Ngoài ra, việc phối hợp và giao tiếp giữa các thành viên trong đội ngũ cũng rất quan trọng.
III. Phương Pháp Phát Triển Ứng Dụng Microservices Hiệu Quả
Để giải quyết các thách thức trên, cần có một phương pháp phát triển ứng dụng microservices hiệu quả. Phương pháp này phải bao gồm các bước thiết kế, xây dựng, kiểm thử, triển khai và quản lý các dịch vụ. Nó cũng phải chú trọng đến việc tự động hóa, giám sát và bảo mật. Một số phương pháp phổ biến hiện nay bao gồm DevOps, CI/CD và Agile. Theo T0by clems0n, cần thử lỗi cho từng microservice một cách độc lập để khắc phục các khó khăn trong khâu kiểm thử của hệ thống xây dựng trên microservices.
3.1. Thiết kế dịch vụ hướng theo miền Domain Driven Design
Thiết kế dịch vụ hướng theo miền (DDD) là một phương pháp thiết kế phần mềm tập trung vào việc hiểu và mô hình hóa miền nghiệp vụ. Trong kiến trúc microservices, DDD giúp xác định các ranh giới ngữ cảnh (bounded context) và thiết kế các dịch vụ phù hợp với từng ranh giới. Điều này giúp giảm sự phụ thuộc giữa các dịch vụ và tăng tính độc lập của chúng.
3.2. Sử dụng API Gateway để quản lý yêu cầu
API Gateway là một thành phần quan trọng trong kiến trúc microservices. Nó đóng vai trò là điểm vào duy nhất cho tất cả các yêu cầu từ bên ngoài. API Gateway có thể thực hiện các chức năng như định tuyến yêu cầu, chuyển đổi giao thức, xác thực và ủy quyền. Điều này giúp giảm tải cho các dịch vụ và tăng tính bảo mật của hệ thống.
3.3. Tự động hóa quy trình CI CD với DevOps
CI/CD (Continuous Integration/Continuous Delivery) là một quy trình tự động hóa các bước xây dựng, kiểm thử và triển khai phần mềm. DevOps là một phương pháp phát triển phần mềm kết hợp giữa phát triển (Development) và vận hành (Operations). Kết hợp CI/CD và DevOps giúp tăng tốc độ phát triển, giảm thiểu rủi ro và cải thiện chất lượng phần mềm.
IV. Ứng Dụng Microservices Trong Dự Án S0ML Tại ĐHQGHN
Luận văn này đã áp dụng kiến trúc microservices để xây dựng ứng dụng S0ML (Story of My Life), một mạng xã hội cho phép người dùng chia sẻ những câu chuyện trong cuộc sống thông qua hình ảnh. Ứng dụng được chia thành nhiều phần mềm microservices nhỏ, mỗi dịch vụ thực hiện một chức năng duy nhất. Việc áp dụng kiến trúc microservices giúp ứng dụng dễ dàng mở rộng, bảo trì và nâng cấp. Dựa trên việc áp dụng kiến trúc microservices trong thực tế từ đó đưa ra các phân tích, đánh giá và rút ra các ưu nhược điểm của kiến trúc microservices.
4.1. Mô hình hóa các Microservices trong S0ML
Ứng dụng S0ML được chia thành nhiều phần mềm microservices nhỏ, mỗi dịch vụ thực hiện một chức năng duy nhất. Ví dụ, có một dịch vụ để quản lý người dùng, một dịch vụ để quản lý câu chuyện, một dịch vụ để quản lý hình ảnh và một dịch vụ để quản lý bình luận. Các dịch vụ này giao tiếp với nhau qua API.
4.2. Kiến trúc hệ thống của ứng dụng S0ML
Kiến trúc hệ thống của ứng dụng S0ML bao gồm các phần mềm microservices, API Gateway, Service Registry và Database. API Gateway đóng vai trò là điểm vào duy nhất cho tất cả các yêu cầu từ bên ngoài. Service Registry lưu trữ thông tin về vị trí của các dịch vụ. Database lưu trữ dữ liệu của ứng dụng.
V. Đánh Giá Ưu Nhược Điểm Của Kiến Trúc Microservices
Kiến trúc microservices mang lại nhiều lợi ích, như khả năng mở rộng, tính linh hoạt và khả năng chịu lỗi. Tuy nhiên, nó cũng có một số nhược điểm, như sự phức tạp trong quản lý, yêu cầu về kỹ năng và chi phí đầu tư ban đầu. Việc lựa chọn kiến trúc microservices hay không phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng dự án. Kiến trúc microservices được coi là lời giải ưu việt cho bài toán xây dựng và phát triển hệ thống dựa trên dịch vụ hiện nay. Nó đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi bởi các công ty lớn như Netflix, Ebay, Amazon, Twitter, Paypal, Gilt, Soundcloud,…
5.1. Ưu điểm của kiến trúc Microservices
Khả năng mở rộng cao, tính linh hoạt, khả năng chịu lỗi tốt, dễ dàng bảo trì và nâng cấp, sử dụng công nghệ phù hợp cho từng dịch vụ.
5.2. Nhược điểm của kiến trúc Microservices
Sự phức tạp trong quản lý, yêu cầu về kỹ năng cao, chi phí đầu tư ban đầu lớn, khó khăn trong việc kiểm thử và gỡ lỗi.
VI. Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Microservices Tại ĐHQGHN
Nghiên cứu về kiến trúc microservices tại Đại học Quốc gia Hà Nội có thể tiếp tục phát triển theo nhiều hướng. Một trong những hướng quan trọng là nghiên cứu các phương pháp quản lý và giám sát hệ thống microservices hiệu quả. Ngoài ra, việc nghiên cứu các công nghệ mới, như Serverless và Big Data, cũng có thể mang lại nhiều lợi ích cho kiến trúc microservices. Đặc biệt là hiện nay khi các sản phẩm phần mềm đóng gói đang dần được thay thế bởi các phần mềm dịch vụ thì kiến trúc microservices sẽ là đề tài ngày càng được quan tâm.
6.1. Nghiên cứu các phương pháp quản lý và giám sát Microservices
Phát triển các công cụ và quy trình tự động hóa để quản lý và giám sát hệ thống microservices. Nghiên cứu các phương pháp phát hiện và xử lý sự cố một cách nhanh chóng và hiệu quả.
6.2. Ứng dụng các công nghệ mới vào kiến trúc Microservices
Nghiên cứu khả năng tích hợp Serverless và Big Data vào kiến trúc microservices. Tìm hiểu các lợi ích và thách thức khi sử dụng các công nghệ này.
