高频交易系统的研究与设计
这是一篇关于高频交易,低时延,高吞吐,可观测性,分布式的论文, 主要内容为高频交易是指利用计算机的运算优势来迅速探测出市场金融产品微小价格差异并从中套利的一种金融交易方式,它在解决大量资金流动性问题的同时也平滑了市场价格、促进了市场的稳定。目前,随着高频交易的规模激增和交易策略的不断创新,已经逐渐成为全球金融领域的一个研究热点。目前市场上主要的高频交易系统都是基于FPGA(Field Programmable Gate Array)可编程逻辑设备,或者底层编程语言C++来实现的。这两种实现方式存在研发效率低下、研发成本昂贵、安全漏洞不易发现等问题,阻碍了高频交易的算法更新以及快速迭代需求。因此,本文研究并设计出一种基于高级编程语言来实现的高频交易系统架构,并且符合高频交易系统对于时延、吞吐及安全性的极致要求,以此来达到简化高频交易系统的开发门槛降低研发成本的目的。本文的主要工作如下:1)基于对高级编程语言详细的分析与研究,明确基于Java开发高频交易系统的可行性,提出并设计了基于Mmap的内存数据库以降低了数据存取时延。对于影响时延的GC(Garbage Collector)机制进行了详细的量化分析,提出了一种基于复用技术的对象池算法,减轻了GC的频率与时长。实验验证使用该算法可以使得进程内指令的穿透时延均值降低5毫秒。2)基于对吞吐量的定义与分析,提出了基于Reactor模式及事件驱动的策略,通过设计基于流量的均匀分区算法和分布式ID生成策略,解决了高频交易系统由单机向分布式架构演变的主要问题,增强了高频交易系统的吞吐量。实验验证网络及线程传递的吞吐量符合高频交易系统需求。3)通过引入成熟的日志、监控、任务调度等技术,设计了高频交易系统通用的观测运维策略,提升了高频交易系统的安全性,降低了维护复杂性。最后在以上研究的基础上,提出了一套基于高级语言开发的高频交易系统设计原则及通用架构,降低了高频交易系统的开发难度,促进高频交易系统的推广。
云平台下微服务架构应用的运维系统设计与实现
这是一篇关于云平台,Kubernetes,容器镜像,代理网关,可观测性的论文, 主要内容为将微服务应用部署在云平台上是当前主流的应用部署方式,但随着云平台中微服务应用规模的增大,如何保证微服务应用在云平台的可靠、安全运行是一个亟待解决的问题。目前,企业云平台在部署运行维护微服务应用过程中存在以下不足:部署方面,如果使用公共镜像托管平台会缺乏权限管理、镜像安全检查,给微服务应用以及云平台带来安全隐患。运行方面,使用类似HAProxy传统代理网关作为多主多从架构云平台Kube-apiserver的流量代理,此类网关不是专门为云平台定制,因此存在负载不均、不能对云平台流量有效治理等问题,甚至在某些情况下不能传递代理用户身份,都会给云平台代理事故风险,影响微服务的可靠运行。维护方面,云平台使用Docker和Kubernetes作为底层基础设施,没有提供相应的观测方案,维护过程中对云平台内部状态不可知,导致微服务应用维护难。针对以上问题,本文设计了云平台下微服务架构应用的运维系统来保障微服务应用在云平台的可靠、安全运行。具体研究包括以下几个模块:1)容器镜像资源管理模块。设计容器镜像管理模块,通过云平台RBAC鉴权机制实现细粒度的用户权限控制,通过Clair实现镜像安全检查。为微服务应用部署提供了安全的镜像分发和存储服务。2)Kube-apiserver七层代理网关。为Kube-apiserver定制七层代理网关,通过在网关层面获取用户身份信息,结合Kubernetes用户扮演机制实现用户身份信息传递;通过治理模块排除可能给云平台造成风险的请求;通过变异系数法得到各个节点指标分辨负载能力并计算各节点实时负载能力,实现对Kube-apiserver所在节点的合理负载均衡。通过该网关为微服务应用的运行提供可靠、安全的云平台环境。3)可观测模块。设计可观测模块包括云平台日志采集、云平台度量指标监控,云平台服务链追踪、解决云平台内部服务调用和状态不可知的问题。最后,在实验室云平台上搭载本文设计的运维系统,对容器镜像管理、Kube-apiserver七层代理网关、可观测模块进行了功能和性能测试。实验结果表明,此运维系统解决了微服务应用在部署运行维护出现的问题,在性能方面也满足了预期需求。
面向服务端分布式应用的监控告警系统设计与实现
这是一篇关于分布式应用,可观测性,监控告警的论文, 主要内容为随着网络技术的快速发展,当前各企业都采用微服务架构来提升服务端应用的可用性和开发效率。然而复杂的结构关系导致分布式应用的维护变得困难,尽管有日志、链路追踪和统计指标这三种工具用于监控应用的运行状态,但这种监控模式在实现原理上存在的缺陷导致开发人员的观测能力有限,严重影响了开发维护工作的效率,导致分布式应用的稳定性得不到保障。为解决这一问题,本文对可观测性领域的研究现状和实现方案进行分析,总结了多个项目在实现原理上的优势,在这基础上设计并实现了面向服务端分布式应用的监控告警系统。相关工作包括:1.本文设计并实现了以请求事件为核心的监控数据模型,系统利用该数据模型采集和处理请求事件在各服务中产生的日志数据和链路追踪数据,使两种监控数据建立逻辑关系。然后将监控数据以链路图的形式展示,还原请求在分布式应用内代码级的执行过程和执行记录,从而有效提升开发人员对分布式应用的观测能力。2.本文基于Java字节码增强技术实现了数据采集点自动埋点功能,通过该功能简化了系统的部署流程,降低了接入第三方应用的开发难度。同时基于该技术本文实现了运行时数据采集点动态调整功能,开发人员可以在不影响分布式应用运行的前提下,根据需求改变应用中收集运行数据的数据采集点,使系统具备动态追踪的监控能力,消除了分布式应用中存在的监控盲点。3.本文设计并实现了离散监控数据的统计和展示功能,系统通过统计数据随时间的变化趋势来展示应用中各服务的运行状态。统计数据一旦触发告警,系统自动生成异常提醒,并展示相关的日志和链路追踪数据,实现将统计指标的监控能力与链路追踪、日志相结合,使开发人员可以快速定位应用中造成异常的原因。4.本文以阅文公司通用平台的微服务集群作为部署对象,完成了系统的功能测试和性能测试,验证了系统各项功能的可用性与系统整体的稳定性。
面向服务端分布式应用的监控告警系统设计与实现
这是一篇关于分布式应用,可观测性,监控告警的论文, 主要内容为随着网络技术的快速发展,当前各企业都采用微服务架构来提升服务端应用的可用性和开发效率。然而复杂的结构关系导致分布式应用的维护变得困难,尽管有日志、链路追踪和统计指标这三种工具用于监控应用的运行状态,但这种监控模式在实现原理上存在的缺陷导致开发人员的观测能力有限,严重影响了开发维护工作的效率,导致分布式应用的稳定性得不到保障。为解决这一问题,本文对可观测性领域的研究现状和实现方案进行分析,总结了多个项目在实现原理上的优势,在这基础上设计并实现了面向服务端分布式应用的监控告警系统。相关工作包括:1.本文设计并实现了以请求事件为核心的监控数据模型,系统利用该数据模型采集和处理请求事件在各服务中产生的日志数据和链路追踪数据,使两种监控数据建立逻辑关系。然后将监控数据以链路图的形式展示,还原请求在分布式应用内代码级的执行过程和执行记录,从而有效提升开发人员对分布式应用的观测能力。2.本文基于Java字节码增强技术实现了数据采集点自动埋点功能,通过该功能简化了系统的部署流程,降低了接入第三方应用的开发难度。同时基于该技术本文实现了运行时数据采集点动态调整功能,开发人员可以在不影响分布式应用运行的前提下,根据需求改变应用中收集运行数据的数据采集点,使系统具备动态追踪的监控能力,消除了分布式应用中存在的监控盲点。3.本文设计并实现了离散监控数据的统计和展示功能,系统通过统计数据随时间的变化趋势来展示应用中各服务的运行状态。统计数据一旦触发告警,系统自动生成异常提醒,并展示相关的日志和链路追踪数据,实现将统计指标的监控能力与链路追踪、日志相结合,使开发人员可以快速定位应用中造成异常的原因。4.本文以阅文公司通用平台的微服务集群作为部署对象,完成了系统的功能测试和性能测试,验证了系统各项功能的可用性与系统整体的稳定性。
云平台下微服务架构应用的运维系统设计与实现
这是一篇关于云平台,Kubernetes,容器镜像,代理网关,可观测性的论文, 主要内容为将微服务应用部署在云平台上是当前主流的应用部署方式,但随着云平台中微服务应用规模的增大,如何保证微服务应用在云平台的可靠、安全运行是一个亟待解决的问题。目前,企业云平台在部署运行维护微服务应用过程中存在以下不足:部署方面,如果使用公共镜像托管平台会缺乏权限管理、镜像安全检查,给微服务应用以及云平台带来安全隐患。运行方面,使用类似HAProxy传统代理网关作为多主多从架构云平台Kube-apiserver的流量代理,此类网关不是专门为云平台定制,因此存在负载不均、不能对云平台流量有效治理等问题,甚至在某些情况下不能传递代理用户身份,都会给云平台代理事故风险,影响微服务的可靠运行。维护方面,云平台使用Docker和Kubernetes作为底层基础设施,没有提供相应的观测方案,维护过程中对云平台内部状态不可知,导致微服务应用维护难。针对以上问题,本文设计了云平台下微服务架构应用的运维系统来保障微服务应用在云平台的可靠、安全运行。具体研究包括以下几个模块:1)容器镜像资源管理模块。设计容器镜像管理模块,通过云平台RBAC鉴权机制实现细粒度的用户权限控制,通过Clair实现镜像安全检查。为微服务应用部署提供了安全的镜像分发和存储服务。2)Kube-apiserver七层代理网关。为Kube-apiserver定制七层代理网关,通过在网关层面获取用户身份信息,结合Kubernetes用户扮演机制实现用户身份信息传递;通过治理模块排除可能给云平台造成风险的请求;通过变异系数法得到各个节点指标分辨负载能力并计算各节点实时负载能力,实现对Kube-apiserver所在节点的合理负载均衡。通过该网关为微服务应用的运行提供可靠、安全的云平台环境。3)可观测模块。设计可观测模块包括云平台日志采集、云平台度量指标监控,云平台服务链追踪、解决云平台内部服务调用和状态不可知的问题。最后,在实验室云平台上搭载本文设计的运维系统,对容器镜像管理、Kube-apiserver七层代理网关、可观测模块进行了功能和性能测试。实验结果表明,此运维系统解决了微服务应用在部署运行维护出现的问题,在性能方面也满足了预期需求。
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