胡中南：云原生GIS技术新进展 | GTC专题论坛报告(视频+PPT+速记)

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在GTC 2020『GIS基础软件新技术论坛』上，超图研究院副院长胡中南作《云原生GIS及Web端技术新进展》报告，他首先系统讲解了云原生GIS技术的三大新进展：微服务更微、可扩展，容器化部署更全、更易用，自动化编排适配更多平台等，介绍了这些技术如何支撑云南地质大数据等系统实现高可用、高并发、高弹性“三高”价值；也系统阐述了Web端GIS技术从基础库、组件库、模板库到WebApps的多层次结构及相关新进展，让GIS前端应用开发定制更快速便捷。

本文将分为云原生GIS与Web端GIS两大部分，现分享云原生GIS部分资料如下：

演讲PPT

演讲PPT

大家好，我的报告分为云原生GIS和Web端GIS两大部分。

大家知道，超图集团宋关福总裁在GTC 2020上提出超图的分布式GIS技术体系包括云原生GIS、边缘GIS、分布式分析处理、分布式空间数据引擎和空间区块链技术，以及在各种端GIS上的支持与应用。

我的报告侧重于其中的云原生GIS技术和Web端GIS这两方面。

首先我们来看一下云原生GIS技术。

我们回顾一下SuperMap GIS服务层技术的发展历程，包括互联网GIS、服务式GIS、云GIS、云原生GIS四个阶段。

我们从2018年起开始做这个事情，率先提出并发布。

云原生GIS是原生为云而设计，充分发挥云的弹性和分布式优势的一个GIS技术。在今年的SuperMap GIS 10i(2020)里会继续增强和改进。具体有哪些改进点，后面会提到。

SuperMap云原生GIS产品，也就是SuperMap 云GIS的“三驾马车”，其中的SuperMap iServer提供GIS功能微服务和容器化部署，SuperMap iPortal提供GIS门户微服务和容器化部署，SuperMap iManager with K8s提供自动化编排和运维。

上图为SuperMap云GIS三驾马车的K8s部署结构图。

1、最下面是GIS自动编排和一体化运维管理。

2、中间部分GIS微服务与容器化部署，这是最内核的。

3、上面是GIS微服务治理，用来对多个GIS微服务进行通信、注册等。

4、最左边我们把Web层也做了容器化部署，后面也会提到，就是所谓的容器化不仅是服务，也有Web。

我会从这三部分介绍云原生GIS技术在过去一年新的进展，包括GIS微服务架构、GIS容器化部署和自动化编排。

第一：GIS微服务架构，我们总结为更微、更多、可扩展。

更微，之前在宋关福总裁的报告中也提到了，我们做到了服务级以及内核级的双重拆分，根据功能依赖关系，把GIS C++内核库拆分成多个包，包括地图内核包、分析内核包、三维内核包等。 

拆分出来有什么好处？首先这个微服务部署包更小。我们做了一个对比，从经典单体架构到2018年第一代微服务，再到2020年拆分之后包的大小。可以看到，拆分后的各个微服务包都比以前更小，平均大概是单体架构的40%，大大节约了磁盘空间。 

容器镜像也更小。

同时，因为容器镜像更小之后，内存占用也会更少，不到之前一半的大小。

启动时间也会更短。大家可能更关心这个。以前可能需要几十秒，现在要十秒，未来还会继续优化，在几秒钟内争取就能把服务启动起来，这样更有价值。因此，高弹性的价值就在于这里。

其次，微服务更多。

标红地方就是今年新增的一些服务，例如基于空间区块链数据历史服务。本报告主要侧重非功能的角度，从快速运维和快速开发的角度来讲，具体的功能会讲的少一点。

再次，就是微服务可扩展。

大家知道，SuperMap iServer在单体时代是可以扩展的，我们叫DSSE领域空间服务扩展的这么一个技术。从服务接口、服务组件到服务提供者三层都是可以扩展的，扩展出的领域服务可以再打包部署到SuperMap iServer系统里。现在我们的微服务化部署也可以支持微服务扩展，并且是基于同一套扩展技术，不需要写两套代码，既方便又快捷。 

由上图可以看出，开发者扩展的领域服务，和产品内置的微服务是同等地位。这也就意味着我们GIS微服务治理框架的这些能力，包括微服务基础设施、SuperMap iManager管理运维能力都可以共用，用户不用再写一套东西，统一的访问入口和安全控制，与内置服务享有同样的地位。 

这是我们关于微服务扩展的一个示范工程，其中包括了全开发部署周期的介绍。从微服务的开发、构建Jar包，到制作容器镜像包，到最后的部署及发布。另外也可以看到，扩展的微服务代码跟以前的DSSE扩展开发是完全一致的，不需要再重新写代码，只是构建、部署、发布的过程会有一些变化。 

第二部分就是关于容器化部署：更全、更易用。

容器化技术并不只是可以用于部署微服务。

我们在SuperMap GIS 10i(2020)当中，把SuperMap iPortal也做了一个拆分，把Web层的几个WebApp，比如数据上图、数据分析等等都做了拆分，可以把WebApp单独容器化，虽然它不是后台微服务，但是它也可以用容器做部署。

也就是图中左列的“Web层容器化部署”，黄色的部分。

它有什么好处？第一就是解耦，这和其它的容器化部署的价值一样，就是解耦，更加轻量；第二是可以单独的部署，不管是内置的Web应用还是你的应用，都可以单独部署，更灵活；第三是可以用SuperMap iManager with K8s自动编排运维，更加弹性。

关于容器化还有一个误区，很多人以前都认为容器化只能在Linux里面玩。

借助最新的Docker技术，我们可以部署到更多的平台上，比如Windows和MacOS都可以部署SuperMap云GIS产品：SuperMap iServer、SuperMap iPortal以及SuperMap iEdge。

这就是所谓的Docker Compose，可以在各种OS上部署我们的产品。

比如在Windows上部署我们的Linux版GIS服务器。图中标红的区域是指，这是一个Linux环境，是通过Windows加Docker模拟出一个Linux环境，来运行的SuperMap iServer。

通过容器化技术，云GIS三驾马车也可以快速地部署到MacOS系统上运行和使用。 

可能大家会提问，为什么要在Windows上使用这个容器化？本来跑的好好的，为什么要做容器化的封装呢？

因为有以下好处：

第一跟Windows系统是相互隔离的，就是你在容器里面干的事情，不管它是挂了还是重启，不会影响Windows系统；

第二你可以同时运行多个容器，相互是不影响的，也是隔离的；你也可以模拟Linux环境，因为它和Linux是一样的，是同样的环境，也不需要你去再装一个Linux系统，非常方便。这是后台开发者的福音，可以说是更易用的GIS容器化技术。

同时还有额外的好处。我们通过实际测试发现，容器化应用的Linux服务器比原生的Windows启动更快，Windows+Docker启动SuperMap iServer的时间是Windows的四分之三。

第三就是关于自动化编排，也就是说有很多微服务和很多容器，怎样能够把他们快速的管理运维起来，自动化编排的新特性是：更全、更多平台适配。

我们以空间区块链为例，可以用SuperMap iManager with K8s一键编排构建空间区块链站点。

为什么要用它来做，可能之前也提到，区块链节点或者是组件，包括IPFS、Fabric等很多，每一个小框可能都是一个独立容器节点，都需要去部署。如果我们手动部署这些节点，可能记不住，万一一个没有起来或者是容量不够你都无从知晓。所以用SuperMap iManager with K8s这样的产品来做这个事情，实现自动化编排和运维。

这是一张截图，就是整个SuperMap iManager产品做的这个事情。

我们可以一键创建空间区块链站点，创建之后可以看见有哪些服务，并对其进行管理。

这些服务是什么状态都可以看，通过这个拓扑图，服务之间是什么关联，有多少副本都可以看到，和我们管理其它的站点是一致的使用方式。

同时还可以更适配，包括支持K3s，使边缘GIS更高弹性、高可用。

因为它是一个轻量级的K8s，就是部署便捷，资源占用低。尤其适合边缘GIS节点的云原生。

基于它还可以实现K3s的自动弹性伸缩，因为你是边缘，边缘的访问量可能会变高，可能会有峰值，那么可以通过它实现快速的弹性伸缩。

另外一个更适配，关于支持腾讯云容器服务。

我们之前都做过测试，包括阿里云、腾讯云都是可以的，因为他们是一个标准的K8s环境。

为什么可以？因为云上的K8s服务只是把外围K8s环境换了一下，无论你是腾讯云提供的，还是其它云提供的，只要你是一个标准的K8s环境，都是适配的。

值得一提的，我们也适配了华为鲲鹏的ARM云的云容器引擎，因为跨平台技术的支撑，我们可以在ARM上运行。

总结一下前面云原生GIS技术的新进展，包括三个点：

第一个是GIS微服务架构更微、更全、可扩展，尤其是这个可扩展可以给开发者带来更好的适用。

第二是关于容器化部署，更全、更易用，可以在Windows快速部署一个Docker容器，你可以快速的使用我们这个云原生相关的GIS技术，或者是你自己的GIS应用，都可以做容器化部署。

第三是自动化编排：更全、更适配。

可能大家会问，我什么时候采用这些云原生GIS技术？有哪些应用案例？如何采用这些技术？

我们讲需要三高的时候可以采用这个技术，就是高可用、高并发、高弹性。

列举一些案例。

比如云南地质大数据服务平台的云原生改造，它是从2019年6月做的云原生GIS改造，2019年10月上线验收通过。

GIS作为基础服务，要求就是稳定高效。

之前他的GIS服务也是部署在云平台里，包括二维和三维服务也是像其它服务一样部署的。

改造之后就把GIS单独弄出来，因为我们要求不一样，我们用K8s部署GIS平台，让GIS服务和管理都在这上面运行，和其它的就解耦了，这就是解耦带来的好处之一。

改造后有什么变化？首先是应用，从单体到微服务，因为这个微服务是GIS微服务，我们超图的产品是内置的，所以是从应用到微服务的变化；在部署方面，从虚机到容器，启动更快、占用资源更少；管理方面从手动到自动编排。

利用SuperMap iManager实现自动编排和集中运维，不管你是基础设施还是微服务还是对外发布的服务，都可以用SuperMap iManager集中运维管理起来。

在有64核、256G内存的环境下，‍支撑了400多个GIS微服务实例，发布了上千个在线地图。

云原生GIS这个有什么好处？第一是稳定，各服务互相隔离，也可以自动恢复；第二是高效，动态伸缩支持高并发；第三是更便捷，无需手动配置集群，可以自动编排运维，例如一些新的分析功能和大数据功能都可以更简单的使用。从这个案例可以体现的价值点就是高可用和高并发。

第二个案例是云上贵州，它也是一个云GIS，基于阿里云政务内网环境，有10台虚拟机这么一个环境。

在这之前虚拟机大家都比较熟悉，比较简单的一个方式。

升级为云原生GIS部署之后，在虚拟机之上用K8s做了一层封装。在这基础之上，用SuperMap iManager实现GIS运维管理，在这上面把我们的SuperMap iPortal、SuperMap iServer以及大数据环境，包括瓦片数据库和矢量数据库，也就是说把计算、数据、分析和发布都用统一的云原生技术做了改造和升级。

这是我们讲的高可用和高弹性。

再比如这个水务云项目，它是基于阿里政务云环境，在这种云环境中，采用SuperMap云原生GIS作为GIS基础平台可以最大限度发挥云的优势价值。

包括这个高速BIM系统，也是阿里云+SuperMap云原生GIS，提供三维GIS服务，来支撑上层应用系统。

还有多种行业应用，如阿里云数字地球引擎解决方案(APE)，公安时空信息平台，遥感、国土、交通、CIM应用，地理信息中台等等，都在采用超图云原生GIS技术和产品作为支撑。

云原生GIS的价值包括高弹性、高可用、高并发、更便捷等等。

总结：采用云原生GIS技术，助力系统“三高”，高可用、高并发、高弹性。

那如何在项目中引入云原生GIS技术？

这里指的是在应用项目中如何引入云原生技术，并不一定局限于超图的云原生。按照从简单到复杂，可以分为这么几步：首先是容器化，把你的应用从虚拟机迁移到容器，这是最简单最快速的；其次是把一些核心服务做微服务化改造；再次在微服务多了以后，做自动化编排；以及最后做CD持续交付、DevOps的工作，这个涉及到流程的变化。

首先简单说一下容器化，以前交过来是一个Jar包，自动用Ftp或其他工具Copy过去，或者放到Tomcat里面去形成1个zip包，如果你用容器化交付，就是用这个应用Docker Image，构建一个Docker镜像，然后把它推到一个仓库里面，交付的就是一个Docker镜像，更加解耦独立，比较方便，也不需要部署一个虚拟机了。

第二步微服务化，可能大家有所了解，有Spring Cloud、Dubbo服务网格等技术框架，引入Consul等工具做微服务治理，可以分层迁移，用户并不需要把所有的服务都迁过去，我们可以做一些简单、高稳定、高弹性的一些核心服务做微服务改造。

第三步自动化编排，肯定就是K8s，以及类似的K3s、Rancher，这些都是开源可以直接提供的。

当然你也可以先从部署一套容器版的SuperMap开始，可以直接拿过来用，不用写代码，一个Docker命令就可以把它运行起来，可以免费试用。

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