混沌工程在車企制造業(yè)的實踐分享

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（來源：twt企業(yè)IT社區(qū)）

導讀

整車制造企業(yè)的系統(tǒng)架構正在逐漸向微服務化和容器化方向發(fā)展，系統(tǒng)復雜度與穩(wěn)定性之間的矛盾卻隨之日益突出，需要引入更先進的穩(wěn)定性保障機制?；煦绻こ套鳛橐环N主動發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)薄弱點的方法，可以在微服務化和容器化環(huán)境中發(fā)揮重要作用。本文系統(tǒng)介紹了混沌工程的實踐體系，針對混沌工程應用帶來的挑戰(zhàn)和實施，分享了具體的實踐框架和實踐進程，對于其他行業(yè)同樣是有價值的參考。

作者：應步青

某車企主機平臺經(jīng)理，從業(yè)20年，先后負責過 SAP basis、中間件、數(shù)據(jù)庫，目前負責x86主機平臺及存儲相關工作。擅長多領域調(diào)優(yōu)和排障，對數(shù)據(jù)庫及SAP也有豐富項目方案設計實施及運維經(jīng)驗。

一、背景

隨著整車制造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入推進，企業(yè)的系統(tǒng)架構逐漸向微服務化和容器化方向發(fā)展，系統(tǒng)的開發(fā)效率和靈活性顯著提升。微服務化和容器化的架構使得系統(tǒng)能夠更好地支持模塊化開發(fā)、快速迭代和彈性擴展，滿足了整車制造企業(yè)對生產(chǎn)柔性化和車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務快速發(fā)展的需求。然而，這種架構的變革也帶來了新的挑戰(zhàn)：系統(tǒng)調(diào)用鏈變得更加復雜，服務之間的依賴關系更加緊密，故障傳播的風險也隨之增加。與此同時，整車制造行業(yè)對系統(tǒng)連續(xù)性和穩(wěn)定性的要求卻在不斷提升。生產(chǎn)線的任何中斷都可能導致巨大的經(jīng)濟損失，而車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的實時性和可靠性更是直接關系到用戶體驗和品牌聲譽。

在這種背景下，系統(tǒng)的復雜度與穩(wěn)定性之間的矛盾日益突出。一方面，微服務化和容器化架構需要應對更多的潛在故障點，例如網(wǎng)絡延遲、服務間通信失敗、容器資源競爭等問題；另一方面，整車制造企業(yè)要求系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn) 7x24 小時不間斷運行，確保生產(chǎn)線的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)和車聯(lián)網(wǎng)服務的無縫銜接。例如，在車聯(lián)網(wǎng)場景中，車輛數(shù)據(jù)的實時采集、 OTA 升級的穩(wěn)定執(zhí)行、與 MES 系統(tǒng)的無縫協(xié)同，都對系統(tǒng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性提出了極高的要求。

為了應對這些挑戰(zhàn)，整車制造企業(yè)需要在微服務化和容器化的架構基礎上，引入更先進的穩(wěn)定性保障機制?；煦绻こ套鳛橐环N主動發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)薄弱點的方法，可以在微服務化和容器化環(huán)境中發(fā)揮重要作用。通過模擬服務中斷、網(wǎng)絡抖動、容器崩潰等故障場景，混沌工程能夠幫助企業(yè)提前發(fā)現(xiàn)架構中的潛在風險，優(yōu)化服務間的依賴關系，提升系統(tǒng)的容錯能力和自愈能力，從而在復雜架構下實現(xiàn)更高的連續(xù)性和穩(wěn)定性目標。這不僅有助于保障生產(chǎn)線的穩(wěn)定運行，也能為車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的高效開展提供堅實的技術支撐。

二、混沌工程介紹

混沌工程（ Chaos Engineering ）是一種通過在系統(tǒng)中故意引入故障和不確定性，來測試和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的實踐方法。它旨在幫助團隊發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的潛在問題，提前解決可能導致災難性后果的故障，從而增強系統(tǒng)的韌性和彈性。

混沌工程的作用：混沌工程通過模擬包括硬件故障、網(wǎng)絡問題、服務失效等在內(nèi)的各種故障場景，能夠幫助發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在不同情境下的潛在脆弱性；同時，它還可以對各類故障進行組合，構建場景化的驗證單元，以此更加高效地開展系統(tǒng)檢驗工作；通過混沌工程實驗，團隊可以識別并解決導致系統(tǒng)崩潰或性能下降的問題，從而提高系統(tǒng)的彈性，使其能夠更好地應對未知和不可預測的情況；混沌工程可以幫助驗證系統(tǒng)的容錯機制和自愈能力，確保系統(tǒng)在部分故障下仍能保持基本功能，并能迅速恢復正常；混沌工程在運維演練與交接環(huán)節(jié)中發(fā)揮著極為關鍵的作用。借助混沌工程這一工具，人為地引入高隨機性的故障，團隊得以在模擬的復雜環(huán)境下積累經(jīng)驗，從而為應對真實的生產(chǎn)故障做好充分準備，有效提升系統(tǒng)的可靠性和可用性。與此同時，在混沌工程的實踐過程中，對系統(tǒng)監(jiān)控與度量的有效性進行驗證也是其重要功能之一。通過人為注入各種故障，能夠檢驗系統(tǒng)各項指標實時監(jiān)控的有效性，團隊借此可以及時發(fā)現(xiàn)潛在的監(jiān)控失效問題，進而避免因監(jiān)控配置不當引發(fā)的人為失誤，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行 。

三、混沌工程在車企制造業(yè)的實踐體系

混沌工程實踐體系（圖 1 、圖 2 ）以整車制造業(yè)和車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的研發(fā)流程為載體，融合了整車制造系統(tǒng)和車聯(lián)網(wǎng)平臺的開發(fā)特點。整個體系基于研發(fā)過程的架構設計、測試設計、監(jiān)控運維等關鍵環(huán)節(jié)，為混沌工程實驗場景的設計提供科學依據(jù)。在整車制造領域，混沌工程實驗場景的設計需要充分考慮生產(chǎn)系統(tǒng)的復雜性、車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的實時性以及兩者之間的協(xié)同需求。例如，針對 MES 系統(tǒng)，可以模擬生產(chǎn)線調(diào)度中斷、質(zhì)量控制數(shù)據(jù)丟失等場景；針對車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，可以模擬車輛數(shù)據(jù)上傳失敗、 OTA 升級中斷、網(wǎng)絡通信延遲等場景。

混沌工程實驗的推進將顯著提升整車制造和車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性保障能力。具體而言，首先，通過主動注入故障，混沌工程能夠幫助發(fā)現(xiàn)并修復系統(tǒng)穩(wěn)定性的缺陷：混沌工程實驗的引入能夠幫助我們及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在架構、部署、變更和運維過程產(chǎn)生的與系統(tǒng)原來穩(wěn)定性和堅韌性設計的偏差。比如，它能檢測到生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的高可用是否有效并能自動觸發(fā)并完成切換，或是車聯(lián)網(wǎng)平臺的熔斷處理機制是否設計完善，能否在設計場景出現(xiàn)后按預期熔斷故障服務。通過這些實踐，促使系統(tǒng)在面對故障場景時能夠?qū)崿F(xiàn)自我修復和恢復，進而有效提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。其次，混沌工程能夠揭示架構設計的薄弱點，例如微服務化架構中服務間通信的瓶頸或車聯(lián)網(wǎng)平臺與 MES 系統(tǒng)集成的潛在風險，為架構優(yōu)化提供明確方向。最后，混沌工程可以驗證監(jiān)控系統(tǒng)和應急預案的有效性，例如生產(chǎn)線異常報警的及時性、車聯(lián)網(wǎng)服務中斷的快速恢復能力等，從而全面提升整車制造和車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的應急保障能力。

通過將混沌工程實踐體系與整車制造業(yè)和車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的開發(fā)特點相結(jié)合，企業(yè)不僅能夠提升生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，還能為車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的快速發(fā)展提供堅實的技術保障，最終實現(xiàn)智能制造與車聯(lián)網(wǎng)生態(tài)的高效協(xié)同。

圖1

圖2

四、混沌工程在車企制造業(yè)的價值體現(xiàn)

1. 縮短平均恢復時間（ MTTR ）：

混沌工程通過主動注入故障，能夠幫助發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中缺失的監(jiān)控點或告警機制，從而縮短故障的發(fā)現(xiàn)時間。例如，在整車制造場景中，模擬生產(chǎn)線控制系統(tǒng)異常，可以驗證監(jiān)控系統(tǒng)是否能夠及時捕捉到問題并觸發(fā)告警?；煦绻こ淘谔嵘\維人員應急響應效率方面同樣發(fā)揮著重要作用。通過持續(xù)開展故障處理流程的演練，運維團隊能夠熟練掌握應對各類故障的方法，從而有效縮短故障解決時間。當生產(chǎn)線或車聯(lián)網(wǎng)服務遭遇異常情況時，完善的監(jiān)控系統(tǒng)能夠迅速感知并觸發(fā)告警。同時，清晰準確的運維手冊以及運維人員對恢復操作的熟練掌握，確保了在緊急情況下能夠迅速采取正確措施，最大限度地減少停機時間與業(yè)務中斷，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2. 提高平均無故障時間（ MTTF ）：

混沌工程通過對歷史故障的持續(xù)回放和驗證，避免相同故障的重復發(fā)生。例如，針對整車制造中的生產(chǎn)線調(diào)度故障或車聯(lián)網(wǎng)平臺的 OTA 升級失敗問題，混沌工程可以模擬這些場景并驗證修復措施的有效性。此外，混沌工程還能夠持續(xù)驗證系統(tǒng)架構的薄弱點，例如微服務化架構中的服務間通信瓶頸或車聯(lián)網(wǎng)平臺的高并發(fā)處理能力，避免架構穩(wěn)定性隨業(yè)務增長而衰退，從而顯著提升系統(tǒng)的平均無故障時間。

3. 提升平均失效間隔（ MTBF ）：

通過提高平均無故障時間（ MTTF ）和降低平均恢復時間（ MTTR ），混沌工程能夠有效提升系統(tǒng)的平均失效間隔。例如，在整車制造場景中，通過優(yōu)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和車聯(lián)網(wǎng)平臺的容錯能力，減少故障發(fā)生的頻率；同時，通過完善監(jiān)控和應急機制，快速恢復故障，進一步延長系統(tǒng)的正常運行時間。這種雙重提升使得整車制造和車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠在復雜的生產(chǎn)環(huán)境和業(yè)務需求下，保持更高的可靠性和連續(xù)性。

混沌工程在整車制造業(yè)和車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的應用，不僅能夠顯著提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，還能為智能制造和車聯(lián)網(wǎng)生態(tài)的深度融合提供堅實的技術保障，助力企業(yè)實現(xiàn)高效生產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)服務的目標。

五、具體實踐框架和實踐進程分享

1. 實踐框架：架構導向、接口導向、業(yè)務導向的三層實踐體系

混沌工程在整車制造和車聯(lián)網(wǎng)領域的落地實踐框架，由架構導向、接口導向和業(yè)務導向三個層次組成，分別從系統(tǒng)架構、接口設計和業(yè)務場景的角度提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。

• 架構導向型混沌實踐

以系統(tǒng)架構為核心，通過分層視角提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。整車制造和車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的架構通常包括基礎設施層（如生產(chǎn)線設備、服務器）、中間件層（如消息隊列、微服務框架）、應用軟件層（如 MES 系統(tǒng)、車聯(lián)網(wǎng)平臺）和數(shù)據(jù)信息層（如生產(chǎn)數(shù)據(jù)、車輛數(shù)據(jù)）。底層故障（基礎設施層）的發(fā)生概率相對較低，然而其影響范圍卻極為廣泛，一旦發(fā)生，極有可能導致整個生產(chǎn)流程中斷或車聯(lián)網(wǎng)服務陷入癱瘓，且這類故障通常還帶有一定的間接性特征。面對這類問題，通常的做法是依據(jù)系統(tǒng)架構，逐層設計并驗證系統(tǒng)的故障恢復模式，檢查服務等級協(xié)議（ SLA ）是否達標，以及災難恢復模式是否切實有效。舉例來說，可以通過模擬網(wǎng)絡異?；蜍嚶?lián)網(wǎng)服務器宕機等場景，來檢驗系統(tǒng)的容災能力以及恢復效率。

• 接口導向型混沌實踐

從接口 API 視角提升系統(tǒng)穩(wěn)定性，重點關注系統(tǒng)間交互的可靠性。常見的實施方法包括 API 模糊測試，通過捕獲并隨機模糊或重放流量，解析接口請求 / 響應內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)潛在錯誤。為提高測試效率，可以采用基于 OpenAPI 規(guī)范的參數(shù)約束提取方法，結(jié)合正交實驗法生成測試數(shù)據(jù)，或基于代碼覆蓋率引導的測試數(shù)據(jù)生成方法。例如，在車聯(lián)網(wǎng)場景中，模擬車輛數(shù)據(jù)上傳接口的異常輸入，驗證系統(tǒng)的健壯性和錯誤處理能力。

• 業(yè)務導向型混沌實踐

以業(yè)務場景為核心，快速暴露業(yè)務架構設計中的問題，降低突發(fā)故障對業(yè)務的影響。常見的實施模式包括強弱依賴模式、資損防控模式和用戶體驗模式。例如，在整車制造場景中，模擬生產(chǎn)線訂單狀態(tài)的異常（如訂單重復、亂序、漏發(fā)），驗證系統(tǒng)的容錯能力；在車聯(lián)網(wǎng)場景中，模擬 OTA 升級失敗或車輛數(shù)據(jù)丟失，驗證業(yè)務的連續(xù)性。全業(yè)務鏈路的混沌工程實踐也是重要組成部分，關注下游故障對全鏈路的影響，以及上游系統(tǒng)的自愈能力。

2. 啟動——從已知故障切入：夯實基礎，逐步探索未知

混沌工程的核心目標是探索未知故障，但實踐中往往從已知故障入手，特別是生產(chǎn)環(huán)境中已發(fā)生的故障場景。通過模擬這些故障，驗證系統(tǒng)的彈性和應急預案的有效性。例如，針對整車制造中常見的設備異常、數(shù)據(jù)庫性能問題、公共服務異?；蜍嚶?lián)網(wǎng)平臺的網(wǎng)絡延遲問題，設計混沌實驗，確保系統(tǒng)能夠快速恢復。從高可用保障的角度，首先要明確已知故障場景，確保系統(tǒng)具備足夠的彈性和韌性。在此基礎上，逐步向未知故障探索，實現(xiàn)從已知到未知的過渡。

3. 推進——選取高價值場景：聚焦核心，提升效率

隨著混沌測試的持續(xù)開展，積累了大量測試場景。為提高效率，需聚焦高價值場景，即對業(yè)務影響最大、故障發(fā)生概率較高的場景。高價值場景的選取原則包括：

以史為鑒原則：針對歷史故障類型，如網(wǎng)絡閃斷、服務節(jié)點假死、 JVM 異常等。

部署架構原則：針對關鍵節(jié)點，如生產(chǎn)線控制服務器、車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關、核心中間件等。

核心業(yè)務原則：針對核心功能，如生產(chǎn)線調(diào)度模塊、車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)上傳模塊、 OTA 升級模塊等。

例如，在整車制造場景中，針對生產(chǎn)線控制服務器的網(wǎng)絡延遲或車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的丟包問題，設計混沌測試場景，驗證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和應急能力。

4. 提升——采用隨機故障探索未知：高階混沌實踐

在基礎混沌測試的基礎上，通過隨機故障注入，探索系統(tǒng)的未知風險。

隨機故障：從故障類型隨機池（如基礎設施、中間件、應用層）和業(yè)務模塊隨機池（如制造管理、倉庫管理、質(zhì)量管理）中隨機選擇故障進行注入。例如，模擬生產(chǎn)線控制服務器與 MES 系統(tǒng)的網(wǎng)絡中斷，或車聯(lián)網(wǎng)平臺與車輛終端的通信延遲。

雙隨機演練：隨機選擇故障類型和注入時間，驗證系統(tǒng)抵御連續(xù)故障的能力。例如，在生產(chǎn)線調(diào)度系統(tǒng)和車聯(lián)網(wǎng)平臺中，并發(fā)注入網(wǎng)絡中斷和服務假死故障，探索系統(tǒng)的極限穩(wěn)定性。

5. 未來方向—— 進入紅藍對抗模型：模擬實戰(zhàn)，提升應急能力

紅藍對抗是混沌工程的高級實踐形式，通過模擬真實攻擊場景，驗證系統(tǒng)的應急響應能力。藍軍負責設計故障和攻擊方案，紅軍負責感知問題、止損和修復。例如，在整車制造場景中，藍軍模擬生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的惡意攻擊或車聯(lián)網(wǎng)平臺的 DDoS 攻擊，紅軍通過監(jiān)控系統(tǒng)和應急預案快速響應。由于整車制造和車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的高安全性要求，紅藍對抗更多在測試環(huán)境或非生產(chǎn)時段進行，結(jié)合流量回放和業(yè)務模擬，確保演練貼近真實場景。

六、總結(jié)

混沌工程在整車制造和車聯(lián)網(wǎng)領域的應用面臨諸多挑戰(zhàn)，但也帶來了顯著的正面提升。

在實驗風險控制方面，混沌工程需要在不影響正常業(yè)務的前提下進行故障注入，這要求精確的實驗設計和邊界控制。跨部門協(xié)同方面，混沌工程涉及研發(fā)、運維、測試等多個團隊，需要建立有效的溝通機制和責任分工，以確保實驗的順利進行?？缂夹g路線圖不同平臺支持方面，混沌工程需要適配不同的技術架構和平臺，如微服務架構、容器化環(huán)境等，這增加了實驗設計和實施的復雜性。

然而，混沌工程在實踐層面帶來了顯著的正面提升。在穩(wěn)定性方面，通過模擬真實故障場景，混沌工程能夠提前暴露系統(tǒng)中的潛在問題，推動技術架構的優(yōu)化和應急機制的完善，從而提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在柔韌性方面，混沌工程通過模擬各種故障場景，驗證系統(tǒng)的容災能力和恢復效率，使系統(tǒng)在面對故障時能夠快速恢復，增強了系統(tǒng)的柔韌性。在靈活性方面，混沌工程通過持續(xù)的故障處理演練，提高了運維人員的應急響應效率，縮短了故障解決時間，確保了系統(tǒng)的靈活運行。此外，混沌工程還為企業(yè)提供了有效的應急和風險管理措施，幫助企業(yè)從“被動救火”向“主動預防”轉(zhuǎn)變，為智能制造和車聯(lián)網(wǎng)生態(tài)的高質(zhì)量發(fā)展奠定了堅實基礎。