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當下超火的“云原生”,究竟是什么?

天下武功唯快不破,傳統的開發模式已經無法適應快節奏的市場需求,在此背景下催生出敏捷、精益、DevOps 等新概念的誕生。
尤其以云原生為代表的下一代架構更是進入火箭式發展階段,以容器、Kubernetes、Serverless 等為代表的新技術引領移動互聯網進入急速賽道。
一、什么是云原生?
“云原生”這個概念歷史并不長,業內對它的理解也有很多版本。其中,認可度較高的是 CNCF(云原生計算基金會)給出的定義:
云原生技術有利于各組織在公有云、私有云和混合云等新型動態環境中,構建和運行可彈性擴展的應用。云原生的代表技術包括容器、服務網格、微服務、不可變基礎設施和聲明式 API。這些技術能夠構建容錯性好、易于管理和便于觀察的松耦合系統。結合可靠的自動化手段,云原生技術使工程師能夠輕松地對系統作出頻繁和可預測的重大變更。
云原生是包括了容器、微服務、DevOps、CI/CD、敏捷、無服務器、應用現代化、企業數字化轉型等等新概念為一體的技術體系,沒有特別清晰的邊界,且在持續演進發展之中。本質上來講,云原生是為了應對企業 IT 場景一系列需求變化的產物:
在云計算技術普及之前,IT 系統主要以項目制的形式孤立建設,其需求和設計都是可規劃的;但在今天的場景下,分布式的系統部署方式和池化的資源分配方式是非常大的變化,此外應用系統的處理峰值需求往往難以預估,對可擴展能力提出了非常高的要求。
傳統 IT 系統以單體架構為主,云計算時代的技術則更多以分布式架構落地。帶來了很多系統架構實現和業務實現方式、技術實現體系等的不同。
傳統 IT 場景更重視穩定性,操作以工具 + 人工介入為主;如今企業更看重流水線的價值,希望通過全方位的自動化提升 IT 的運維和開發的生產率。
云計算時代的業務追求持續在線,盡量減少停機,催生了灰度、藍綠、金絲雀等新一代發布流程。
云計算時代,開源軟件盛行,利用開源軟件的技術提升技術先進性,同時也帶來了很多新的問題。
正是因為不同時期的需求與技術路徑存在諸多差異,云計算業務場景需要針對性打造高效的實現方式,進而產生了云原生的理念:專為云計算場景設計的原生實現。
二、原生應用有什么 “關鍵特征”?
1、彈性伸縮性:根據業務負載自動伸縮,做到秒級擴縮容能力,靈活動態分配或釋放資源,結合彈性計費策略,這是降低用戶費用重要手段之一,對服務而言需要的關鍵技術點就是服務本身的 “輕量級容器化” 和以此為基礎的 “不可變基礎設施” 特征。
2、容錯性:負載均衡,自動限流降級熔斷,異常流量自動調度,故障隔離,宕機自動 遷移等。
3、可觀測性:豐富且細粒度的監控(實時指標、鏈路追蹤、日志),秒級監控能力,做到自動化報警,可持久化的提供查詢。
4、發布穩定性:為應對頻繁變更帶來的穩定性風險,需建立無人值守的變更發布系統,具備自動化的灰度、藍綠等發布策略,同時建立變更前中后的監控基線,具備異常變更的熔斷和自動化回滾能力。
5、易于管理:需要從人工 運維到自動運維的轉變,具備自動化異常分析診斷能力,無需登錄服務器。
6、極致體驗:包括應用分配/創建/資源申請/環境配置/開發測試/發布/監控報警/排障定位等需要做到通暢與簡單,一站式體驗,避免繁雜的搭積木式操作。
7、彈性計費:支持按量(如流量,存儲量,調用次數,時長等),按天(固定的如年/月/日),預留式,搶占式等多種定價策略,業務可根據實際情況靈活動態切換匹配出一個最優計量模式。
三、云原生有哪些“關鍵技術”?
為便于讀者在了解實踐云原生架構的方法之前能有一個系統性的思維,在此詳解云原生基礎架構的代表技術,及利用云原生構建出來的云原生應用的特征。
1、容器
正如我們現實世界中的集裝箱技術加速了貿易全球化的進程,容器技術的出現也解決了微服務架構下大量應用部署的問題,容器的環境自包含特性,可以讓我們一次構建,到處運行,其不僅解決了虛擬機所能夠解決的問題,同時也能夠解決由于資源要求過高虛擬機無法解決的問題。
容器的特點主要包括:隔離應用依賴、創建應用鏡像并進行復制、創建容易分發的即啟即用的應用、支持實例簡單、快速地擴展等。
2、不可變的基礎設施
在傳統的物理服務器或虛擬機部署方式,因其每個都有自己的特征,我們稱之為寵物。
當部署在宿主機上的應用出現故障,我們需要對癥下藥,排除問題恢復業務,但是在云原生架構下,我們稱部署方式為牲畜,一旦應用部署完成之后,那么這套應用基礎設施就不會再修改了。
如果需要更新,那么需要現更改公共鏡像來構建新服務直接替換舊服務。而我們之所以能夠實現直接替換,就是因為容器提供了自包含的環境(包含應用運行所需的所有依賴),所以對于應用而言,完全不需要關心容器發生了什么變化,只需要把容器鏡像本身修改即可。
因此,對于云友好的基礎設施是隨時可以替換和更換的,這就是因為容器具有敏捷和一致性的能力,也就是云時代的應用基礎設施。
容器編排引擎相關工具有 Kubernetes 、Swarm 等,用以解決容器的管理和調度問題。
3、聲明式的 API
聲明式不同于命令式,通過向工具描述自己想要讓事物達到的目標終態,然后由這個工具自己內部去計算和實現如何令這個事物達到目標狀態。
簡言之,聲明式設計中,描述的是目標狀態,其中就為我們極大的簡化了實現過程中的異常情況及調度過程。
4、微服務
微服務相較于單體應用,將架構進行拆解,解決了單體應用后期難以擴展和低效的開發效率等問題。
根據領域模型將巨大的單體分成界限清晰的微服務,并保持每個服務獨立可以迭代,具有服務高度自治、高效迭代、易于擴展和支持多語言編程等優點。
5、服務網格
微服務之間該如何實現調用,以及中間的調用策略該如何執行,此刻就需要用到服務網格。
目前服務網格架構有侵入式和非侵入式兩種架構,區別在侵入式需要在開發框架中進行集成,需要使用 SDK 來實現一部分功能。
非侵入式架構在部署階段以 sidecar 模式與業務運行結合,通過接管網絡流量實現透明代理,從而實現一系列網絡策略及監控,開發者僅需專注業務即可,無需對代碼進行修改。
這種方式以服務網格(Service Mesh)為代表,讓應用更加輕量,目前最火的服務網格技術有 Istio、Linkerd、Dubbo Mesh 等,將其下沉到基礎設施層,用戶可以快速編排出復雜環境、復雜依賴關系的應用程序。
同時開發者又無須過分關心應用程序的監控、擴展性、服務發現和分布式追蹤這些煩瑣的事情,從而更專注于自身業務程序開發。
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