原標題：一文看懂云原生，正確迎接云時代的到來

溫馨提示：本文3000字，估計閱讀時間12分鐘。

在探討過無服務器技術《沉寂多年，無服務器爆發(fā)，其硬核是什么？丨技術前沿》和裸金屬技術《未來將是容器和裸金屬的天下，這話有道理嗎？| 技術前沿》的發(fā)展后，本篇我們討論云原生（Cloud Native）技術。

如果說無服務器和裸金屬的爆發(fā)屬于間歇性的，那云原生這幾年的熱度就稱得上持續(xù)火熱，且隨著云計算普及進程的不斷加深，有愈演愈烈的趨勢。今天再談云原生已經不是少數(shù)幾個大企業(yè)的專屬，越來越多的企業(yè)正在擁抱它，享受它帶來的紅利。

究竟什么是云原生？能帶來什么價值？本文第一篇將進行全面的梳理，后續(xù)將逐步介紹相關的技術和趨勢。

云原生四要素

云原生，顧名思義，面向云而設計的。設計的什么？一套方法、一套理念、一套工具……

最早人們對云計算的認識就是改變了基礎資源的使用方式，業(yè)務會逐步遷移上云。但現(xiàn)在再看呢？遠不止這一點。云計算在重新構建IT運行的規(guī)則，“上云”和“云上”是兩個概念。上云是過去對云計算的認知，也就是遷移；而云上是現(xiàn)在及未來對云計算的認知，是云上重新構建，這是云原生的本質。

舉個例子對比，上云和云上就像后天培養(yǎng)和天生就有，區(qū)別是顯而易見的。

進一步說，云原生的概念最早由來自Pivotal的Matt Stine于2013年提出，一直延用至今。它是Matt Stine根據(jù)其多年的架構和咨詢經驗總結出來的一個思想集合，并得到了社區(qū)的不斷完善，包含內容非常多，囊括眾多板塊，如：

DevOps

持續(xù)交付（Continuous Delivery）

微服務（MicroServices）

敏捷基礎設施（Agile Infrastructure）

12要素（The Twelve-Factor App）

……

不僅有企業(yè)文化、組織架構的重組與建設，也有方法論與原則，以及具體的操作工具。

12要素已經說了很多年了，這里將思維導圖整理出來，供參考。

所以，云原生不是一個具體的產品，也絕非是把原先在傳統(tǒng)IT架構中的東西搬上云，而是基于云的一種全新IT理念，必須是與之相關的包括應用的架構、應用的開發(fā)方式、應用的部署和維護方式都要做出改變，這樣才能真正發(fā)揮出云的價值，包括彈性、動態(tài)調度、自動伸縮等，享受新IT技術帶來的紅利。

為了更好地推進云原生技術的發(fā)展，2015年由谷歌牽頭成立CNCF，即云原生計算基金會。目前，基金會成員已有一百多家企業(yè)與機構，包括百度、亞馬遜、微軟、思科等巨頭。

當前，CNCF所托管的應用已達14個，下圖為其公布的Cloud Native Landscape，給出了云原生生態(tài)的參考體系。

CNCF認為云原生系統(tǒng)應該具備三大特征：

容器化封裝：以容器為基礎，提高整體開發(fā)水平，形成代碼和組件重用，簡化云原生應用程序的維護。在容器中運行應用程序和進程，并作為應用程序部署的獨立單元，實現(xiàn)高水平資源隔離。

自動化管理：統(tǒng)一調度和管理中心，從根本上提高系統(tǒng)和資源利用率，同時降低運維成本。

面向微服務：通過松耦合方式，提升應用程序的整體敏捷性和可維護性。

要充分理解云原生，必須對其每一個板塊進行了解。而當前，業(yè)界對云原生的看法是非常一致的，那就是四要素：持續(xù)交付、DevOps、微服務、容器。

一個一個展開。

容器，云原生的基石

容器不是新概念，1979年就出現(xiàn)了。

很多人會將Docker與容器劃等號，其實不然，Docker只是容器理念最普及的一種應用技術。容器的英文單詞是Container，有集裝箱的含義，而借用集裝箱技術會很好理解容器的優(yōu)勢。集裝箱的特點，在于標準化，這樣可以大量堆疊，裝卸也很方便。容器也是這樣。

與容器做比較的是虛擬化技術。早期，大家認為硬件抽象層基于Hypervisor的虛擬化方式能夠最大程度實現(xiàn)系統(tǒng)管理的靈活性，因為各種不同操作系統(tǒng)的虛擬機都能通過Hypervisor生成、運行、銷毀。但是，隨著時間推移發(fā)現(xiàn)，Hypervisor沒有想象的那么好，因為它的原理是每個虛擬機都要安裝一個完整的操作系統(tǒng)和大量的應用，而實際生產環(huán)境大家更關心的是自己部署的應用。顯然，如果每次都部署一個完整的操作系統(tǒng)和大量關聯(lián)的開發(fā)環(huán)境，開發(fā)效率、管理效率都會很低下。

于是有了容器這種方式，簡單說，它只把應用代碼運行所需相關的環(huán)境打包、封裝進了一個系統(tǒng)，就像集裝箱一樣，直接運走就行，不用關心船是什么樣，到哪都可以跑起來。

容器技術有四大特點：

極其輕量：只打包了必要的Bin/Lib；

秒級部署：根據(jù)鏡像的不同，容器的部署大概在毫秒與秒之間（比虛擬機強很多）；

易于移植：一次構建，隨處部署；

彈性伸縮：Kubernetes、Swam、Mesos這類開源、方便、好使的容器管理平臺有著非常強大的彈性管理能力。

換句話說，使用容器，用戶可以將微服務及其所需的各種配置、依賴關系和環(huán)境變量很方便的移動到全新的服務器節(jié)點上，而無需重新配置環(huán)境。

在容器領域，Docker是最受歡迎的容器格式標準。同時，與Docker配合使用的Kubernetes則成為了容器編排和管理工具中的事實標準。

微服務，改變產品開發(fā)方式

微服務是什么？重點在“微”。它的核心是將單個應用程序作為一組小型服務來開發(fā)。原來一個產品的開發(fā)可能是拆成幾個大的模塊，然后由幾個團隊來做，然后再合，微服務的理念是把一個產品拆的更細，可能一個人、幾個人負責一個服務的開發(fā)，每個服務之間都是獨立的。

每個服務都在自己的進程中運行，并使用輕量級機制（通常是基于HTTP的API）進行通信。 這些服務是圍繞業(yè)務功能構建，可以通過全自動部署機制獨立部署，不需要集中管理，可以用不同的編程語言編寫，并使用不同的數(shù)據(jù)存儲技術。

所以，微服務核心就是服務粒度要小，每個服務是針對一個單一職責的業(yè)務能力的封裝，專注做好一件事情。但是又不能太小，否則易發(fā)生“服務爆炸”。通常在工程實踐中，如果一個功能被兩個或兩個以上的服務調用，就可以被封裝為服務。

所以，微服務的優(yōu)點很明顯，小而美、松耦合、靈活、易集成，但是挑戰(zhàn)也很明顯，最大的問題在于服務如何切分。其實，早在1968年康威就提出了——康威定律，系統(tǒng)的服務劃分應該是根據(jù)組織架構的功能來劃分。這一點用在微服務領域也非常合適。

這樣按照組織架構劃分的優(yōu)勢在于：

1.內聚更強，所有遵循同一種業(yè)務準則的人內聚在一起，就容易解決問題。

2.服務解耦，變更容易，更加敏捷。

DevOps，內部協(xié)作更緊密

DevOps，如果從字面上來理解，是Dev（開發(fā)）+Ops（運維）。

實際上，可以把DevOps看作開發(fā)（軟件工程）、技術運營和質量保障（QA）三者的交集。DevOps是一組過程、方法與系統(tǒng)的統(tǒng)稱，用于促進開發(fā)（應用程序/軟件工程）、技術運營和質量保障（QA）部門之間的溝通、協(xié)作與整合。

為什么要整合？因為能幫助企業(yè)提升效率。

眾所周知，傳統(tǒng)的軟件組織將開發(fā)、IT運營和質量保障設為各自分離的部門。開發(fā)與運營之間存在著信息“鴻溝”──例如運營人員要求更好的可靠性和安全性，開發(fā)人員則希望基礎設施響應更快，而業(yè)務用戶的需求則是更快地將更多的特性發(fā)布給最終用戶使用。

每個部門需求都不同，怎么調和？DevOps的價值就體現(xiàn)在這。DevOps的引入能對產品交付、測試、功能開發(fā)和維護起到意義深遠的影響。其最大的價值在于，透過自動化“軟件交付”和“架構變更”的流程，能使得構建、測試、發(fā)布軟件更加地快捷、頻繁和可靠，這是每一個企業(yè)都期望的。

因此，更深層次的理解，DevOps是一種重視“軟件開發(fā)人員（Dev）”和“IT運維技術人員（Ops）”之間溝通合作的文化、運動。

持續(xù)交付，云原生終極目標

如何理解持續(xù)交付？聽著比容器、微服務、DevOps更抽象。簡單來說，它是一種狀態(tài)，一種能力，就像生產線能持續(xù)交付產品一樣。

具體而言，持續(xù)交付是一種軟件工程手法，它能讓軟件產品的產出過程在一個短周期內完成，保證軟件可以穩(wěn)定、持續(xù)的保持在隨時可以發(fā)布的狀況。它的目標在于讓軟件的構建、測試與發(fā)布變得更快以及更頻繁。這種方式可以減少軟件開發(fā)的成本與時間，減少風險。

為什么要有持續(xù)交付？這是和曾經的軟件開發(fā)方式相比的，過去的軟件開發(fā)周期以月、季度、年來計算，今天呢？一個應用晚上線一個小時造成的損失都可能是巨大的，所以要小步快跑、快速迭代，這就是持續(xù)交付的價值所在，不斷的交付，不斷的修正。

很顯然，如果把云原生的四要素串聯(lián)起來，持續(xù)交付才是最終目標。但要實現(xiàn)持續(xù)交付，容器、微服務、DevOps缺一不可。

總結一下，云時代必須以全新的理念來看待軟件架構和基礎設施，只有從這個角度理解云原生才能得到正確的答案。未來必然是屬于云原生的，所以，企業(yè)變革的絕不僅僅是工具，而是從思想到方法，再到工具的一整套理念。只有這樣，才能更好迎接云時代的到來。

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