云原生技術(shù)未來(lái)趨勢(shì)分析

隨著云架構(gòu)的不斷普及，“未來(lái)的軟件一定生長(zhǎng)于云上”的理念被越來(lái)越多的人所接受。云提供了一種面向企業(yè)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)按需進(jìn)行資源分配的模型，以一種全新的、高效的方式來(lái)部署應(yīng)用。企業(yè)紛紛開(kāi)始云化轉(zhuǎn)型，希望將傳統(tǒng)應(yīng)用遷移到云端。

虛擬化為云計(jì)算奠定了基礎(chǔ)，但如果運(yùn)行模式不做任何改動(dòng)，僅僅是把虛擬機(jī)當(dāng)做物理機(jī)來(lái)使用，是不能真正將云平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)利用起來(lái)的。只有對(duì)應(yīng)用程序架構(gòu)進(jìn)行升級(jí)改造，才能構(gòu)成“云應(yīng)用程序”。

基于云化架構(gòu)的特點(diǎn)，定義一條能夠讓?xiě)?yīng)用最大程度利用云的能力、發(fā)揮云的價(jià)值的最佳路徑成為行業(yè)迫切的需求，“云原生”應(yīng)運(yùn)而生。

云原生應(yīng)運(yùn)而生，技術(shù)范疇漸成體系

不同的組織對(duì)于云原生有不同的理解和定義。從技術(shù)角度來(lái)看，我們可以認(rèn)為云原生是一類(lèi)技術(shù)的統(tǒng)稱(chēng)，基于它可以構(gòu)建出更易于彈性擴(kuò)展的應(yīng)用程序；從業(yè)務(wù)角度來(lái)看，云原生可以帶來(lái)更快的業(yè)務(wù)響應(yīng)速度和需求高效實(shí)現(xiàn)，云原生可以有效地縮短應(yīng)用交付的周期，讓需求更快地變成代碼，代碼更快地變成線上的應(yīng)用，最終為用戶服務(wù)，通過(guò)縮短“time to market”帶來(lái)切實(shí)的業(yè)務(wù)價(jià)值。

從更為抽象的指導(dǎo)思想角度來(lái)看，云原生表達(dá)了一種未來(lái)軟件開(kāi)發(fā)生長(zhǎng)的管理和實(shí)踐思路：即軟件產(chǎn)生并部署在云上，且遵循一種新的軟件開(kāi)發(fā)、發(fā)布和運(yùn)維模式，從而使軟件能夠最大化發(fā)揮云的能力。

2013年，Pivotal（美國(guó)云軟件開(kāi)發(fā)工具與服務(wù)公司）的Matt Stine根據(jù)其多年的架構(gòu)和咨詢(xún)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)了一個(gè)思想集合，并得到了不斷發(fā)展和完善。這其中包含了DevOps、持續(xù)交付、微服務(wù)、敏捷基礎(chǔ)設(shè)施和12要素等幾大主題，不但包括根據(jù)業(yè)務(wù)能力對(duì)公司進(jìn)行文化、組織架構(gòu)的重組與建設(shè)，也包括方法論與原則，還有具體的操作工具。采用基于云原生的技術(shù)和管理方法，可以更好地把業(yè)務(wù)生于云或遷移到云平臺(tái)，從而享受云的高效和持續(xù)的服務(wù)能力，這標(biāo)志著“云原生”比較完整的范疇的形成。

從商業(yè)應(yīng)用角度看，云原生有幾個(gè)重要的發(fā)展節(jié)點(diǎn)：2013年，Docker項(xiàng)目正式發(fā)布；2014年，Google和Redhat聯(lián)合發(fā)布Kubernetes，用于更加方便、快速對(duì)容器進(jìn)行管理；2015年，由Google、Redhat以及微軟等大型云計(jì)算廠商以及一些開(kāi)源公司共同牽頭成立了云原生基金會(huì)（CNCF）。CNCF這個(gè)非盈利組織的初衷為推廣孵化和標(biāo)準(zhǔn)化云原生相關(guān)的技術(shù)，其中包括推動(dòng)云原生計(jì)算可持續(xù)發(fā)展和幫助云原生技術(shù)開(kāi)發(fā)人員快速地構(gòu)建出色的產(chǎn)品。在此之后，CNCF得到了快速的發(fā)展，并逐漸構(gòu)建出一整套技術(shù)。

當(dāng)前，云原生技術(shù)范疇包含以下6個(gè)方面。

第一，云應(yīng)用定義與開(kāi)發(fā)流程，包括應(yīng)用定義與鏡像制作、配置CI/CD、消息和Streaming以及數(shù)據(jù)庫(kù)等。

第二，云應(yīng)用的編排與管理流程，包括了應(yīng)用編排與調(diào)度、服務(wù)發(fā)現(xiàn)治理、遠(yuǎn)程調(diào)用、API網(wǎng)關(guān)以及Service Mesh。

第三，監(jiān)控與可觀測(cè)性，這部分所強(qiáng)調(diào)的是云上應(yīng)用如何進(jìn)行監(jiān)控、日志收集、Tracing以及在云上如何進(jìn)行破壞性測(cè)試。

第四，云原生的底層技術(shù)，比如容器運(yùn)行時(shí)，云原生存儲(chǔ)技術(shù)和云原生網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。

第五，云原生工具集，在前面這些核心技術(shù)點(diǎn)之上，還有很多配套的生態(tài)或者周邊的工具需要使用，比如流程自動(dòng)化與配置管理、容器鏡像倉(cāng)庫(kù)、云原生安全技術(shù)和云端密碼管理等。

第六，Serverless，這是一種PaaS的特殊形態(tài)，它定義了一種更為“極端抽象”的應(yīng)用編寫(xiě)方式。

容器云加速業(yè)務(wù)交付效率

云原生有兩個(gè)重要的思路：第一個(gè)是敏捷的不可變基礎(chǔ)設(shè)施，這一點(diǎn)目前是通過(guò)容器鏡像來(lái)實(shí)現(xiàn)，其含義就是應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)該是不可變的，是一個(gè)自包含、自描述可完全在不同環(huán)境中遷移的東西；第二個(gè)是云應(yīng)用編排理論，當(dāng)前的實(shí)現(xiàn)方式就是Kubernetes的“容器設(shè)計(jì)模式”。

落實(shí)到云架構(gòu)的三層模型中，敏捷的不可變基礎(chǔ)設(shè)施類(lèi)似于IaaS層，用來(lái)提供計(jì)算網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)等基礎(chǔ)資源，這些資源是可編程且不可變的，直接通過(guò)API可以對(duì)外提供服務(wù)。云應(yīng)用的編排則通過(guò)PaaS服務(wù)組合成不同的業(yè)務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)服務(wù)能力的復(fù)用；而SaaS能力意味著直接在云資源上部署和應(yīng)用，客戶可以直接面對(duì)云原生應(yīng)用。

在實(shí)踐中，容器云PaaS平臺(tái)在應(yīng)用中得到了落地，逐漸進(jìn)入商業(yè)成熟期的階段。PaaS本質(zhì)上是云計(jì)算模型中的能力層，它幫助企業(yè)提高業(yè)務(wù)交付的效率、降低企業(yè)成本，以云原生技術(shù)為基礎(chǔ)的容器云PaaS已經(jīng)成為企業(yè)IT基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。

容器云PaaS基礎(chǔ)設(shè)施層可以部署在虛擬機(jī)、物理機(jī)以及公有云環(huán)境上；平臺(tái)架構(gòu)層包含了容器編排調(diào)度、容器網(wǎng)絡(luò)以及容器存儲(chǔ)等。容器云PaaS支持的能力包括容器應(yīng)用管理、微服務(wù)、DevOps以及中間件PaaS組件，例如消息隊(duì)列、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練平臺(tái)等。

在容器云之前，PaaS側(cè)重提供支撐應(yīng)用運(yùn)行的應(yīng)用引擎；而容器云PaaS則是融入DevOps、微服務(wù)，解決了應(yīng)用的完整生命周期管理問(wèn)題，從而達(dá)到我們之前所說(shuō)的加速企業(yè)業(yè)務(wù)的交付效率，實(shí)現(xiàn)更高的彈性和可擴(kuò)展性等目標(biāo)。

云原生逐漸成熟，生態(tài)拓展至邊緣

從云原生的發(fā)展?fàn)顩r看，這一領(lǐng)域的發(fā)展呈現(xiàn)出值得關(guān)注的幾個(gè)特點(diǎn)。

首先，云原生逐漸在商業(yè)環(huán)境中得到應(yīng)用和完善。在網(wǎng)絡(luò)安全公司Stackrox的一次民意調(diào)查當(dāng)中，2019年是Kubernetes在容器編排中占據(jù)主導(dǎo)地位的一年：86%的受訪者用它來(lái)進(jìn)行編排工作，遠(yuǎn)高于2018年的57%。企業(yè)Kubernetes平臺(tái)Diamanti的說(shuō)法是：“與2018年相比，我們清晰地看到容器管理正在進(jìn)入企業(yè)IT主流?！?/p>

其次，Kubernetes在安全性方面承受著巨大壓力。面向安全級(jí)別要求更高的客戶，在初期安全程度較低的項(xiàng)目中表現(xiàn)良好的網(wǎng)絡(luò)安全面臨挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，敏捷開(kāi)發(fā)和DevOps帶來(lái)的高頻代碼發(fā)布、部署也帶來(lái)了更高的安全性要求。

最后，伴隨著應(yīng)用從云端向邊緣的拓展，云原生也在邊緣計(jì)算領(lǐng)域得到了發(fā)展和落地，進(jìn)一步拓展了云原生的應(yīng)用領(lǐng)域：2018年，KubeCon正式公布了新的基于Kubernetes的生態(tài)系統(tǒng)KubeEdge，將Kubernetes生態(tài)系統(tǒng)從云端擴(kuò)展到邊緣。KubeEdge基于Kubernetes的架構(gòu)體系并針對(duì)邊緣場(chǎng)景提供了諸如離線運(yùn)行能力、邊云協(xié)同能力等多種特殊能力的支持，將云原生的生態(tài)和開(kāi)發(fā)體驗(yàn)延伸到邊緣，面向開(kāi)發(fā)者提供統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)、部署、管理視圖，屏蔽邊緣和云端的差異。

云原生這一整套技術(shù)體系和方法論，在云化過(guò)程中可以起到從統(tǒng)一思想方法到云化戰(zhàn)略落地的作用，可以預(yù)見(jiàn)將在未來(lái)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型中扮演重要的角色。在這一路徑上，云的能力和企業(yè)管理能力、業(yè)務(wù)拓展能力能夠在系列最佳實(shí)踐和配套工具的支持下融匯結(jié)合，為實(shí)現(xiàn)組織的云戰(zhàn)略發(fā)揮更為重要的作用。
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