什么是云原生

        伴随云计算的滚滚浪潮,云原生(CloudNative)的概念应运而生,云原生很火,火得一塌糊涂,都2022年了,如果你还不懂云原生,那真的out了。

        大家言必称云原生,却鲜少有人告诉你到底什么是云原生,若是找资料来看,读完大多会感觉云绕雾罩,一知半解,总之虚得很;甚至会让你一度怀疑自己的智商,不过我对于读不懂的文章,一律归因于写文章的人太蠢,当然这不一定是事实,但这样的思考方式能让我避免陷入自我怀疑的负面情绪。

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        云原生之所以解释不清楚,是因为云原生没有确切的定义,云原生一直在发展变化之中,解释权不归某个人或组织所有。

何谓云原生?

        技术的变革,一定是思想先行,云原生是一种构建和运行应用程序的方法,是一套技术体系和方法论。云原生(CloudNative)是一个组合词,Cloud+Native。Cloud表示应用程序位于云中,而不是传统的数据中心;Native表示应用程序从设计之初即考虑到云的环境,原生为云而设计,在云上以最佳姿势运行,充分利用和发挥云平台的弹性+分布式优势。

        Pivotal公司的Matt Stine于2013年首次提出云原生(CloudNative)的概念;2015年,云原生刚推广时,Matt Stine在《迁移到云原生架构》一书中定义了符合云原生架构的几个特征:12因素、微服务、自敏捷架构、基于API协作、扛脆弱性;到了2017年,Matt Stine在接受InfoQ采访时又改了口风,将云原生架构归纳为模块化、可观察、可部署、可测试、可替换、可处理6特质;而Pivotal最新官网对云原生概括为4个要点:DevOps+持续交付+微服务+容器

        2015年云原生计算基金会(CNCF)成立,CNCF掺和进来后,最初把云原生定义为包括:容器化封装+自动化管理+面向微服务;到了2018年,CNCF又更新了云原生的定义,把服务网格(Service Mesh)和声明式API给加了进来。

        可见,不同的人和组织对云原生有不同的定义,相同的人和组织在不同时间点对云原生也有不同的定义,真是乱的一匹,搞得鄙人非常晕菜,我的应对很简单,选一个我最容易记住和理解的定义:DevOps+持续交付+微服务+容器。

        总而言之,符合云原生架构的应用程序应该是:采用开源堆栈(K8S+Docker)进行容器化,基于微服务架构提高灵活性和可维护性,借助敏捷方法、DevOps支持持续迭代和运维自动化,利用云平台设施实现弹性伸缩、动态调度、优化资源利用率。

        云原生构建应用简便快捷,部署应用轻松自如、运行应用按需伸缩。优点不一而足,缺点微乎其微;秒杀传统Web框架,吊打祖传IT模式,实在是保命**、评优晋级不可多得的终极绝密武器。

云元素的四要素

微服务:几乎每个云原生的定义都包含微服务,跟微服务相对的是单体应用,微服务有理论基础,那就是康威定律,指导服务怎么切分,很玄乎,凡是能称为理论定律的都简单明白不了,不然就忒没b格,大概意思是组织架构决定产品形态,不知道跟马克思的生产关系影响生产力有无关系。

微服务架构的好处就是按function切了之后,服务解耦,内聚更强,变更更易;另一个划分服务的技巧据说是依据DDD来搞。

容器化:Docker是应用最为广泛的容器引擎,在思科谷歌等公司的基础设施中大量使用,是基于LXC技术搞的,容器化为微服务提供实施保障,起到应用隔离作用,K8S是容器编排系统,用于容器管理,容器间的负载均衡,谷歌搞的,Docker和K8S都采用Go编写,都是好东西。

DevOps:这是个组合词,Dev+Ops,就是开发和运维合体,不像开发和产品,经常刀刃相见,实际上DevOps应该还包括测试,DevOps是一个敏捷思维,是一个沟通文化,也是组织形式,为云原生提供持续交付能力。

持续交付:持续交付是不误时开发,不停机更新,小步快跑,反传统瀑布式开发模型,这要求开发版本和稳定版本并存,其实需要很多流程和工具支撑。

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云原生其他核心概念

不可变基础设施

        传统软件部署中,当程序部署到一个生产环境或者 tomcat 中间件以后,如果需要去做变更,无论任何变更都需要在原来的生产环境上进行重新部署。而在云原生的概念中强调任何一个应用部署到生产环境,形成一个容器实例之后,这个容器实例本身不应该再做任何的变化,如果程序需要修改,则基于容器镜像重新去生成一个容器实例,同时销毁旧的容器实例。

声明式 API

        声明式 API 是和命令式 API 相对应的一个概念,传统方式创建或者操作一个容器需要去执行一个命令行。但是在声明式 API 中,对于容器的创建,首先应该先写一个 yaml 配置文件,在这个配置文件当中声明出要做的操作和操作完成之后的状态,然后平台底层拿到这个声明式配置文件之后,解释该文件内容,做出相应的后端操作,操作结束之后将各个底层的技术组件协调到需要的状态。这样的操作流程便于生产环境出现问题时快速找到自己所做了什么操作。

Serverless 无服务器架构

        “无服务器” 即几乎不接触 IT 基础设施。要知道云原生的核心就是要实现从资源到服务不断的向上抽象,在这个抽象的过程中 IT 基础设施的接触则会越来越少,接触更多的是各种技术服务能力。这些技术服务能力在 Serverless 架构中称为 Baas 后端能力及服务。

        Serverless 对于开发流程有着很大的改变:

传统开发流程(前端工程师、后端工程师、运维工程师)

  • 设计 → 服务端/前端开发 → 服务端部署 → 前后端联调 → 测试 → 上线 → 运维

Serverless 开发流程(前端工程师、后端工程师)

  • 设计 → 应用开发 → 测试 → 上线

        可以看到 Serverless 无服务器化以后,一些重的开发框架、环境、多层架构等都被抛弃掉了,此时任何一个功能的实现全部变成一个个代码片段(只需要写一些函数,开发较为简单),然后通过代码片段的组合安装来实现复杂的流程。 

服务网格

        服务网格就是一个去中心化的服务治理框架。在以往的操作中对微服务或 API 接口进行治理和管控时,一般会用类似于 esb 总线、API 网关的设施,将 API 接口注册和接入到 API 网关。API 网关本身是一个中心化的架构,所以所有的请求、流量都可以通过 API 网关,这时 API 网关就容易对流量进行拦截,然后对拦截的流量进行管控。而在去中心化的架构中就没有这种集中化的流量管控了,对于流量的拦截,会从 esb 总线或者 API 网关下沉到各个微服务当中,这时需要在微服务端增加一个代理包,通过代理包做流量拦截和流量管控。

如何云原生?

        首先,云原生借了云计算的东风,没有云计算,自然没有云原生,云计算是云原生的基础。

        随着虚拟化技术的成熟和分布式框架的普及,在容器技术、可持续交付、编排系统等开源社区的推动下,以及微服务等开发理念的带动下,应用上云已经是不可逆转的趋势

        云计算的3层划分,即基础设施即服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)、软件即服务(SaaS)为云原生提供了技术基础和方向指引真正的云化不仅仅是基础设施和平台的变化,应用也需要做出改变,摈弃传统的土方法,在架构设计、开发方式、部署维护等各个阶段和方面都基于云的特点,重新设计,从而建设全新的云化的应用,即云原生应用。

  1. 本地部署的传统应用往往采用c/c++、企业级java编写,而云原生应用则需要用以网络为中心的go、node.js等新兴语言编写。
  2. 本地部署的传统应用可能需要停机更新,而云原生应用应该始终是最新的,需要支持频繁变更,持续交付,蓝绿部署。
  3. 本地部署的传统应用无法动态扩展,往往需要冗余资源以抵抗流量高峰,而云原生应用利用云的弹性自动伸缩,通过共享降本增效。
  4. 本地部署的传统应用对网络资源,比如ip、端口等有依赖,甚至是硬编码,而云原生应用对网络和存储都没有这种限制。
  5. 本地部署的传统应用通常人肉部署手工运维,而云原生应用这一切都是自动化的。
  6. 本地部署的传统应用通常依赖系统环境,而云原生应用不会硬连接到任何系统环境,而是依赖抽象的基础架构,从而获得良好移植性。
  7. 本地部署的传统应用有些是单体(巨石)应用,或者强依赖,而基于微服务架构的云原生应用,纵向划分服务,模块化更合理。

        可见,要转向云原生应用需要以新的云原生方法开展工作,云原生包括很多方面:基础架构服务、虚拟化、容器化、容器编排、微服务。幸运的是,开源社区在云原生应用方面做出了大量卓有成效的工作,很多开源的框架和设施可以通过拿来主义直接用,2013年Docker推出并很快成为容器事实标准,随后围绕容器编排的混战中,2017年诞生的k8s很快脱颖而出,而这些技术极大的降低了开发云原生应用的技术门槛。

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        虽说云原生的推介文档有引导之嫌,但面对它列举的优点,作为杠精的我亦是无可辩驳。这么说的话,云原生也忒好了吧,应用是不是要立刻马上切换到云原生架构?我的观点是:理想很丰满,现实经常很骨感,需从应用的实际需要出发,目前的问题是否真的影响到业务发展,而推倒重来的代价能否承受得来。

技术的趋势和影响

        软件设计有两个关键目标:高内聚、低耦合,围绕这2个核心目标,又提出了单一职责、开闭原则、里氏替换、依赖导致、接口隔离、最少知识等设计原则。

        软件工程师一直都在为这两个目标而努力奋斗,以求把软件编写得更加清晰、更加健壮、更加易于扩展和维护。

        但后来,人们发现有更多的诉求,希望开发软件变得更简单、更快捷,程序员希望更少编写代码,非专业人员也希望能开发程序,于是,更多的更傻瓜的编程语言被发明出来,更多的编程技术和编程思想被发明出来,比如库、组件、云基础设施。

        于是很多技术变成了屠龙之技,比如汇编,时代变了,建国后动物不能成精了,没有龙可以宰了,然后很多软件工程师摇身一变成了调参工程师、Call API砖家、用库包能手、拼组件达人,这是效率分工的结果,也是技术发展的使然。

        纵观近二十年的科技互联网发展历程,大的趋势是技术下沉,特别是近些年,随着云计算的发展和普及,基础设施越来越厚实,业务开发变得越来越容易,也越来越没有技术含量,而之前困扰小团队的性能、负载、安全性、扩展性问题都不复存在,这不禁让互联网行业的油腻大叔们噤若寒蝉,仿佛分分钟就要被卷入历史洪流而万劫不复。

        虽然不可否认技术的重要性在降低,但也还不至于那么悲观。遥想PC时代,当VB、Delphi、MFC出现的时候,也有类似论调,所见即所得,点点鼠标,就可以开发PC桌面程序,是不是很高端?那时候码农的担心相比现在恐怕是只多不少吧,但后来随着互联网兴起,出现了后端开发这个工种,码农很快找到了新的战场,网络、分布式、数据库、海量服务、容灾防错,于是又玩出一堆新花样。

        如果说PC时代的基础设施是控件库,互联网时代的基础实施是云,那AI时代基础设施是什么?又会有什么高端玩法?

云原生对 IT 岗位会有什么样的影响

云原生对 IT 岗位的影响是全方位并且深入的,所以人人去学云原生也是必要的。

  • 技术栈:后端研发需要关注大量用到的技术,比如容器、微服务、Serverless、Paas 云服务等;
  • 分布式设计模式:云原生技术体系包含了大量已经存在的分布式设计模式;
  • 业务开发:云原生技术和云服务采用的越多,开发人员在非功能特性开发方面花费的经历就越少,从而有更多的时间关注业务本身的功能性设计
  • 测试方式:传统是基于预测来设计测试案例的方式进行测试,这样效率太低,解决方式是利用主动故障注入和馄饨工程进行疲劳测试,真实模拟现实世界可能发生的故障;
  • 软件研发和运维流程:DevOps 和 DevsecOps 不仅要求企业做到安全的持续发布,还要求企业重新定义和规范开发人员接触的研发流程和工具,实现开发运维岗位一体化;
     

云原生对程序员来说意味着什么

        距字节跳动 | 火山引擎副总经理张鑫介绍,云原生为程序员带来的首先是编程范式的改变,以往从开发到编译、测试、发布,都有着一整套的流程和体系,云原生的到来则定义了一种新的规范,程序员就需要掌握一种新的技能。其次也是最重要的就是思维模式的改变,以前写软件会想着怎么把他运行在一个 Server 服务器上,k8s 云原生出现以后从一开始设计的时候就需要考虑到未来将它运行到一个可扩展性、可弹性自动化管理的云端。

文章转发自:什么是云原生?这回终于有人讲明白了 - 知乎

参考:https://majinjian.blog.csdn.net/article/details/125190494

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