云原生入门

云原生入门.

云原生是一种设计和构建应用程序的方法，它充分利用了云计算的优势，如弹性、可扩展性、自动化和敏捷性。云原生应用程序不仅可以在云中运行，而且是为云而生的，它们采用了一些新式的技术和架构模式，使得应用程序可以快速响应市场变化，提高用户体验和业务价值。在本文中，我们将介绍云原生的概念、特点、技术和应用场景，以及云原生的挑战和趋势。

1.云原生的概念

1. 云： 即云服务器。
2. 原生：原生，就是指，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，要充分利用云上资源的优点，从而使我们的的应用更强大，更迅速、更稳定。
3. 云原生：云原生指的是在云环境中构建一个具有高可用性和高伸缩性的大型网络应用的指导蓝图，云原生并不是一个具体的技术，而是一个技术体系，它包含了一些基本的要素和原则。它的目标使得开发者能够快速的发布新功能来响应用户需求变化，同时不影响整个系统的稳定性。云原生的最大价值和愿景，就是认为未来的软件，会从诞生起就生长在云上，并且遵循一种新的软件开发、发布和运维模式，从而使得软件能够最大化地发挥云的能力。
   

2.云原生要素

2.1 微服务

微服务是一种架构风格，它将一个大型的单体应用程序拆分为多个小型的、松耦合的、独立部署的服务，每个服务负责一个单一的功能，并通过轻量级的协议进行通信。例如可以将电商系统分为商品管理、订单管理、用户管理、购物车、推荐系统等功能模块，如果我们采用微服务的架构，将每个功能模块都拆分为一个独立的微服务，部署在不同的容器中，这样该系统就具有开发效率高、部署风险低、扩展灵活等优点。

云原生需要微服务的原因有以下几点：

1. 微服务可以充分利用云平台提供的弹性、分布式、自动化等能力，实现高效的开发和交付，以及高可用和高伸缩的运行。
2. 微服务可以提高系统的可维护性和可演进性，实现快速迭代和创新。
3. 微服务可以提高系统的可观察性和可控制性，实现分布式治理。

2.2 容器化

容器化是一种虚拟化技术，它将应用程序及其依赖打包在一个隔离的、轻量级的、可移植的运行环境中，称为容器。容器可以在任何支持容器运行时的平台上快速启动和停止，无需关心底层的硬件和操作系统的差异。容器化有以下几个优势：轻量高效、可移植易部署、隔离安全。

云原生需要容器化，是因为容器化可以为云原生应用程序提供一个轻量、可移植、隔离、安全、可观察的运行平台，使得应用程序可以快速地在云平台上部署和管理，也可以实现跨云和混合云的迁移。容器化也可以与其他云原生技术结合，实现应用程序的开发、交付、运行和治理的自动化和标准化。

容器化的方法，是将应用程序及其依赖打包在一个隔离的、轻量级的、可移植的运行环境中，称为容器。容器可以在任何支持容器运行时的平台上快速启动和停止，无需关心底层的硬件和操作系统的差异。容器化的步骤，主要包括选择一个容器运行时，编写一个 Dockerfile，构建和推送一个容器镜像，拉取和启动一个或多个容器实例，查看和管理容器实例的日志、状态、资源等，以及删除容器实例和镜像等。

2.3 DevOps

DevOps是一种文化和方法，它强调开发人员（Dev）和运维人员（Ops）之间的协作和沟通，以实现持续集成（CI）和持续交付（CD）的目标。DevOps有以下几个优势：

• 提高效率：DevOps可以通过自动化的工具和流程，实现代码的快速构建、测试、部署和发布，从而缩短了软件的开发周期和上线时间，提高了效率和质量。
• 降低风险：DevOps可以通过频繁的反馈和迭代，实现软件的快速验证和修复，从而降低了软件的缺陷和故障的风险，提高了软件的可靠性和安全性。
• 增强协作：DevOps可以通过打破开发和运维之间的壁垒，实现彼此之间的共享和交流，从而增强了协作和信任，提高了团队的效率和满意度。
• 促进创新：DevOps可以通过快速响应市场需求和用户反馈，实现软件的快速迭代和创新，从而提高了软件的竞争力和价值。

DevOps是云原生应用程序的重要支撑，它可以帮助应用程序实现高效的开发和交付，以及高可用和高伸缩的运行。但是，DevOps也需要有一些方法和工具来辅助开发人员和运维人员之间的协作和沟通，如版本控制、代码审查、持续集成、持续交付、监控、日志、追踪等。

2.4 持续交互

持续交互是一种软件工程实践，它指在任何时候都可以将软件交付给用户或客户，而无需经过复杂的发布流程。持续交互要求软件在每个阶段都能通过自动化测试和验证，以确保软件质量和安全性。持续交互有以下几个优势：

• 提高用户满意度：持续交互可以使用户或客户随时获得最新的软件功能和修复，从而提高用户的体验和满意度。同时，持续交互也可以使用户或客户参与到软件的开发和改进过程中，从而提高用户的信任和忠诚度。
• 降低发布压力：持续交互可以使软件的发布变得简单和快速，从而降低了发布过程中的压力和风险。同时，持续交互也可以使软件的发布变得频繁和可预测，从而降低了发布过程中的变更和冲突。
• 增强竞争力：持续交互可以使软件的开发和交付变得敏捷和灵活，从而增强了软件的竞争力和价值。同时，持续交互也可以使软件的开发和交付变得创新和优化，从而增强了软件的质量和性能。

持续交互是云原生应用程序的重要目标，它可以帮助应用程序实现快速、可靠、安全的交付，以及快速、灵活、创新的迭代。但是，持续交互也需要有一些方法和工具来辅助软件的测试、验证、部署和发布等，如单元测试、集成测试、端到端测试、代码覆盖率、代码质量分析、代码审查、安全扫描、容器化、服务网格等。

符合云原生架构的落地应用体系是采用k8s+docker进行容器化部署，基于微服务架构开发前后端完全分离的应用，提高灵活性和可维护性，借助敏捷迭代方法支持功能持续交互完善的DevOps工具，支持上线发布自动化利用云平台设施实现弹性伸缩，动态调整，最优化资源利用率。这样的架构可以实现应用的快速开发和交付，轻松部署和管理，高可用和高伸缩的运行。这是整个互联网技术发展到今日的最佳实践体系，优于以往的IT建设模式，是云原生应用程序的理想选择。

3.云原生技术

云原生关键技术包括：容器，容器编排，微服务、服务网络、不可变基础，声明式 API、服务网格、DevOps。

• 容器：容器是一种虚拟化技术，能够让用户对应用及其整个运行时环境（包括全部所需文件）一起进行打包或隔离。从而让用户可以在不同环境（如开发、测试和生产等环境）之间轻松迁移应用，同时还可保留应用的全部功能。例如，Docker是一种流行的容器技术，它可以让开发人员使用简单的命令和文件来构建和运行容器。
• 容器编排：容器编排是一种管理和调度容器的技术，它可以实现容器的创建、启动、停止、删除、扩展、更新等操作，以及容器之间的网络、存储、服务发现等功能。容器编排可以为云原生应用程序提供一个高效、可靠、自动化的部署和管理平台。例如，Kubernetes是一种开源的容器编排技术，它可以实现容器的创建、启动、停止、删除、扩展、更新等操作，以及容器之间的网络、存储、服务发现等功能,让开发人员使用声明式的API来描述和控制容器集群。
• 微服务：微服务是一种架构风格，它将一个大型的单体应用程序拆分为多个小型的、松耦合的、独立部署的服务，每个服务负责一个单一的功能或业务领域，并通过轻量级的协议进行通信。微服务可以为云原生应用程序提供一个灵活、可维护、可演进的架构模式。例如，Netflix是一种流行的微服务应用程序，它将视频流媒体服务拆分为多个微服务，如用户认证、内容推荐、视频编码等。
• 服务网格：服务网格是一种管理和控制微服务之间通信的技术，它可以实现微服务之间的负载均衡、路由、熔断、重试、限流、认证、加密等功能，以及微服务之间的监控、日志、追踪等功能。服务网格可以为云原生应用程序提供一个可靠、安全、可观察的通信和协作平台。例如，Istio是一种流行的服务网格技术，它可以让开发人员使用声明式的API来描述和控制微服务之间的流量规则和策略。
• 不可变基础设：不可变基础设是一种管理和维护基础设施（如服务器、网络、存储等）的方法，它指基础设施一旦创建就不再修改，而是通过替换或销毁来更新。不可变基础设可以为云原生应用程序提供一个稳定、可复现、易恢复的运行环境。例如，Terraform是一种流行的不可变基础设技术，它可以让开发人员使用声明式的API来描述和创建基础设施资源。
• 声明式API：声明式API是一种描述应用程序或系统所需状态的技术，它可以让开发人员无需关心具体的实现细节，只需要声明所需的结果，就可以实现应用程序或系统的创建和更新。声明式API可以为云原生应用程序提供一个简洁、易用、可复用的配置平台。

4.云原生与云计算

云原生与云计算的关系可以用以下方式更加详细地描述：

• 云计算是一种提供按需、可扩展、可付费的IT资源和服务的技术。云计算包括IaaS，PaaS，SaaS，BaaS和FaaS等不同的服务模式，它们分别提供了不同的抽象层次和管理控制权。云计算的服务模式有以下几种：
  • IaaS，即基础设施即服务，Infrastructure-as-a-service。它提供了云端的服务器，存储，网络和虚拟化资源，让用户可以按需使用和配置。用户需要自己管理操作系统，中间件，运行时和应用程序。
  • PaaS，即平台即服务，Platform-as-a-service。它提供了云端的开发，运行，维护和管理应用程序的平台。用户不需要管理底层的基础设施，只需要关注应用程序的逻辑和功能。
  • SaaS，即软件即服务，Software-as-a-service。它提供了云端的应用程序软件，让用户可以直接使用。用户不需要管理平台或基础设施，也不需要安装或更新软件。
  • BaaS，即后端即服务，Backend-as-a-service。它提供了云端的后端服务，如数据库，身份验证，推送通知等，让用户可以快速开发移动或Web应用程序。用户不需要管理后端的逻辑或基础设施。
  • BaaS， 区块链即服务，BlockChain-as-a-service，它提供了云端的区块链平台和基础设施，让用户可以快速开发和部署基于区块链的应用程序和解决方案。用户不需要管理底层的区块链网络，共识算法，安全机制等，只需要关注业务逻辑和功能。
  • DaaS（数据即服务）是一种云计算服务模式，即将数据以服务的形式，向客户提供价值，参与到客户的业务中。DaaS通过对数据资源的集中化管理，并把数据场景化，为企业自身和其他企业的数据共享提供了一种新的方式。DaaS可以利用数据的聚合、抽象和分析，为公众或企业提供公共信息服务或数据分析服务。
  • FaaS，即函数即服务，Function-as-a-service。它提供了云端的函数执行环境，让用户可以以函数为单位编写和运行代码。用户不需要管理服务器或容器，只需要关注函数的输入和输出。
• 云原生是一种利用云计算的特性，如弹性、自动化、可观测性和分布式，来提高软件的质量、效率和安全性的方法。云原生遵循一些云原生的原则和实践，如微服务架构、容器化、持续集成/持续交付、声明式编程、事件驱动架构等。
• 云原生与云计算的关系是相辅相成的。云原生需要云计算提供可靠、灵活、高效的基础设施和平台。云计算需要云原生提供优化、创新、适应的软件和应用程序。
• 云原生与云计算的关系也是有区别的。云原生不等于云计算，而是一种在云计算环境中构建和运行软件的方式。云原生不仅仅是使用云服务，而是要充分利用云服务的优势，提高软件的可扩展性、可移植性、可恢复性和可观测性。
• 云原生与云计算的关系也是有选择的。云原生可以使用IaaS，PaaS，SaaS，BaaS和FaaS中的任何一种或多种服务模式来构建和部署应用程序。不同的服务模式提供了不同的抽象层次和管理控制权，用户可以根据自己的需求和偏好选择合适的服务模式。