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??專欄介紹

【阿里云·云原生架構(gòu)·白皮書】 主要更新一些在學(xué)習(xí)云原生架構(gòu)時(shí)的一些總結(jié)，以及對(duì)白皮書內(nèi)容的解讀。

??本期介紹

主要介紹云原生架構(gòu)定義

??云原生架構(gòu)定義

從技術(shù)的角度，云原生架構(gòu)是基于云原生技術(shù)的一組架構(gòu)原則和設(shè)計(jì)模式的集合，旨在將云應(yīng)用中的非業(yè)務(wù)代碼部分進(jìn)行最大化的剝離,從而讓云設(shè)施接管應(yīng)用中原有的大量非功能特性(如彈性、韌性、安全、可觀測性、灰度等），使業(yè)務(wù)不再有非功能性業(yè)務(wù)中斷困擾的同時(shí)，具備輕量、敏捷、高度自動(dòng)化的特點(diǎn)。

云原生架構(gòu)在這兩年逐漸成為應(yīng)用部署的主流方式。概括來講云原生是在云計(jì)算時(shí)代一種構(gòu)建和運(yùn)行應(yīng)用程序的方法，充分利用和發(fā)揮云平臺(tái)的彈性自動(dòng)化優(yōu)勢，在云上以最佳方式運(yùn)行。


云原生架構(gòu)與傳統(tǒng)架構(gòu)的對(duì)比:

上圖展示了在代碼中通常包括三部分:業(yè)務(wù)代碼、三方軟件、處理非功能特性的代碼。其中“業(yè)務(wù)代碼”指實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的代碼;“三方軟件”是業(yè)務(wù)代碼中依賴的所有三方庫，包括業(yè)務(wù)庫和基礎(chǔ)庫;“處理非功能性的代碼”指實(shí)現(xiàn)高可用、安全、可觀測性等非功能性能力的代碼。

三部分中只有業(yè)務(wù)代碼是核心，是對(duì)業(yè)務(wù)真正帶來價(jià)值的，另外兩個(gè)部分都只算附屬物，但隨著軟件規(guī)模的增大、業(yè)務(wù)模塊規(guī)模變大、部署環(huán)境增多、分布式復(fù)雜性增強(qiáng),使得今天的軟件構(gòu)建變得越來越復(fù)雜，對(duì)開發(fā)人員的技能要求也越來越高。云原生架構(gòu)相比較傳統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)了一大步，從業(yè)務(wù)代碼中剝離了大量非功能性特性(不會(huì)是所有，比如易用性還不能剝離）到laaS和PaaS中，從而減少業(yè)務(wù)代碼開發(fā)人員的技術(shù)關(guān)注范圍，通過云廠商的專業(yè)性提升應(yīng)用的非功能性能力。

此外，具備云原生架構(gòu)的應(yīng)用可以最大程度利用云服務(wù)和提升軟件交付能力，進(jìn)一步加快軟件開發(fā):

??代碼結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化

云原生架構(gòu)產(chǎn)生的最大影響就是讓開發(fā)人員的編程模型發(fā)生了巨大變化。今天大部分的編程語言中，都有文件、網(wǎng)絡(luò)、線程等元素，這些元素為充分利用單機(jī)資源帶來好處的同時(shí)，也提升了分布式編程的復(fù)雜性;因此大量框架、產(chǎn)品涌現(xiàn)，來解決分布式環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)調(diào)用問題、高可用問題、CPU爭用問題、分布式存儲(chǔ)問題……

在云的環(huán)境中，比如“如何獲取存儲(chǔ)”變成了若干服務(wù)，包括對(duì)象存儲(chǔ)服務(wù)、塊存儲(chǔ)服務(wù)和沒有隨機(jī)訪問的文件存儲(chǔ)服務(wù)。云不僅改變了開發(fā)人員獲得這些存儲(chǔ)能力的界面，還在于云產(chǎn)品在這些OpenAPl或者開源SDK背后把分布式場景中的高可用挑戰(zhàn)、自動(dòng)擴(kuò)縮容挑戰(zhàn)、安全挑戰(zhàn)、運(yùn)維升級(jí)挑戰(zhàn)等都處理了，應(yīng)用的開發(fā)人員就不用在其代碼中處理節(jié)點(diǎn)宕機(jī)前如何把本地保存的內(nèi)容同步到遠(yuǎn)端的問題，也不用處理當(dāng)業(yè)務(wù)峰值到來時(shí)如何對(duì)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)容的問題，而應(yīng)用的運(yùn)維人員不用在發(fā)現(xiàn).zero day安全問題時(shí)緊急對(duì)三方存儲(chǔ)軟件進(jìn)行升級(jí)……

云把三方軟硬件的能力升級(jí)成了服務(wù)，開發(fā)人員的開發(fā)復(fù)雜度和運(yùn)維人員的運(yùn)維工作量都得到極大降低。顯然，如果這樣的云服務(wù)用得越多，那么開發(fā)和運(yùn)維人員的負(fù)擔(dān)就越少，企業(yè)在非核心業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)上從必須的負(fù)擔(dān)變成了可控支出。在一些開發(fā)能力強(qiáng)的公司中，對(duì)這些三方軟硬件能力的處理往往是交給應(yīng)用框架（或者說公司內(nèi)自己的中間件)來做的;在云的時(shí)代云廠商提供了更具 SLA的服務(wù)，使得所有軟件公司都可以由此獲益。

這些使得業(yè)務(wù)代碼的開發(fā)人員技能棧中，不再需要掌握文件及其分布式處理技術(shù)，不再需要掌握各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)……簡化讓業(yè)務(wù)開發(fā)變得更敏捷、更快速!

??非功能性特性的大量委托

任何應(yīng)用都提供兩類特性，功能性特性和非功能性特性。功能性特性是真正為業(yè)務(wù)帶來價(jià)值的代碼，比如如何建立客戶資料、如何處理訂單、如何支付等等;即使是一些通用的業(yè)務(wù)功能特性，比如組織管理、業(yè)務(wù)字典管理、搜索等等也是緊貼業(yè)務(wù)需求的。非功能性特性是沒有給業(yè)務(wù)帶來直接業(yè)務(wù)價(jià)值，但通常又是必不可少的特性，比如高可用能力、容災(zāi)能力、安全特性、可運(yùn)維性、易用性、可測試性、灰度發(fā)布能力等等。

不能說云計(jì)算解決了所有非功能性問題，但確實(shí)大量非功能性特性，特別是分布式環(huán)境下復(fù)雜非功能性問題，被云產(chǎn)品處理掉了。以大家最頭疼的高可用為例，云產(chǎn)品在多個(gè)層面為應(yīng)用提供了解決方案:

• 虛機(jī): 當(dāng)虛機(jī)檢測到底層硬件異常時(shí)，自動(dòng)幫助應(yīng)用做熱遷移，遷移后的應(yīng)用不需重新啟動(dòng)而仍然具備對(duì)外服務(wù)的能力，應(yīng)用對(duì)整個(gè)遷移過程都不會(huì)有任何感知;
• 容器: 有時(shí)應(yīng)用所在的物理機(jī)是正常的，只是應(yīng)用自身的問題（比如 bug、資源耗盡等）而無法正常對(duì)外提供服務(wù)。容器通過監(jiān)控檢查探測到進(jìn)程狀態(tài)異常，從而實(shí)施異常節(jié)點(diǎn)的下線、新節(jié)點(diǎn)上線和生產(chǎn)流量的切換等操作，整個(gè)過程自動(dòng)完成而無需運(yùn)維人員干預(yù);
• 云服務(wù): 如果應(yīng)用把“有狀態(tài)”部分都交給了云服務(wù)（如緩存、數(shù)據(jù)庫、對(duì)象存儲(chǔ)等），加上全局對(duì)象的持有小型化或具備從磁盤快速重建能力，由于云服務(wù)本身是具備極強(qiáng)的高可用能力，那么應(yīng)用本身會(huì)變成更薄的“無狀態(tài)”應(yīng)用，因?yàn)楦呖捎霉收蠋淼臉I(yè)務(wù)中斷會(huì)降至分鐘級(jí);如果應(yīng)用是N-M的對(duì)等架構(gòu)架構(gòu)模式，那么結(jié)合Load
  Balancer產(chǎn)品可獲得幾乎無損的高可用能力!

??高度自動(dòng)化的軟件交付

軟件一旦開發(fā)完成，需要在公司內(nèi)外部各類環(huán)境中部署和交付，以將軟件價(jià)值交給最終客戶。軟件交付的困難在于開發(fā)環(huán)境到生產(chǎn)環(huán)境的差異(公司環(huán)境到客戶環(huán)境之間的差異)以及軟件交付和運(yùn)維人員的技能差異，填補(bǔ)這些差異的是一大堆安裝手冊、運(yùn)維手冊和培訓(xùn)文檔。容器以一種標(biāo)準(zhǔn)的方式對(duì)軟件打包，容器及相關(guān)技術(shù)則幫助屏蔽不同環(huán)境之間的差異，進(jìn)而基于容器做標(biāo)準(zhǔn)化的軟件交付。

對(duì)自動(dòng)化交付而言，還需要一種能夠描述不同環(huán)境的工具，讓軟件能夠“理解”目標(biāo)環(huán)境、交付內(nèi)容、配置清單并通過代碼去識(shí)別目標(biāo)環(huán)境的差異，根據(jù)交付內(nèi)容以“面向終態(tài)”的方式完成軟件的安裝、配置、運(yùn)行和變更。

基于云原生的自動(dòng)化軟件交付相比較當(dāng)前的人工軟件交付是一個(gè)巨大的進(jìn)步。以微服務(wù)為例，應(yīng)用微服務(wù)化以后，往往被部署到成千上萬個(gè)節(jié)點(diǎn)上，如果系統(tǒng)不具備高度的自動(dòng)化能力，任何一次新業(yè)務(wù)的上線，都會(huì)帶來極大的工作量挑戰(zhàn)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致業(yè)務(wù)變更超過上線窗口而不可用。

??總結(jié)

??云原生架構(gòu)的特點(diǎn)

容器化封裝。 容器化封裝是指以容器為基礎(chǔ)，應(yīng)用程序封裝在容器之中，在容器里運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)資源的相對(duì)隔離與容器鏡像的重復(fù)使用。
面向微服務(wù)。 面向微服務(wù)是指把一個(gè)大的功能應(yīng)用拆分成一個(gè)個(gè)功能單一、相對(duì)獨(dú)立、相互解耦的微應(yīng)用，微應(yīng)用之間通過接口進(jìn)行通訊。
動(dòng)態(tài)管理。 動(dòng)態(tài)管理指通過一個(gè)統(tǒng)一的編排工具，比如K8S，來動(dòng)態(tài)的管理和調(diào)度這些微服務(wù)。

??云原生架構(gòu)的優(yōu)勢

快速。 天下武功，無堅(jiān)不摧，唯快不破！云原生架構(gòu)使用敏捷開發(fā)和DevOps，不但可以讓企業(yè)快速的開發(fā)產(chǎn)品，自動(dòng)化部署產(chǎn)品，同時(shí)還能持續(xù)的更新產(chǎn)品，讓產(chǎn)品跟得上需求，甚至是引導(dǎo)需求，讓企業(yè)立于不敗之地。
彈性擴(kuò)展。 云原生架構(gòu)天生具有云計(jì)算的特點(diǎn)。它的資源是可以按照實(shí)際情況進(jìn)行伸縮，這樣不但提高資源的利用率，也大大降低了企業(yè)成本。
安全與強(qiáng)壯。 云原生架構(gòu)依托于容器編排工具（K8S）與微服務(wù)的組合，應(yīng)用就擁有了自動(dòng)恢復(fù)能力、容錯(cuò)能力、故障隔離能力，讓應(yīng)用時(shí)刻處于可用的狀態(tài)。
屏蔽底層差異。 因?yàn)槭褂昧巳萜骰夹g(shù)，應(yīng)用運(yùn)行于容器之中，應(yīng)用就不需要考慮底層硬件的差異，只要是能運(yùn)行容器鏡像的硬件都可以運(yùn)行程序，大大簡化了開發(fā)工作量。同時(shí)對(duì)運(yùn)維人員也非常友好，不需要再為環(huán)境問題而苦惱。
文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-493298.html

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