鋪天蓋地的「雲原生」究竟是什麼？

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文｜togettoyou

目前主要負責雲原生服務管理平臺的研發

日常致力於 Go 、雲原生領域

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雲原生似乎已經是一個老生常談的概念了，相關的文章層出不窮。

本人現在工作中負責雲原生服務管理平臺的研發（主要管理各類雲原生基礎設施，平臺服務和第三方託管應用），但即便如此，常被問起雲原生是什麼時，我也很難簡潔的向人表述清楚，導致自我也經常問一遍，雲原生究竟是什麼，我又在做什麼。

PART. 1 雲原生究竟是什麼

雲原生是一個組合詞，即 Cloud Native 。

Pivotal（已被 VMware 收購）官網的 What is cloud native?[1] 一文中提到雲原生是一種構建和運行應用程序的方法，雲原生開發融合了 DevOps、持續交付、微服務和容器的概念在裏面。

CNCF（雲原生計算基金會）在 cncf/toc[2] 給出了雲原生 V1.0 的定義：

雲原生技術有利於各組織在公有云、私有云和混合雲等新型動態環境中，構建和運行可彈性擴展的應用。雲原生的代表技術包括容器、服務網格、微服務、不可變基礎設施和聲明式 API。

這些技術能夠構建容錯性好、易於管理和便於觀察的松耦合系統。結合可靠的自動化手段，雲原生技術使工程師能夠輕鬆地對系統作出頻繁和可預測的重大變更。

雲原生計算基金會（CNCF）致力於培育和維護一個廠商中立的開源生態系統，來推廣雲原生技術。我們通過將最前沿的模式民主化，讓這些創新爲大衆所用。

結合官方的定義，我個人對雲原生簡潔的理解就是：雲原生並不是某種具體技術，而是一類思想的集合，用來幫助快速構建和運行應用程序，其中既涵蓋着一整套技術體系（容器、服務網格、微服務、不可變基礎設施和聲明式 API），也包含着應用開發的管理要點（DevOps、持續交付、康威定律[3]），只要符合這類思想的應用就可以稱爲雲原生應用。

PART. 2 雲原生技術體系

雲原生的一整套技術體系其實是緊密聯繫的，這得從軟件架構的逐步演進說起。

即：單體 -> 微服務 -> 基於 K8s 上的微服務 -> 服務網格

單體架構，將所有的功能集成在一個工程裏，項目發展早期，應用的開發相對簡單，即使需要對應用進行大規模更改、測試、部署也很容易，甚至是橫向擴展。運行多個實例後，一個負載均衡器就可以搞定。

隨着時間推移，一個成功的應用必然變得越來越臃腫，代碼庫隨之膨脹，團隊管理成本不斷提高，即俗話說的陷入單體地獄。面對單體地獄，開發者難以理解代碼全部，開發速度變緩慢，部署週期變長，而且橫向擴展也會遇到挑戰，因爲應用不同模塊對資源的需求是互相沖突的，有些可能需要的是更大內存，有些可能需要的是高性能 CPU，作爲單體應用，就必須都滿足這些需求。

當出現一個問題，自然會有針對該問題的解決方案，雲原生技術體系之一的微服務架構就是針對單體地獄的解決方案。既然單體應用是將全部功能都集成在一個工程裏去編譯部署，那現在只要把各個功能拆分出來（通常是根據業務能力或者根據子域分解，子域圍繞 DDD 來組織服務），將每個拆分的模塊作爲一個單獨的服務，獨立部署（服務之間通常通過 REST+JSON 或 gRPC+ProtoBuf 進行通信），使這一個個的服務共同提供整個應用的功能。

但微服務也不是銀彈，引入微服務架構後，分佈式系統也帶來了各種複雜性。諸如配置中心、服務發現、網關、負載均衡等業務無關的基礎設施層面都需要開發者自行在業務層面實現。

比如一個常見的微服務架構解決方案（圖源鳳凰架構[4]），就需要開發者自行引入各種組件:

項目開發完成後終歸要到部署流程的，早期的傳統做法是把應用程序直接部署到服務器上，但服務器的系統、環境變量等是會不斷變化的，甚至安裝了新的應用，就會引起和其他應用的衝突，導致應用本身需要跟着用戶系統環境的改變而做出改變。爲了解決這個問題，不可變基礎設施的口號就喊響了。

第一階段是將服務部署爲虛擬機，將作爲虛擬機鏡像打包的服務部署到生產環境中，每一個服務實例都是一個虛擬機。
第二階段，爲了減少開銷，將服務部署爲容器，作爲容器鏡像打包的服務部署到生產環境中，這樣每一個服務實例都是一個容器。

不可變基礎設施：

任何基礎設施的實例一旦創建之後變爲只讀狀態，如需要修改或升級，需要使用新的實例替換舊的。容器鏡像就是一種不可變基礎設施的具體實現。

現在容器已然成爲了微服務的好搭檔，服務實例隔離，資源也可以方便控制，但成千上百的容器，管理起來過於麻煩。於是，容器編排工具又出來了，Kubernetes 目前基本統一了容器編排的市場，實現了容器集羣的自動化部署、擴縮容和維護等功能。但 Kubernetes 可不只侷限於容器編排，上文的微服務架構中，需要開發者自行在應用層面解決業務無關的基礎設施層面的一系列問題，現在 Kubernetes 就可以解決大部分，如圖（圖源鳳凰架構[5]）：