云原生架构总览，发展界说架构及趋势

随着云计算发展的成熟和企业需求的推动，云原生技术和理念得到了用户的广泛接受，云原生应用场景不断丰富，云原生正在成为云上的必然趋势。

文章目录一、云原生技术发展

? 2001年，VMware发布了第一个针对x86服务器的虚拟化产品ESX和GSX，即ESX-i的前身。 ? 2006年10月，以色列的创业公司Qumranet在完成了虚拟化Hypervisor基本功能、动态迁移以及主要的性能优化之后，正式对外宣布了KVM的诞生。2009年4月， VMware推出业界首款云操作系统VMware vSphere。 ? 2006年，AWS推出首批云产品Simple Storage Service (S3)和Elastic Compute Cloud（EC2），使企业可以利用AWS的基础设施构建自己的应用程序。 ? 2010年7月，Rackspace Hosting和NASA联合推出了一项名为OpenStack的开源云软件计划。 ? 2011年，Pivotal推出了开源版PaaS Cloud Foundry，作为Heroku PaaS的开源替代品，并于2014年底推出了Cloud Foundry Foundation。 ? 2008年，LXC（Linux Container）容器发布，这是一种内核虚拟化技术，可以提供轻量级的虚拟化，以便隔离进程和资源。LXC是Docker最初使用的具体内核功能实现。 ? 2013年，Docker发布，组合LXC，Union File System和cgroups等Linux技术创建容器化标准，docker风靡一时，container逐步替代VM，云计算进入容器时代。 ? 2015年7月，Google联合Linux基金会成立了CNCF组织，kubernetes成为CNCF 管理的首个开源项目。 ? 2018年3月，Kubernetes从CNCF毕业，成为CNCF第一个毕业项目。

据《中国云原生用户调查报告2020》显示，2019年中国云原生市场规模约为350.2亿元，云原生技术加速向垂直行业渗透。

数据显示，43.9%的用户已在生产环境中采纳容器技术，超过七成的用户已经或计划使用微服务架构进行业务开发部署。现阶段已有9%的用户云原生相关投入已占总IT投入的一半以上，技术研发、运维是企业主要支出部分。

二、云原生的定义

1、Pivotal早期观点 ①Pivotal公司的Matt Stine 于2013年首次提出云原生的概念，并推出了Pivotal Cloud Foundry和Spring系列开发框架，是云原生的探路者。 ②2015年，云原生刚推广时，Matt Stine在 《迁移到云原生架构》——书中定义了符合云原生架构的几个特征：

2、Pivotal当前论述

3、CNCF早期观点 ①云原生计算基金会(以下简称CNCF)是一个开源软件基金会，成立于2015年7月， 致力于云原生(Cloud Native)技术的普及和可持续发展。 ②起初，CNCF对云原生的定义包含以下三个方面：

③到2018年，随着社区对云原生理念的广泛认可和云原生生态的不断扩大，还有CNCF项目和会员的大量增加，起初的定义已经不再适用。

4、CNCF当前定义 云原生技术有利于各组织在公有云、私有云和混合云等新型动态环境中，构建和运行可弹性扩展的应用。云原生的代表技术包括容器、服务网格、微服务、不可变基础设施和声明式API。

5、云原生理念 ①利用容器和服务网格等技术，解耦软件开发，提高了业务开发部署的灵活性和 易维护性。 ②以Kubernetes为核心的多层次、丰富的开源软件栈，被各大厂商支持，用户选 择多，避免厂商绑定。 ③以Kubernetes为核心的松耦合平台架构，易扩展，避免侵入式定制 Kubernetes 已被公认是platform for platform。 ③中心式编排，对应用和微服务进行统一的动态管理和调度，提高工作效率和资 源利用率。

6、云原生技术版图

7、容器技术——提高应用可移植性，提升业务敏捷 ①容器可以将应用本身及其依赖打包，使得应用可以实现“一次封装，到处运行”。 ②容器也可以理解成-种沙盒技术，沙盒在计算机安全领域中是-种安全机制，为运 行中的程序提供的隔离环境。

主流的容器技术，如Docker，它是通过内核虚拟化技术（namespace以及cgroups 等）来提供容器的资源隔离与安全保障。由于Docker通过操作系统层的虚拟化实现隔离，所以Docker容器在运行时，不需要类似虚拟机额外的操作系统开销，提高资源利用率。同时，Docker能够帮助你快速地测试、快速地编码、快速地交付，并且缩短从编码到运行应用的周期，从而使得企业实现业务敏捷。

8、微服务——加速企业应用架构升级 在CNCF的定义中，微服务也是作为一种代表性的技术，而实际上，微服务更侧重于描述软件架构，这种软件架构相比单体架构，更加能够发挥云原生相关的技术优势。

微服务是一种用于构建应用的架构方案，它是松散耦合的分布式架构框架，因此一个团队的更改不会破坏整个应用。使用微服务的好处是，开发团队能够快速构建应用的新组件，以满足不断变化的业务需求。微服务架构有别于更为传统的单体式方案，可将应用拆分成多个核心功能。每个功能都被称为一项服务，可以单独构建和部署，这意味着各项服务在工作（和出现故障）时不会相互影响。比如你在线购物时，使用搜索栏来找产品，这个搜索功能就是一项服务，同时你也看到了相关产品推荐，这些推荐也是来自于另外一项服务，还有购物车等，都是一项一项的服务。

9、DevOps——促进开发运维一体化

DevOps=开发（Development）+运维（Operations），是打通开发与运维之间的壁 垒，促进开发、运营和质量保障（QA）等部门之间的沟通协作，以便对产品进行小 规模、快速迭代式地开发和部署，快速响应客户的需求变化。它强调的是开发运维一体化，加强团队间的沟通和快速反馈，达到快速交付产品和提高交付质量的目的。

10、云原生能力已获广泛认可，加速企业向‘新云原生企业”转型

从技术维度来看，容器在性能、弹性伸缩方面得到广泛认可云计算发展趋势，容器和微服务对应用现代化、改进DevOps运作模式都取得广泛认可，另外云原生技术提高架构开放性，更符合市场技术趋势，在业务价值方面，微服务的平台化复用提升创新敏捷性得到86%调研人员认可，容器化可以提升资产利用率降本增效、更好的弹性伸缩， 容器标准镜像封装和CI/CD结合可以更快交付应用，云原生技术对人工智能、大数据等新兴技术框架的支撑，加速业务创新都得到80%以上用户认可。 总体上来说云原生应用价值已获得调研用户广泛认可， 以应用为中心的云原生模式正在加速企业数字化进程，加速企业向“新云原生企业”转型。

三、云原生应用

“云原生应用程序是专为云模型构建的。这些应用程序由小型专用功能团队快速构建和部署到一个平台，可提供轻松的横向扩展和硬件解耦-为组织提供跨云环境的更高灵活性，弹性和可移植性。”——Pivotal

“云原生应用是独立的小规模松散耦合服务的集合，旨在提供备受认可的业务价值，例如快速融合用户反馈以实现持续改进。简而言之，通过云原生应用开发，可以加速构建新应用，优化现有应用并将这些应用全部组合在一起。其目标是以企业需要的速度满足应用用户的需求。”——RedHat

云原生应用综合理解： ①基于云原生的相关技术，设计运行在云上的，充分发挥云优势的应用。 ②一般采用容器的打包、分发、部署的形式，应用内(间)采用微服务的架构，充分利用云提供的组件服务，采用DevOps的组织架构和方法，通过CI/CD工具链，实现产品和服务的持续交付。

传统应用与云原生应用的区别：

云原生应用12要素：

四、云原生架构原则及常用模式

弹性：微服务采用无状态设计，支持按需使用、自动水平伸缩；实例快速启动，并在不影响业务的前提下优雅中止。这一点可以充分利用云的弹性的特征，利用云环境提供的镜像、监控、资源动态编排和调度服务。设计应用程序时，不绑定特定基础资源，使其能够自由伸展，根据需要增删实例。

分布式：更多强调解耦。应用侧，则是业务逻辑和数据解耦、业务逻辑和会话解耦。数据分布式，每个服务拥有自己的数据库，服务不能直接访问其他服务的数据库，只能通过服务接口访问其他服务的数据。

高可用，高可用的概念范畴比较广，云原生应用的设计特征，Design For Failure，即“为失败而设计”，这里主要强调基于不可靠的基础设施资源来设计高可用系统，并且在应用实例失效的情况下，系统能快速发现并恢复。高可用的设计的主要原则有可观测、可灰度、可回滚等。实现的方式有很多种，比如，通过k8s实现POD状态的监测和维护，通过灰度发布、蓝绿部署等手段来保证升级、回滚时系统的高可用。

自动化：业务/服务的颗粒度更小，交付部署更频繁，迫切需要系统能够自动化部署，同时要增强对服务以及所部署的软硬件环境的全方位监控、评估能力。

自服务：自服务强调服务可被其他应用或开发者自助发现，自助按需获取，自助使用并计量，自助服务管理。自服务的前提是高度自治，同时，从易用性的角度，暴露友好的交互方式（Web界面、命令行、SDK…），使能应用开发者简单、高效地使用其提供的功能。

1、云原生架构模式：微服务架构

微服务架构就是其中一种实现方式。它实现了服务彻底拆分，各服务可以独立打包、独立部署和独立升级，对开发者而言，摆脱开发语言的束缚。每个微服务负责的业务比较清晰，利于后期扩展和维护。微服务之间可以采用REST和RPC协议进行通信。同时，微服务架构可以和其他云原生技术完美结合，充分发挥云的优势。

2、云原生架构模式：Serverless架构 Serverless (无服务器架构)指的是由开发者实现的服务端逻辑运行在无状态的计算容器中，它由事件触发，完全被第三方管理，Serverless是 在传统容器技术和服务网格上发展起来，更侧重让使用者只关注自己的业务逻辑即可。

3、Serverless与微服务的关系：微服务向Serverless演进，并长期共存

Serverless与微服务同属服务化架构，二者在架构特征上有很多相似之处，比如：都追求基础设施的高可用、高容错，应用的快速弹性，快速发布，更好的运维可观测性等。但作为新一代应用架构，Serverless化的变化在于：更快的弹性（毫秒级）、更快的发布（分钟级）、更简化的运维（NoOps）、更细粒度的资源调度（函数级，可以是几十行）。

五、云原生未来发展趋势

①Kubernetes编排统一化，编排对象不断扩展延伸

②服务治理Mesh化，加速传统应用转型

③应用服务Serverless化，更加聚焦业务的核心价值 Serverless将进一步释放云计算的能力，将安全、可靠、可伸缩等需求交由基础设施实现，使用户仅需关注业务逻辑而无需关注具体部署和运行，极大地提高应用开发效率。同时这个方式促进了社会分工协作，云厂商可以进一步通过规模化、集约化实现计算成本大幅优化。

④云原生服务部署形态多元化，多云将成为主流 尽管上云已是大势所趋， 但对于企业客户而言， 有些业务出于对数据主权、安全隐私的考量，会采用混合云架构。一些企业为了满足安全合规、成本优化、提升地域覆盖性等需求，会选择多个云厂商。

（编辑：厦门网）

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