為云而生的“云原生”，為什么越來越重要？
2020-10-16新聞
IT史上有一個經(jīng)典故事。那就是在1943年，IBM的董事長老托馬斯·沃森胸有成竹地告訴人們：未來5臺計算機就可以滿足全世界的市場。
現(xiàn)在我們知道，老沃森的預(yù)言有一半正在實現(xiàn)。就是世界正在朝著“5臺計算機”的方向演進(jìn)，當(dāng)然我們也知道，老沃森只是很認(rèn)真地認(rèn)為世界上用到計算機的地方并不太多，而不是預(yù)見到云計算的到來。
現(xiàn)在，云計算已經(jīng)無處不在，數(shù)字世界成為我們的棲身之所。而近年來，一個名為“云原生”的概念成為云計算領(lǐng)域的熱詞。原本企業(yè)家們的對話可能是“你的公司業(yè)務(wù)上云了嗎？”，而現(xiàn)在很多企業(yè)家要改口問下：“你的業(yè)務(wù)上了‘云原生’了嗎？”
Gartner報告曾指出，到2020年，將有50%的傳統(tǒng)老舊應(yīng)用被以云原生化的方式改造，到2022年，將有75%的全球化企業(yè)將在生產(chǎn)中使用云原生的容器化應(yīng)用。在企業(yè)上云的趨勢下，我們正在看到越來越多的企業(yè)和開發(fā)者開始把業(yè)務(wù)與技術(shù)向云原生演進(jìn)。
那么，什么是“云原生”？為什么“云原生”正在變得越來越重要？我們希望通過對“云原生”概念和其代表的整體技術(shù)思路做一次梳理，看下“云原生”能夠釋放怎樣的技術(shù)紅利。
“云原生”，來自于Cloud Native的直譯（其實叫原生云更順口），拆開來看，Cloud 就是指其應(yīng)用軟件是在云端而非傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心。Native代表應(yīng)用軟件從一開始就是基于云環(huán)境、專門為云端特性而設(shè)計，可充分利用和發(fā)揮云平臺的彈性+分布式優(yōu)勢，最大化釋放云計算生產(chǎn)力。
技術(shù)永遠(yuǎn)走在概念之前，在“云原生”概念正式提出以前，在企業(yè)中就已經(jīng)有了云原生的實踐。比如，谷歌在2004年就開始使用了容器技術(shù)，2006推出的進(jìn)程容器（Process Container），就是一種具有“云原生”特征的技術(shù)實踐。
業(yè)界公認(rèn)的“云原生”（Cloud Native）概念是Pivotal公司的Matt Stine于2013年首次提出，然后被一直沿用至今并發(fā)揚光大。
在Matt那里，他把云原生理解為一系列云計算技術(shù)和開發(fā)管理方法的合集，包括DevOps、持續(xù)交付、微服務(wù)(MicroServices)、敏捷基礎(chǔ)設(shè)施(Agile Infrastructure)和12要素(The Twelve-Factor App)等等。
所以，云原生從一開始就不是一項技術(shù)或一個產(chǎn)品，而是一種系統(tǒng)化的方法論和技術(shù)的集合。只有滿足“上云”特征，或者說專門面向“云”設(shè)計的應(yīng)用，才可以稱之為云原生應(yīng)用。
判斷一個應(yīng)用是否為云原生應(yīng)用，就要考察它是否具有“云”的特性，包括滿足網(wǎng)絡(luò)訪問、遠(yuǎn)端部署、可擴展彈性伸縮、共享、按需使用自助服務(wù)、高可用、可遠(yuǎn)程監(jiān)控計費審計、標(biāo)準(zhǔn)化交付與位置無關(guān)等等。嚴(yán)格來講，可以用Matt提出的“12要素”來作為判斷云原生應(yīng)用的準(zhǔn)則，其中最主要可以歸納為以下幾點：
1、彈性：彈性計算正是云計算的核心特征，也是云原生技術(shù)中容器的重要特征。云原生應(yīng)用彈性，應(yīng)該包括應(yīng)用使用資源的彈性和應(yīng)用實例彈性擴展的彈性。在單實例擴展資源遭遇瓶頸時，可以配合負(fù)載均衡機制實現(xiàn)容器實例的彈性擴展。
2、共享：我們知道云計算可以分為IaaS、PaaS、SaaS三種類型，分別通過這三種類型實現(xiàn)資源共享、平臺共享、應(yīng)用共享。而云原生應(yīng)用則是部署在IaaS或PaaS層，通過SaaS層提供開放式服務(wù)。
3、自治：云原生應(yīng)用的交付一定是按照標(biāo)準(zhǔn)交付，可以在云端任何支持標(biāo)準(zhǔn)的位置部署，這樣就與位置和環(huán)境無關(guān)，同時構(gòu)建應(yīng)用所需要的依賴包、配置文件和后端服務(wù)等都是和應(yīng)用構(gòu)成一個整體，實現(xiàn)自治管理。使用容器的好處就是可以使得應(yīng)用以標(biāo)準(zhǔn)化鏡像的方式交付和運行，而用微服務(wù)實現(xiàn)云原生應(yīng)用，也正是符合這一自治原則的。
4、按需服務(wù)：云應(yīng)用部署在云端，客戶可以根據(jù)自己的需求，通過網(wǎng)絡(luò)訪問，自助使用服務(wù)，不需要聯(lián)系云應(yīng)用管理人員。通常會有個云應(yīng)用服務(wù)目錄，每個應(yīng)用服務(wù)都有使用說明，通過服務(wù)目錄可以找到適合自己滿足自身需求的應(yīng)用。
此外，像高可用性、敏捷、可監(jiān)控審計、可配置等特性也都是云原生應(yīng)用的重要特點，但不再贅述。
總之，云原生正是云計算區(qū)別于傳統(tǒng)IT架構(gòu)的根本特征，云原生應(yīng)用正在成為云計算主流的服務(wù)形式。企業(yè)通過采用基于云原生的技術(shù)和管理方法而生成的應(yīng)用，就能夠持續(xù)地享受到“云計算”提供的源源不斷地高效服務(wù)。
在探討云原生應(yīng)用的價值前，我們先簡單了解下云原生主要使用的技術(shù)。
在云原生概念提出的2013年，Docker也正式發(fā)布。Docker的PaaS提供商DotCloud開源的一個基于LXC的高級容器引擎，幫助開發(fā)者把應(yīng)用打包到容器中并進(jìn)行發(fā)布，Docker對于開發(fā)者來說，就如同用集裝箱貨輪來運輸貨物一樣，效率又高、（容器如同集裝箱）部署靈活性也比虛擬機更好，一經(jīng)發(fā)布就成為極為流行的開源容器發(fā)布工具。
第二年，K8s（kubernetes）項目由google發(fā)布。在容器和Docker誕生之后，開發(fā)者自然而然需要工具來管理這些容器和容器化引擎。K8s正是用來管理云平臺中多個主機上的容器化的應(yīng)用，讓部署容器化的應(yīng)用簡單和高效。因為K8s也是采用了開源形式，發(fā)布之后也大受歡迎。
2015 年，由Google、紅帽、微軟等大型云計算廠商以及一些開源公司，共同牽頭成立了 CNCF云原生基金會。CNCF成立之初，就有22個創(chuàng)始會員，K8s成為CNCF托管的第一個開源項目。CNCF的目標(biāo)就是致力于培育和維護(hù)一個廠商中立的開源生態(tài)系統(tǒng)，來推廣云原生技術(shù)。
在2018年，CNCF對“云原生”的定義中，給出其代表性技術(shù)，包括容器、服務(wù)網(wǎng)格、微服務(wù)、不可變基礎(chǔ)設(shè)施和聲明式API。在容器技術(shù)的普及中，Docker實現(xiàn)了容器的可移植、輕量化、虛擬化，語言無關(guān)，大大降低了容器技術(shù)的使用門檻，而K8s則相當(dāng)于安排容器發(fā)布的管家，解決了容器編排的全周期管理，就如同集裝箱貨輪上的船長一樣。正是這一特性，K8s也成為了應(yīng)用上云的可移植性等問題，被成為云原生技術(shù)的基石。
微服務(wù)是什么呢？與微服務(wù)相對應(yīng)的傳統(tǒng)的以系統(tǒng)為單位進(jìn)行部署的單體架構(gòu)，與之相比，微服務(wù)架構(gòu)就是以獨立的組件為單位進(jìn)行部署，是用戶可以感知最小功能集。微服務(wù)具有小而專的特性，使得開發(fā)、測試、更新效率提高，從而實現(xiàn)敏捷。從功能上看，微服務(wù)可以成為Docker的配合搭檔，使得業(yè)務(wù)流程可以按需編排，實時部署。
服務(wù)網(wǎng)格( Service Mesh )是指用以處理服務(wù)與服務(wù)之間通信的基礎(chǔ)設(shè)施層，解決了K8s在微服務(wù)的連接、管理和監(jiān)控方面的短板，為K8s提供更好的應(yīng)用和服務(wù)管理，成為微服務(wù)的輔助技術(shù)。而不可變基礎(chǔ)設(shè)施相比較于之前的可變基礎(chǔ)設(shè)施，具有更高的一致性和可靠性，以及更簡單，更可預(yù)測的部署過程，成為云原生應(yīng)用的運維的可靠基礎(chǔ)架構(gòu)，而聲明式API這可以理解為是k8s的編碼方式。
這些技術(shù)成為目前云原生應(yīng)用主要利用的工具。當(dāng)然，我們也看到云原生的技術(shù)邊界和工具集合是處在不斷變動和更新當(dāng)中的?；谶@些特性和工具的發(fā)展，我們看到云原生應(yīng)用正在成為互聯(lián)網(wǎng)巨頭紛紛布局和轉(zhuǎn)向的應(yīng)用方式，也成為眾多中小企業(yè)和開發(fā)者選擇應(yīng)用開發(fā)的方式。那么，云原生技術(shù)到底為何越來越重要，云原生應(yīng)用正在發(fā)揮哪些價值呢？
在回答云原生的價值之前，我們先來問下，為什么企業(yè)的應(yīng)用開發(fā)要原則上云，并選擇云原生技術(shù)呢？
而這就涉及到傳統(tǒng)的IT架構(gòu)方式，將開發(fā)、IT運營和質(zhì)量保障分別設(shè)置，各自獨立，開發(fā)與運營之間存在著信息“鴻溝”，開發(fā)人員希望基礎(chǔ)設(shè)施更快響應(yīng)，運營人員則要求系統(tǒng)的可靠性和安全性，而業(yè)務(wù)需求則是更快地將更多的特性發(fā)布給最終用戶使用。這種被成為“瀑布式流程”的開發(fā)模式，一方面造成了開發(fā)上下游的信息不對稱，一方面拉長了開發(fā)周期和調(diào)整難度。
但是隨著用戶需求的快速增加和產(chǎn)品迭代周期的不斷壓縮，原有的開發(fā)流程不再適合現(xiàn)實的需求，這時工程師們引入了一種新的開發(fā)模式——敏捷開發(fā)。但是，敏捷開發(fā)只是解決了軟件開發(fā)的效率和版本更新的速度，還沒有和運維打通。
出于協(xié)調(diào)開發(fā)和運維的“信息對稱”問題，開發(fā)者又推出了一套新的方法——DevOps，DevOps可以看作是開發(fā)、技術(shù)運營和質(zhì)量保障三者的交集，促進(jìn)之間的溝通、協(xié)作與整合，從而提高開發(fā)周期和效率。
最終實現(xiàn)的就是“持續(xù)交付”，讓軟件產(chǎn)品的產(chǎn)出過程在一個短周期內(nèi)完成，保證軟件可以穩(wěn)定、持續(xù)的保持在隨時可以發(fā)布的狀況。
而云原生的容器、微服務(wù)等技術(shù)正是為DevOps提供了很好的前提條件，保證IT軟件開發(fā)實現(xiàn)DevOps開發(fā)和持續(xù)交付的關(guān)鍵應(yīng)用。換句話說，能夠?qū)崿F(xiàn)DevOps和持續(xù)交付，已經(jīng)成為云原生技術(shù)價值不可分割的內(nèi)涵部分，這也是無論互聯(lián)網(wǎng)巨頭企業(yè)，還是眾多中小應(yīng)用開發(fā)公司和個人，越來越多選擇云原生技術(shù)和工具的原因。
基于云原生技術(shù)帶給企業(yè)的應(yīng)用開發(fā)的技術(shù)價值，直接來說就可以大幅降低企業(yè)IT開發(fā)和運維的成本，從而又提升企業(yè)業(yè)務(wù)的創(chuàng)新效率和產(chǎn)業(yè)價值。
對于外界而言，我們最直觀的感受就是節(jié)假日前在12306搶票再也沒有遇到系統(tǒng)崩潰，一些行政網(wǎng)站的體驗也不那么差了，在購物節(jié)的流量高峰時，我們的頁面也很少出現(xiàn)延遲或者刷不出來的情況了，而那些大型的在線直播、游戲的體驗也很流暢了。而這些有時高達(dá)數(shù)以億計的高并發(fā)流量都得益于云原生技術(shù)的快速彈性擴容來實現(xiàn)。
而對于企業(yè)而言，選擇云原生技術(shù)，也就不僅僅是降本增效的考慮，而且還能為企業(yè)創(chuàng)造過去難以想象的業(yè)務(wù)承載量，對于企業(yè)業(yè)務(wù)規(guī)模和業(yè)務(wù)創(chuàng)新來說，云原生技術(shù)都正在成為全新的生產(chǎn)力工具。
過去企業(yè)看重的辦公樓、廠房、IT設(shè)施等有形資產(chǎn)，其重要性也逐漸被這些云端數(shù)字資產(chǎn)所超越，企業(yè)正通過云原生構(gòu)建一個完整的數(shù)字孿生的新體系，而這才是云原生技術(shù)的真正價值所在。
對于整個云計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展本身來說，云原生區(qū)別于早先的虛擬機階段，也完成了一次全新的技術(shù)生產(chǎn)力變革，就如同近代能源革命經(jīng)歷的水、煤、電的變革導(dǎo)致能量釋放的密度和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的數(shù)量級躍遷一樣，云原生也是從云技術(shù)的應(yīng)用特性和交付架構(gòu)上進(jìn)行了創(chuàng)新性的組合，能夠極大地釋放云計算的生產(chǎn)能力。
此外，云原生的變革從一開始自然而然地與開源生態(tài)走在了一起，也意味著云原生技術(shù)從一開始就選擇了一條“飛輪進(jìn)化”式的道路，通過技術(shù)的易用性和開放性實現(xiàn)快速增長的正向循環(huán)，又通過不斷壯大的應(yīng)用實例來推動了企業(yè)業(yè)務(wù)全面上云和自身技術(shù)版圖的不斷完善。
當(dāng)然，企業(yè)業(yè)務(wù)的全面云原生化，并非一蹴而就的，企業(yè)業(yè)務(wù)的技術(shù)架構(gòu)變革仍然要迎接很多的挑戰(zhàn)，比如傳統(tǒng)虛擬機模式下的運維習(xí)慣、原有的IT資產(chǎn)切換、人員的思維和管理方式變革等。不過，云原生所帶來的種種好處，對于企業(yè)的未來業(yè)務(wù)發(fā)展的優(yōu)勢，已經(jīng)成為眾多企業(yè)的新共識。
可以預(yù)見，更多企業(yè)在經(jīng)歷了這一輪云原生的變革之痛后，能夠穿越企業(yè)的原有成長周期，跨越到數(shù)字經(jīng)濟的新賽道，更好地活在即將到來的全面云化的數(shù)字時代。
