林琳

“未來的軟件一定是生長(zhǎng)于云上的”這是云原生理念的最核心假設(shè)。而所謂“云原生”，實(shí)際上就是在定義一條能夠讓應(yīng)用最大程度利用云的能力、發(fā)揮云的價(jià)值的最佳路徑。在這條路徑上，脫離了“應(yīng)用”這個(gè)載體，“云原生”就無從談起。容器技術(shù)，則是將這個(gè)理念落地、將軟件交付的革命持續(xù)進(jìn)行下去的重要手段之一。

云原生技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史

2004 - 2007年，Google已在內(nèi)部大規(guī)模使用像Cgroups這樣的容器技術(shù)。

2008年，Google將Cgroups合并進(jìn)入了Linux內(nèi)核主干。

2013年，Docker項(xiàng)目正式發(fā)布。

2014年，Kubernetes項(xiàng)目也正式發(fā)布。這樣的原因也非常容易理解，因?yàn)橛辛巳萜骱虳ocker之后，就需要有一種方式幫助大家方便、快速、優(yōu)雅地管理這些容器，這就是Kubernetes項(xiàng)目的初衷。在Google和Redhat發(fā)布了Kubernetes之后，這個(gè)項(xiàng)目的發(fā)展速度非常快。

2015年，由Google、Redhat以及微軟等大型云計(jì)算廠商以及一些開源公司共同牽頭成立了云原生基金會(huì)（CNCF）。CNCF成立之初，就有22個(gè)創(chuàng)始會(huì)員，而且Kubernetes也成為了CNCF托管的第一個(gè)開源項(xiàng)目。在這之后，CNCF的發(fā)展速度非常迅猛。

2017年，CNCF達(dá)到170個(gè)成員和14個(gè)基金項(xiàng)目。

2018年，CNCF成立3周年有了195個(gè)成員，19個(gè)基金會(huì)項(xiàng)目和11個(gè)孵化項(xiàng)目，如此之快的發(fā)展速度在整個(gè)云計(jì)算領(lǐng)域都是非常罕見的。

因此，如今我們所討論的云原生技術(shù)生態(tài)是一個(gè)龐大的技術(shù)集合。CNCF有一張?jiān)圃皥D，在這個(gè)全景圖里已經(jīng)有200多個(gè)項(xiàng)目和產(chǎn)品了，這些項(xiàng)目和產(chǎn)品也都是和CNCF的觀點(diǎn)所契合的。如果以這張全景圖作為背景，加以思考就會(huì)發(fā)現(xiàn)，我們今天討論的云原生其實(shí)主要談?wù)摿艘韵聨c(diǎn).

云原生基金會(huì)

云原生技術(shù)社區(qū)，比如像CNCF目前正式托管的20多個(gè)項(xiàng)目共同構(gòu)成了現(xiàn)代云計(jì)算生態(tài)的基石，其中像Kubernetes這樣的項(xiàng)目已經(jīng)成為了世界第四活躍的開源項(xiàng)目。

除了前面2點(diǎn)之外，現(xiàn)在全球各大公有云廠商都已經(jīng)支持Kubernetes了。此外，還有100多家技術(shù)創(chuàng)業(yè)公司也在持續(xù)地進(jìn)行投入?，F(xiàn)在阿里巴巴也在談全面上云，而且上云就要上云原生，這也是各大技術(shù)公司擁抱云原生的一個(gè)例子。

我們正處于時(shí)代的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

從2013年Docker項(xiàng)目發(fā)布開始說起，Docker項(xiàng)目的發(fā)布使得全操作系統(tǒng)語義的沙盒技術(shù)唾手可得，讓用戶能夠更好、更完整地打包自己的應(yīng)用，使得開發(fā)者可以輕而易舉地獲得了一個(gè)應(yīng)用的最小可運(yùn)行單位，而不需要依賴任何PaaS能力。這對(duì)經(jīng)典PaaS產(chǎn)業(yè)其實(shí)是一個(gè)“降維打擊”。

2014年的時(shí)候，Kubernetes項(xiàng)目發(fā)布，其意義在于Google將內(nèi)部的Borg/Omega系統(tǒng)思想借助開源社區(qū)實(shí)現(xiàn)了“重生”，并且提出了“容器設(shè)計(jì)模式”的思想。而Google之所以選擇間接開源Kubernetes而不是直接開源Borg項(xiàng)目，其實(shí)背后的原因也比較容易理解：Borg/Omega這樣的系統(tǒng)太復(fù)雜了，沒辦法提供給Google之外的人使用，但是Borg/Omega這樣的設(shè)計(jì)思想?yún)s能借助Kubernetes讓大家接觸到，這也是開源Kubernetes的重要背景。

這樣到了2015年和2016年，這是容器編排“三國(guó)爭(zhēng)霸”的時(shí)代，當(dāng)時(shí)Docker，Swarm，Mesos，Kubernetes都在容器編排領(lǐng)域展開角逐，他們競(jìng)爭(zhēng)的原因其實(shí)也比較容易理解，Docker或者容器本身的價(jià)值雖然大，但是如果想要讓其產(chǎn)生商業(yè)價(jià)值或者說對(duì)云的價(jià)值，就需要在編排上面占據(jù)一個(gè)有利的位置。

Swarm和Mesos的特點(diǎn)，那就是各自只在生態(tài)和技術(shù)方面比較強(qiáng)，其中，Swarm更偏向于生態(tài)，而Mesos技術(shù)更強(qiáng)一些。相比之下，Kubernetes則兼具了二者優(yōu)勢(shì)，最終在2017年從“三國(guó)爭(zhēng)霸”的局面中勝出，成為了當(dāng)時(shí)延續(xù)現(xiàn)在的容器編排標(biāo)準(zhǔn)。這一過程的代表性事件就是Docker公司宣布在核心產(chǎn)品中內(nèi)置了Kubernetes服務(wù)，且Swarm項(xiàng)目逐漸停止維護(hù)。

到了2018年的時(shí)候，云原生技術(shù)理念開始逐漸萌芽，這是因?yàn)榇藭r(shí)Kubernetes以及容器都成為了云廠商的既定標(biāo)準(zhǔn)，以“云”為核心的軟件研發(fā)思想逐步形成。

而到了2019年，情況似乎又將發(fā)生一些變化，究竟什么是“云原生”，云原生該怎么落地？

很多人都會(huì)問“到底什么是云原生？”實(shí)際上，云原生是一條最佳路徑或者最佳實(shí)踐。更確切地說，云原生為用戶指定了一條低心智負(fù)擔(dān)的、敏捷的、能夠以可擴(kuò)展和可復(fù)制的方式，是最大化利用云的能力、發(fā)揮云的價(jià)值的最佳路徑。

因此，云原生其實(shí)是一套指導(dǎo)進(jìn)行軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)的思想。按照這樣的思想而設(shè)計(jì)出來的軟件：首先，天然就“生在云上，長(zhǎng)在云上”；其次，能夠最大化發(fā)揮云的能力，使得我們開發(fā)的軟件和“云”能夠天然地集成在一起，發(fā)揮出“云”的最大價(jià)值。

所以，云原生的最大價(jià)值和愿景，就是認(rèn)為未來的軟件，會(huì)從誕生起就生長(zhǎng)在云上，并且遵循一種新的軟件開發(fā)、發(fā)布和運(yùn)維模式，從而使軟件能夠最大化發(fā)揮云的能力。

其實(shí)，容器技術(shù)和集裝箱技術(shù)的革命性非常類似，即：容器技術(shù)使得應(yīng)用具有了一種“自包含”的定義方式。所以，這樣的應(yīng)用才能以敏捷的、可擴(kuò)展和可復(fù)制的方式發(fā)布在云上，發(fā)揮出云的能力。這也就是容器技術(shù)對(duì)云發(fā)揮出的革命性影響所在，所以說，容器技術(shù)正是云原生技術(shù)的核心底盤。

云原生的技術(shù)范疇

云原生的技術(shù)范疇包括了以下幾個(gè)方面：

①云應(yīng)用定義與開發(fā)流程。這包括應(yīng)用定義與鏡像制作、配置CI/CD、消息和Streaming以及數(shù)據(jù)庫等。

②云應(yīng)用的編排與管理流程。這是Kubernetes比較關(guān)注的一部分，包括了應(yīng)用編排與調(diào)度、服務(wù)發(fā)現(xiàn)治理、遠(yuǎn)程調(diào)用、API網(wǎng)關(guān)以及Service Mesh。

③監(jiān)控與可觀測(cè)性。這部分所強(qiáng)調(diào)的是云上應(yīng)用如何進(jìn)行監(jiān)控、日志收集、Tracing以及在云上如何實(shí)現(xiàn)破壞性測(cè)試，也就是混沌工程的概念。

④云原生的底層技術(shù)，比如容器運(yùn)行時(shí)、云原生存儲(chǔ)技術(shù)和云原生網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。

⑤云原生工具集，在前面的這些核心技術(shù)點(diǎn)之上，還有很多配套的生態(tài)或者周邊的工具需要使用，比如流程自動(dòng)化與配置管理、容器鏡像倉庫、云原生安全技術(shù)和云端密碼管理等。

⑥Serverless。Serverless是一種PaaS的特殊形態(tài)，它定義了一種更為“極端抽象”的應(yīng)用編寫方式，包含了FaaS和BaaS這樣的概念。而無論是FaaS還是BaaS，其最為典型的特點(diǎn)就是按實(shí)際使用計(jì)費(fèi)（Pay as you go），因此Serverless計(jì)費(fèi)也是重要的知識(shí)和概念。

云原生思想的2個(gè)理論

在了解完云原生的技術(shù)范疇之后你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，其所包含的技術(shù)內(nèi)容還是很多的，但是這些內(nèi)容的技術(shù)本質(zhì)卻是類似的。云原生技術(shù)的本質(zhì)是2個(gè)理論基礎(chǔ)。

第一個(gè)理論基礎(chǔ)是：不可變基礎(chǔ)設(shè)施。這一點(diǎn)目前是通過容器鏡像來實(shí)現(xiàn)的，其含義就是應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)該是不可變的，是一個(gè)自包含、自描述可完全在不同環(huán)境中遷移的東西。

第二個(gè)理論基礎(chǔ)就是：云應(yīng)用編排理論。當(dāng)前的實(shí)現(xiàn)方式就是Google所提出來的“容器設(shè)計(jì)模式”，也是Kubernetes部分主要的內(nèi)容。

基礎(chǔ)設(shè)施向云演進(jìn)的過程

首先為大家介紹一下“不可變基礎(chǔ)設(shè)施”的概念。其實(shí)，應(yīng)用所依賴的基礎(chǔ)設(shè)施也在經(jīng)歷一個(gè)向云演進(jìn)的過程，而對(duì)于傳統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施來說，往往是可變的。

大家可能經(jīng)常會(huì)干這樣一件事情，比如需要發(fā)布或者更新一個(gè)軟件，流程大致是這樣的，先通過SSH連到服務(wù)器，然后手動(dòng)升級(jí)或者降級(jí)軟件包，逐個(gè)調(diào)整服務(wù)器上的配置文件，并且將新代碼直接都部署到現(xiàn)有服務(wù)器上。因此，這套基礎(chǔ)設(shè)施會(huì)不斷地被調(diào)整和修改。

但是在云上，對(duì)“云”友好的應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施是不可變的。

這種場(chǎng)景下的上述更新過程會(huì)這么做：一旦應(yīng)用部署完成之后，那么這套應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施就不會(huì)再修改了。如果需要更新，那么需要更改公共鏡像來構(gòu)建新服務(wù)直接替換舊服務(wù)。而我們之所以能夠?qū)崿F(xiàn)直接替換，就是因?yàn)槿萜魈峁┝俗园沫h(huán)境（包含應(yīng)用運(yùn)行所需的所有依賴）。所以對(duì)于應(yīng)用而言，完全不需要關(guān)心容器發(fā)生了什么變化，只需要把容器鏡像本身修改掉就可以了。因此，對(duì)于云友好的基礎(chǔ)設(shè)施是隨時(shí)可以替換和更換的，這就是因?yàn)槿萜骶哂忻艚莺鸵恢滦缘哪芰?，也就是云時(shí)代的應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施。

所以，總結(jié)而言，云時(shí)代的基礎(chǔ)設(shè)施就像是可以替代的“牲口”，可以隨時(shí)替換；而傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施則是獨(dú)一無二的“寵物”，需要細(xì)心呵護(hù)，這就體現(xiàn)出了云時(shí)代不可變基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)點(diǎn)。

基礎(chǔ)設(shè)施向云演進(jìn)的意義

像這樣的基礎(chǔ)設(shè)施向“不可變”演進(jìn)的過程，為我們提供了2個(gè)非常重要的優(yōu)點(diǎn)。

基礎(chǔ)設(shè)施的一致性和可靠性。同樣一個(gè)鏡像，無論是在美國(guó)打開，還是在中國(guó)打開，或是在印度打開都是一樣的。并且其中的OS環(huán)境對(duì)于應(yīng)用而言都是一致的。而對(duì)于應(yīng)用而言，它就不需要關(guān)心容器跑在哪里，這就是基礎(chǔ)設(shè)施一致性非常重要的一個(gè)特征。

這樣的鏡像本身就是自包含的，其包含了應(yīng)用運(yùn)行所需要的所有依賴，因此也可以漂移到云上的任何一個(gè)位置。

此外，云原生的基礎(chǔ)設(shè)施還提供了簡(jiǎn)單、可預(yù)測(cè)的部署和運(yùn)維能力。由于現(xiàn)在有了鏡像，應(yīng)用還是自描述的，通過鏡像運(yùn)行起來的整個(gè)容器其實(shí)可以像Kubernetes的Operator技術(shù)一樣將其做成自運(yùn)維的，所以整個(gè)應(yīng)用本身都是自包含的行為，使得其能夠遷移到云上任何一個(gè)位置。這也使得整個(gè)流程的自動(dòng)化變得非常容易。

應(yīng)用本身也可以更好地?cái)U(kuò)容，從1個(gè)實(shí)例變成100個(gè)實(shí)例，進(jìn)而變成10 000個(gè)實(shí)例，過程對(duì)于容器化后的應(yīng)用沒有任何特殊的。最后，我們也能夠通過不可變的基礎(chǔ)設(shè)施來地快速維護(hù)管控系統(tǒng)和支撐組件。因?yàn)椋@些組件本身也是容器化的，是符合不可變基礎(chǔ)設(shè)施這樣一套理論的組件。

以上就是不可變基礎(chǔ)設(shè)施為用戶帶來的最大的優(yōu)點(diǎn)。

2019年———云原生技術(shù)普及元年

為什么說2019年很可能是一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)呢？我們認(rèn)為2019年是云原生技術(shù)的普及元年。

首先大家可以看到，在2019年，阿里巴巴宣布要全面上云，而且“上云就要上云原生”。我們還可以看到，以“云”為核心的軟件研發(fā)思想，正逐步成為所有開發(fā)者的默認(rèn)選項(xiàng)。像Kubernetes等云原生技術(shù)正在成為技術(shù)人員的必修課，大量的工作崗位正在涌現(xiàn)出來。

這種背景下，“會(huì)Kubernetes”已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了，“懂Kubernetes”“會(huì)云原生架構(gòu)”的重要性正日益凸顯出來。從2019年開始，云原生技術(shù)將會(huì)大規(guī)模普及，這也是為什么大家都要在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上學(xué)習(xí)和投資云原生技術(shù)的重要原因。