云原生概述

1. 何谓云原生

云原生是一种构建和运行应用程序的方法，是一套技术体系和方法论。云原生（CloudNative）是一个组合词，Cloud+Native。Cloud表示应用程序位于云中，而不是传统的数据中心；Native表示应用程序从设计之初即考虑到云的环境，原生为云而设计，在云上以最佳姿势运行，充分利用和发挥云平台的弹性+分布式优势。

云原生可以概括为4个要点：DevOps+持续交付+微服务+容器

总而言之，符合云原生架构的应用程序应该是：采用开源堆栈（K8S+Docker）进行容器化，基于微服务架构提高灵活性和可维护性，借助敏捷方法、DevOps支持持续迭代和运维自动化，利用云平台设施实现弹性伸缩、动态调度、优化资源利用率。

软件设计有两个关键目标：高内聚、低耦合

2.云原生全景图

2.1 云原生全景图4 层

• 供应层 （Provisioning）
  供应指的是为云原生应用准备标准基础环境所涉及的工具。它包含了基础设施的创建、管理、配置流程的自动化，以及容器镜像的扫描、签名和存储等。

• 运行时层（Runtime）
  在 CNCF 云原生全景图中，运行时保障了容器化应用程序组件的运行和通信， 包括：

• 云原生存储：为容器化应用提供虚拟磁盘或持久化存储；

• 容器运行时：为容器提供隔离、资源和安全；

• 云网络：分布式系统的节点（机器或进程）通过其连接和通信。

• 编排和管理层（Orchestration and Management）
  编排和管理层将所有容器化服务（应用程序组件）作为一个群组管理。这些容器化服务需要相互识别和通信，并需要进行协调。这一层可为云原生应用提供自动化和弹性能力，使云原生应用天然具有可扩展性。
  这一层包含：

• 编排和调度：部署和管理容器集群，确保它们具有弹性伸缩能力，相互之间低耦合，并且可扩展。事实上，编排工具（绝大多数情况下就是 Kubernetes）通过管理容器和操作环境构成了集群；

• 协调和服务发现：使得服务（应用程序组件）之间可以相互定位和通信；

• 远程进程调用（RPC）：使跨节点服务间通信的技术；

• 服务代理：服务间通信的中介。服务代理的唯一目的就是对服务之间的通信进行更多控制，而不会对通信本身添加任何内容。服务代理对下面将提到的服务网格（Service Mesh）至关重要。

• API 网关：一个抽象层，外部应用可通过 API 网关进行通信；

• Service Mesh：某种程度上类似于 API 网关，它是应用程序进行通信的专用基础架构层，提供基于策略的内部服务间通信。此外，它还可能包含流量加密、服务发现、应用程序监控等内容。

• 应用定义和开发层
  应用定义和开发层，顾名思义，聚集了让工程师构建和运行应用程序的工具。这一层包括：

• 数据库：使应用程序能以有序的方式收集数据；

• 流和消息传递：使应用程序能发送和接收消息（事件和流）。它不是网络层，而是让消息成为队列并处理消息的工具；

• 应用程序定义和镜像构建：用于配置、维护和运行容器镜像（应用程序的可执行文件）的服务；

• 持续集成和持续交付（CI/CD）：使开发者可自动测试代码是否与代码库（应用程序的其余部分）兼容。如果团队足够成熟，甚至可以自动部署代码到生产环境。

2.2 贯穿所有层的工具

云原生全景图右侧有贯穿所有层的两列，可观察性和分析（Observability&analysis）是监控各层的工具，平台则将各层中不同的技术捆绑为一个解决方案。

• 可观察性和分析（Observability and Analysis）
  为了限制服务中断并降低解决问题的平均时间（MRRT），你需要监控和分析应用层序的方方面面，以便在出现异常时可立即发现并纠正。复杂环境中容易出现故障，这些工具可快速识别并解决故障，从而降低故障带来的影响。由于这一类别贯穿并监控各层，因此它在侧面，而不是嵌入到某一层中。

• 日志工具：收集事件日志（有关进程的信息）；

• 监控方案：收集指标（以数字表示的系统参数，例如 RAM 可用性）；

• 追踪工具：追踪比监控更进了一步，它们监控用户请求的传播，与服务网格相关。

• 混沌工程（Chaos Engineering）：在生产环境中测试软件的工具，可识别缺陷并进行修复，减少其对服务交付的影响

• 平台类（Platform）
  可以看到，图中每一个模块解决一个特定的问题。但我们知道，仅有存储并不能提供应用程序所需的全部功能。你还需要编排工具，容器运行时，服务发现，网络，API 网关等等。平台覆盖多层，将不同的工具组合在一起，以解决更大的问题。
  你可能会注意到，所有的类别都围绕着 Kubernetes 展开。这是因为 Kubernetes 虽然只是云原生景观图这张拼图中的一块，但它却是云原生技术栈的核心。顺便说一下，CNCF 刚创建时，Kubernetes 就是其中的第一个种子项目，后来才有了其他项目。
  平台可分为四类：

• Kubernetes 发行版：采用未经修改的开放源代码（尽管有人对其进行了修改），并根据市场需要增加了其他功能；

• 托管的 Kubernetes：类似于 Kubernetes 发行版，但是由提供商托管；

• Kubernetes 安装程序：自动执行 Kubernetes 的安装和配置过程；

• PaaS/容器服务：类似于托管的 Kubernetes，但是包含了一套更广泛的应用部署工具（通常是来自云原生景观图）。