用 10 分鐘就能懂得云原生 (小白也可以理解)
我們已經進入云計算下半場，不再像上半場在糾結要不要上云，而是討論怎么上云？才能把云計算的價值發揮到淋漓盡致。如何把云計算與不同的業務場景深度結合？如何讓技術真正作用于企業？如何節省企業IT部署成本？?誰也不知道答案，直到“云原生”來了。
◆◆云原生是什么◆◆
云原生是什么？這個眾說紛紜，沒有統一的定義，姑且以老大哥CNCF的定義來了解云原生。
老大哥？CNCF？
CNCF，全稱為Cloud Native Computing Foundation，中文譯為“云原生計算基金會”。成立于2015年12月11日，CNCF是Linux基金會旗下的基金會。CNCF致力于培育和維護一個廠商中立的開源生態系統，來推廣云原生技術。CNCF是云原生領域影響力最大最有話語權的組織。
說起CNCF的故事，還要從Cgroups（control groups，控制組群）開始說起，時間軸回到16年前。
2004年，谷歌開始使用容器技術，于2006年發布了Cgroups,最初叫Process Container（進程容器）。
Process Container的目的非常直白，它希望能夠像虛擬化技術那樣給進程提供操作系統級別的資源限制、優先級控制、資源審計能力和進程控制能力。帶著這樣的設計思路，Process Container在2006年由Google的工程師正式推出后，第二年就進入了Linux內核主干。
因為在Linux內核中，容器（container）這個名詞有許多不同的意義，為避免混亂，就更名為Control Groups，也就是Cgroups。
2013?年，Docker?項目正式發布，2014?年，K8s項目也正式發布。
原因非常容易理解，因為有了容器和?Docker?之后，就需要有一種方式去幫助大家方便、快速、優雅地管理這些容器，這就是K8s項目的初衷。
K8s是云原生的基石，后面會細講。在?Google?和?Redhat?發布了K8s?之后，這個項目的發展速度非常之快。
2015?年，由Google、Redhat?以及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個創始會員，而且K8s也成為了?CNCF?托管的第一個開源項目。
在這之后，CNCF?迅猛發展。截止2020年2月，從官網看到數據顯示有433個會員。
那么CNCF是如何定義云原生的呢？
翻譯為中文：
除了CNCF關于云原生的定義，網絡上流傳的另一個版本是Pivotal 公司的 Matt Stine于2013年首次提出云原生概念；2015年，云原生剛推廣時，Matt Stine在《遷移到云原生架構》一書中定義了符合云原生架構的幾個特征：12因素、微服務、自敏捷架構、基于API 協作、扛脆弱性。
到了2017年，Matt Stine 改了口風，將云原生架構歸納為模塊化、可觀察、可部署、可測試、可替換、可處理6特質；而Pivotal 官網對云原生概括為4個要點：DevOps+持續交付+微服務+容器。
云原生即包含技術（微服務，敏捷基礎設施），也包含管理（DevOps，持續交付，康威定律，重組等）。云原生也可以說是一系列云技術、企業管理方法的集合。
我們以CNCF官方的定義來接著了解。云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。那么這些技術都是什么？這些技術有什么聯系？
◆◆云原生代表技術◆◆
容器
一般我們說的“容器”（LinuxContainer，LXC），都是“Linux容器”（當然微軟也在搞容器，但還沒linux那么成熟）。開源解決方案供應商紅帽官網給出的容器定義：
容器提供進程級的隔離，可以將操作系統管理的資源劃分到相互隔離的組中，在相互隔離的組之間解決資源使用存在沖突的問題。比如應用程序（Application，APP?）APP 1?只能在centos?操作系統上運行，APP2只能在ubuntu操作系統上運行，而同一個操作系統同時運行APP1和APP2就產生沖突，容器技術則恰恰可以解決這類問題。目前主流的容器技術有Docker、LXD以及RKT等。
Docker
說到容器，就不得不說Docker。
2010年，幾個大胡子的年輕人在美國舊金山成立了一家名叫“dotCloud”的公司。這家公司主要提供基于PaaS的云計算技術服務。具體來說，是和LXC有關的容器技術。LXC，就是Linux容器虛擬技術（Linux container）
后來，dotCloud公司將自己的容器技術進行了簡化和標準化，并命名為——Docker。
Docker項目發布時，無非也是LXC的一個使用者，它創建和使用應用容器的邏輯跟Warden等競爭對手沒有本質不同。不過，我們現在也知道，真正讓PaaS項目無所適從的，是Docker項目最厲害的殺手锏：容器鏡像。
Docker項目通過容器鏡像，直接將一個應用運行所需的完整環境，即：整個操作系統的文件系統也打包了進去。這種思路，可算是解決了困擾PaaS用戶已久的一致性問題，制作一個“一次發布、隨處運行”的Docker鏡像的意義，一下子就比制作一個連開發和測試環境都無法統一的Buildpack高明了太多。
Docker項目大大降低了容器技術的使用門檻，輕量級，可移植，虛擬化，語言無關，寫了程序扔上去做成鏡像可以隨處部署和運行，開發、測試和生產環境徹底統一了，還能進行資源管控和虛擬化。
Docker作為一種開源應用容器引擎，是為開發人員和系統管理員設計的用于構建、發布和運行分布式應用的平臺，典型的Docker平臺Kubernetes、Openshift V3、Flynn、Deis等。
Docker允許開發人員將各種應用以及依賴包打包到一個可移植的Docker容器中，以Docker容器為資源分割和調度的基本單位，封裝整個軟件運行時的環境，然后發布到Linux機器上。
Docker設計原理如上圖所示。按照Docker的設計方案，應用軟件的交付過程如同海上運輸，操作系統OS如同一個貨輪，每一個在OS基礎上的軟件都如同一個集裝箱，用戶可以通過標準化手段自由組裝運行環境，同時集裝箱的內容可以由用戶自定義，也可以由專業人員（開發人員或系統管理員）定制，如此一來，交付一個應用軟件產品，就相當于交付一系列標準化組件的集合。
一句話解釋Docker?
沒有集裝箱就沒有全球化，Docker就是IT世界里的集裝箱。
有了容器，就需要編排管理容器的生命周期，kubernetes要了解一下。
Kubernetes
說一下kubernetes，kubernetes一度被大家稱為云原生的基石。
K8s,全稱是Kubernetes。這個單詞來自于希臘語，含義是舵手或領航員。K8s是它的縮寫，用“8”字替代了“ubernete”這8個字符。
K8s并不是一件全新的發明。它是谷歌根據其內部使用的?Borg?改造成的一個通用容器編排調度器，于2014年6月開源，同年7月，微軟、Red Hat、IBM、Docker等公司，相繼加入K8s。2015年，谷歌將其捐贈給?Linux?基金會下屬的云原生計算基金會（CNCF），K8s也成為CNCF第一個項目。
K8s的架構，略微有一點復雜，我們簡單來看一下。
一個K8s系統，通常稱為一個K8s集群（Cluster）。這個集群主要包括兩個部分：一個Master節點（主節點）和一群Node節點（計算節點）。
列舉下一些專用術語的解釋。
理解完K8s?部分專業術語，就大致對K8s有個了解了。
云可以為我們提供穩定而唾手可得的基礎設施，但是業務上云成了一個難題，K8s?的出現與其說是從最初的容器編排解決方案開始，倒不如說是為了解決應用上云（即云原生應用）這個難題。
CNCF?中托管的一系列項目即致力于云原生應用整個生命周期的管理，從部署平臺、日志收集、Service Mesh（服務網格）、服務發現、分布式追蹤、監控以及安全等各個領域通過開源軟件為我們提供一整套解決方案。
Google?通過將云應用進行抽象簡化出的?Kubernetes?中的各種概念對象，如Pod、Deployment、Job、StatefulSet?等，形成了Cloud Native?應用的通用可移植的模型，Kubernetes?作為云應用的部署標準，直接面向業務應用，大大提高了云應用的可移植性，解決云廠商鎖定的問題，讓云應用可以在夸云之間無縫遷移，甚至用來管理混合云，成為企業?IT?云平臺的新標準。
微服務
在介紹微服務時，首先得先理解什么是微服務，顧名思義，微服務得從兩個方面去理解，什么是"微"、什么是"服務"，微?狹義來講就是體積小、著名的?"2 pizza?團隊"?很好的詮釋了這一解釋（2 pizza?團隊最早是亞馬遜?CEO Bezos提出來的，意思是說單個服務的設計，所有參與人從設計、開發、測試、運維所有人加起來只需要2個披薩就夠了）。
而所謂服務，一定要區別于系統，服務一個或者一組相對較小且獨立的功能單元，是用戶可以感知最小功能集。
傳統的單體架構是以整個系統為單位進行部署，而微服務則是以每一個獨立組件（例如用戶服務，商品服務）為單位進行部署。對于單體應用，如果發現某一業務的請求量非常大，那么是無法單獨擴展該業務的，只能拷貝整個單體應用，再部署一套環境，來實現集群。正因為單體應用的缺陷，才有了微服務。
微服務和單體應用的區別，可以用Martin Fowler的這張圖來解釋：
圖中左邊是單體架構的集群，右邊是微服務集群。
什么意思呢？比如根據每個服務的吞吐量不同，支付服務需要部署20臺機器，用戶服務需要部署30臺機器，而商品服務只需要部署10臺機器。這種靈活部署只有微服務架構才能實現。
而近幾年流行的Docker，為微服務架構提供了有效的容器。
服務網格
服務網格( Service Mesh )是指用以處理服務與服務之間通信的基礎設施層。其最早由Buoyant公司（開發Service Mesh項目Linkerd的公司）提出，并在內部使用。該公司2016年9月29日第一次公開使用這個術語。
Service Mesh一般用于微服務應用的可配置基礎架構層( configurable infrastructure layer )。Istio(?由Google、IBM、Lyft公司在背后進行支持?)?是目前最廣為人知的一款服務網格架構。
Kubernetes(由Google最早進行設計并開源)是目前Istio唯一支持的容器組織框架。
為什么Service Mesh這么受歡迎？對許多公司來說，Docker?和?Kubernetes?這樣的工具已經?"解決了部署問題"，或者說幾乎解決了。但他們還沒有解決運行時的問題，這就是服務網格的由來。
什么是解決了部署問題？使用?Docker?和?Kubernetes?等功能可顯著減輕部署的增量操作負擔。使用這些工具，部署100個應用或服務不再是部署單個應用的100倍。這是向前邁出的一大步，對許多公司來說，這導致采用微服務的成本大幅降低。這不僅是因為?Docker?和?Kubernetes?所提供了強大的抽象，而且還因為它們使整個組織的打包和部署模式過程標準化了。
Service Mesh的出現，彌補了Kubernetes在微服務的連接、管理和監控方面的短板，為Kubernetes提供更好的應用和服務管理。因此，Service Mesh的代表Istio一經推出，就被認為是可以和Kubernetes形成雙劍合璧效果的微服務管理的利器，受到了業界的推崇。
不可變基礎設施
在傳統的可變服務器基礎架構中，服務器會不斷更新和修改。使用此類基礎架構的工程師和管理員可以通過SSH連接到他們的服務器，手動升級或降級軟件包，逐個服務器地調整配置文件，以及將新代碼直接部署到現有服務器上。換句話說，這些服務器是可變的;它們可以在創建后進行更改。
可變基礎設施通常會導致以下問題：
不可變基礎架構是另一種基礎架構范例，其中服務器在部署后永遠不會被修改。程序設計中不可變變量（ImmutableVariable）就是在完成賦值后就不能發生更改，只能創建新的來整體替換舊的。由于具有這樣的特性這種變量可以在并發環境下安全的使用。對于基礎設施的不可變性，最基本的就是指運行服務的服務器在完成部署后，就不在進行更改。
不可變基礎架構的好處包括基礎架構中更高的一致性和可靠性，以及更簡單，更可預測的部署過程。
它可以緩解或完全防止可變基礎架構中常見的問題，例如配置漂移和雪花服務器。但是，有效地使用它通常包括全面的部署自動化，云計算環境中的快速服務器配置，以及處理狀態或短暫數據（如日志）的解決方案。
聲明式API
聲明式（Declarative）的編程方式一直都會被工程師們拿來與命令式（Imperative）進行對比，這兩者是完全不同的編程方法。
我們最常接觸的其實是命令式編程，它要求我們描述為了達到某一個效果或者目標所需要完成的指令，常見的編程語言?Go、Ruby、C++?其實都為開發者了命令式的編程方法，
聲明式和命令式是兩種截然不同的編程方式:
通俗的說，命令式編程是第一人稱，我要做什么，我要怎么做。??操作系統最喜歡這種編程范式了，?操作系統幾乎不用"思考",?只要一對一的將代碼翻譯成指令就可以了。?而聲明式編程則類似于"第二人稱"，?也就是你要做什么。??有點"產品經理"和"開發“之間的關系，"產品經理"只負責提需求，而"開發"怎么實現他不并關心。
讓我們來總結一下上面提到的技術和工具。
◆◆云原生應用價值◆◆
由于篇幅關系，簡單列舉三項云原生應用價值。
1）快速迭代
利用云原生應用程序開發，意味著使用敏捷與可擴展的組件，如以Kubernetes為代表的容器來提供離散和可重用的功能，這些功能以良好描述的方式集成，甚至跨越多云等技術邊界，這使得交付團隊可以使用重復的自動化和編排來快速迭代。
2）自動部署
云原生方法遠優于傳統的面向虛擬化的業務流程，傳統方法需要投入大量的精力來構建開發環境，以及軟件交付過程中的其他不同環境。而云原生架構具備自動化和組合功能，并且依賴于可靠、經過驗證和審核的已知良好流程的基礎，交付十分敏捷，而不再需要人工干預重復執行。
3）獨立高效
云原生帶來了微服務化架構，一個微服務基本是一個能獨立發布的應用服務，因此可以作為獨立組件升級、灰度或復用等，對整個大應用的影響也較小，每個服務可以由專門的組織來單獨完成，依賴方只要定好輸入和輸出口即可完全開發、甚至整個團隊的組織架構也會更精簡，因此溝通成本低、效率高。
談云原生就要談云計算，不和云計算對比都是耍流氓。云計算的第一個浪潮是關于成本節約和業務敏捷性，尤其是云計算的基礎設施更加廉價。
很多企業傾向于使用微服務架構來開發應用。微服務開發快速，職責單一，能夠更快速的被客戶所采納。同時，這些應用能夠通過快速迭代的方式，得到進化，贏得客戶的認可。云原生可以打通微服務開發、測試、部署、發布的整個流程環節。
云供應商為迎合市場，提供了滿足各種場景方案的 API，例如用于定位的 Google Maps，用于社交協作的認證平臺等。將所有這些 API 與企業業務的特性和功能混合在一起，可以讓他們為客戶構建獨特的方案。所有這些整合都在 API 層面進行。這意味著，不管是移動應用還是傳統的桌面應用都能無縫集成。所以，采用云原生所開發的應用都且具備極強的可擴展性。
軟件不可能不出故障。傳統的企業級開發方式，需要有專職人員來對企業應用進行監控與維護。而在云原生架構下，底層的服務或者是API都由將部署到云中，等價于將繁重的運維工作轉移給了云平臺供應商。這意味著客戶應用將得到更加專業的看護，同時，也節省了運維成本。
◆◆結 語◆◆
9年前，Netscape公司的創始人馬克·安德森說：“軟件正在吞噬世界”；6年前，OpenStack基金會創始人Jonathan Bryce 補充說：“世界的一切源于開源”；再之后，業內普遍認同“云計算已改變了天空的顏色”；但近兩年云計算概念又被清晰細分，“云原生”才是那條最大的魚。
“大魚”來了，我們能做的不是墨守成規，而是擁抱“大魚”，時代在召喚云原生，但是云原生不是一蹴而就，而是有個循序漸進的過程。排斥云原生，了解云原生，擁抱云原生，追隨云原生。
參考資料： 1.Kubernetes 是什么？，Linux中國
2.Kubernetes與云原生應用概覽，宋凈超
3.云原生的不同解釋及正確含義，倚天碼農
4.10分鐘看懂Docker和K8S，鮮棗課堂
5.CNCF官方大使張磊：什么是云原生？
鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/Zv8g0WldvUYmEd2hn_AQpA
作者：白告天
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