【51CTO.com快譯】不可否認(rèn)，在近十年間，云計(jì)算的相關(guān)應(yīng)用得到了蓬勃的發(fā)展。根據(jù)Gartner的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，全球公共云服務(wù)市場(chǎng)在2019年已經(jīng)達(dá)到了2278億美元，而今年它將持續(xù)增長(zhǎng)17%，并達(dá)到2664億美元(請(qǐng)參見(jiàn)--https://www.gartner.com/en/newsroom/press-releases/2019-11-13-gartner-forecasts-worldwide-public-cloud-revenue-to-grow-17-percent-in-2020#:~:text=The%20worldwide%20public%20cloud%20services,research%20vice%20president%20at%20Gartner.)。像Airbnb、Netflix和Uber之類，以云服務(wù)為基礎(chǔ)的明星企業(yè)，利用云原生(Cloud Native)技術(shù)，在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之前更快地?fù)屨剂耸袌?chǎng)，甚至重塑了所在的行業(yè)。可見(jiàn)，理解并選擇正確的云原生技術(shù)，將有助于提高應(yīng)用與服務(wù)的開發(fā)速度，減少維護(hù)工具的復(fù)雜性，并能提高有限基礎(chǔ)設(shè)施的利用率。本文將向您介紹13種云原生工具，以方便您打造本企業(yè)的云原生屬性。
什么是原生云?
云原生計(jì)算基金會(huì)(Cloud Native Computing Foundation，CNCF)提供的官方定義為：云原生技術(shù)是在公共云、私有云、以及混合云的動(dòng)態(tài)環(huán)境中，讓組織能夠構(gòu)建和運(yùn)行具有可擴(kuò)展性的應(yīng)用程序。這些應(yīng)用包括：容器、服務(wù)網(wǎng)格、微服務(wù)、恒定架構(gòu)(immutable infrastructure)、以及聲明性API等。這些技術(shù)使得松耦合的系統(tǒng)具有一定云端彈性、可管理性和可觀察性。憑借著其自動(dòng)化的技術(shù)特點(diǎn)，開發(fā)人員可以在不增加工作量的情況下，頻繁地、可預(yù)見(jiàn)性地進(jìn)行各種變更與迭代。簡(jiǎn)而言之，云原生的目標(biāo)就是根據(jù)業(yè)務(wù)所需，快速、敏捷地向用戶交付軟件產(chǎn)品，并降低IT的整體成本。
云原生的價(jià)值
云原生技術(shù)具有以下三方面的優(yōu)勢(shì)：
- 速度：云原生應(yīng)用程序可以快速地被開發(fā)和部署，從而加快了產(chǎn)品面市的時(shí)間。許多云服務(wù)提供商都帶有云原生組件，這讓托管此類應(yīng)用變得非常簡(jiǎn)單。此外，由于云計(jì)算原生工具嚴(yán)重依賴抽象，這使得抽象更加通用，開發(fā)團(tuán)隊(duì)不再需要依附整個(gè)公司的共享運(yùn)行時(shí)，來(lái)運(yùn)行自己的服務(wù)。因此，組織需要處理的開銷也就更少。
- 可擴(kuò)展性和可用性：原先僅能夠處理上百個(gè)客戶的云原生應(yīng)用，可以被無(wú)縫地?cái)U(kuò)展到服務(wù)數(shù)百萬(wàn)個(gè)客戶，以滿足實(shí)時(shí)的資源需求。這比傳統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)整資源要更加節(jié)省成本。此外，自動(dòng)化故障轉(zhuǎn)移和藍(lán)綠部署等技術(shù)，也融入到了云原生工具中。
- 質(zhì)量：云原生應(yīng)用程序的開發(fā)往往是基于恒定性和解耦性的。這使得應(yīng)用程序不但健壯、易于維護(hù)，而且具有較高的軟件質(zhì)量。由于時(shí)下流行的云原生技術(shù)是開源的，而且得到了CNCF的支持，因此軟件開發(fā)公司可以避免被某個(gè)云供應(yīng)商所鎖定，并能夠在開發(fā)工作中持續(xù)得到社區(qū)的維護(hù)和支持。
基于上述優(yōu)勢(shì)，許多像Microsoft、Google和Amazon之類的大型組織,都在最小化運(yùn)營(yíng)成本的同時(shí)，享受到了云計(jì)算的巨大紅利。
如何實(shí)現(xiàn)云原生
為了將應(yīng)用遷移到云原生系統(tǒng)中，您往往需要用到如下結(jié)構(gòu)化方法中的一種：
- 垂直：選擇一個(gè)非關(guān)鍵性任務(wù)的服務(wù)，然后對(duì)其啟用云原生技術(shù)，并實(shí)施遷移。
- 水平：專注于某個(gè)單獨(dú)的云原生功能，如持續(xù)集成(CI)或持續(xù)交付(CD)，將其部署到所有現(xiàn)有的服務(wù)中。
注意：選擇某個(gè)非關(guān)鍵性的任務(wù)系統(tǒng)，對(duì)于降低風(fēng)險(xiǎn)、以及最大限度地提高遷移成功率來(lái)說(shuō)，都是至關(guān)重要的。
云原生工具
以下便是業(yè)界常用的云原生工具列表。各大公司通過(guò)使用它們，實(shí)現(xiàn)了更快的產(chǎn)品交付，更少的摩擦，以及更低的開發(fā)與維護(hù)成本。
1.微服務(wù)
微服務(wù)能夠?qū)a(chǎn)品的功能劃分為多個(gè)可以被單獨(dú)部署的單元。例如，在傳統(tǒng)的非云原生(pre-cloud-native)部署中，通常只有一個(gè)網(wǎng)站服務(wù)來(lái)管理各種API和客戶間的交互。但是通過(guò)使用微服務(wù)，您可以將該網(wǎng)站分解成為包括賬號(hào)服務(wù)和用戶服務(wù)在內(nèi)的多個(gè)服務(wù)。據(jù)此，您可以單獨(dú)地對(duì)這些服務(wù)進(jìn)行開發(fā)、部署和擴(kuò)展。
同時(shí)，微服務(wù)通常是無(wú)狀態(tài)的，它給開發(fā)團(tuán)隊(duì)利用云原生工具提供了各種靈活性。
推薦技術(shù)： Node.js(https://nodejs.org/)
替代技術(shù)： Kotlin(https://kotlinlang.org/)，Golang(https://golang.org/)
持續(xù)集成/持續(xù)部署(CI/CD)是一種基礎(chǔ)架構(gòu)組件，它支持自動(dòng)化的測(cè)試執(zhí)行(和可選的部署)，拉取式請(qǐng)求合并，以及版本控制事件。CI/CD使得公司能夠?qū)崿F(xiàn)諸如：?jiǎn)卧獪y(cè)試、靜態(tài)分析、以及安全分析等質(zhì)量門。而且，作為云原生生態(tài)系統(tǒng)中的基礎(chǔ)工具，CI/CD也可以提高工程效率，并減少錯(cuò)誤的數(shù)量。
推薦技術(shù)： Gitlab CI/CD(https://docs.gitlab.com/ee/ci/)
替代技術(shù)： Github Actions(https://github.com/features/actions)
3.容器
容器是云原生生態(tài)系統(tǒng)的核心。它通過(guò)簡(jiǎn)化開發(fā)人員的操作，來(lái)提高交付速度和產(chǎn)品質(zhì)量。通過(guò)使用帶有Docker工具的容器，開發(fā)團(tuán)隊(duì)可以指定目標(biāo)系統(tǒng)的依賴性，同時(shí)提供統(tǒng)一且通用的執(zhí)行層面。而通過(guò)該層面，團(tuán)隊(duì)只需著眼于Kubernetes之類容器編排等單個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施。
同時(shí)，工程團(tuán)隊(duì)可以將容器的鏡像存儲(chǔ)在容器的注冊(cè)表中，以提供漏洞分析和細(xì)粒度的訪問(wèn)控制。該領(lǐng)域的熱門服務(wù)包括：Docker Hub(https://hub.docker.com/)、Google Container Registry(https://cloud.google.com/container-registry)、Quay(https://quay.io/)。
推薦技術(shù)： Docker(https://www.docker.com/)
替代技術(shù)： Podman(https://podman.io/)，LXD(https://linuxcontainers.org/lxd/introduction/)
4.容器編排(Container Orchestration)
上面提到的容器編排是一種用于啟動(dòng)和管理大量容器的工具。它并不需要特定于語(yǔ)言或團(tuán)隊(duì)的部署策略，而是允許用戶指定某個(gè)或某組容器鏡像進(jìn)行配置。編排的最后是將這些規(guī)范轉(zhuǎn)換為運(yùn)行的工作流。因此，開發(fā)團(tuán)隊(duì)可以只維護(hù)一個(gè)用于執(zhí)行任何一種OCI規(guī)范(https://github.com/opencontainers/runtime-spec/blob/master/spec.md)的容器。
推薦技術(shù)： Kubernetes(https://kubernetes.io/)
替代技術(shù)： Google Cloud Run(https://cloud.google.com/run)
基礎(chǔ)設(shè)施即代碼是一種在版本控制的基礎(chǔ)上實(shí)施云端配置的策略。過(guò)去，公司通常需要通過(guò)管理面板，來(lái)手動(dòng)配置和管理云端資源。不過(guò)，這樣會(huì)導(dǎo)致團(tuán)隊(duì)很難跟蹤各種手動(dòng)更改。而基礎(chǔ)設(shè)施即代碼則是通過(guò)將云端資源定義為代碼，并將其納入版本控制之中，來(lái)解決該問(wèn)題。也就是說(shuō)，我們可以在代碼中對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的配置進(jìn)行更改，并通過(guò)公司的部署過(guò)程進(jìn)行升級(jí)，其中可以包括同行評(píng)審(peer reviews)、CI和CD等。而版本控制則會(huì)提供一套審核日志，來(lái)顯示誰(shuí)、何時(shí)更改了哪些資源。
推薦技術(shù)： Terraform(https://www.terraform.io/)
替代技術(shù)： Pulumi(https://www.pulumi.com/)
6.密碼管理
像密碼、私鑰和API憑據(jù)等密碼管理，對(duì)于云原生解決方案來(lái)說(shuō)是必不可少的。它們需要被加密后，存儲(chǔ)到相應(yīng)的配置中。成熟的解決方案往往是通過(guò)頒發(fā)臨時(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)憑據(jù)或循環(huán)憑據(jù)，來(lái)保障密碼管理的安全性。由于容器化服務(wù)可以實(shí)現(xiàn)水平方向擴(kuò)展，并且可以被安排在許多不同的機(jī)器上，因此我們需要為云原生應(yīng)用程序配置一套合適的密碼管理方案，以免增加密碼泄漏的風(fēng)險(xiǎn)暴露面。
推薦技術(shù)： Vault(https://www.vaultproject.io/)
替代技術(shù)： Sealed Secrets(https://github.com/bitnami-labs/sealed-secrets)
7.證書
對(duì)于基于容器的解決方案來(lái)說(shuō)，許多不同的服務(wù)可能會(huì)在同一臺(tái)物理機(jī)器上運(yùn)行。如果數(shù)據(jù)沒(méi)有被加密，那些已經(jīng)獲得了主機(jī)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)權(quán)限的攻擊者，就能夠輕松地讀取到各個(gè)服務(wù)之間的所有通信。通過(guò)TLS進(jìn)行安全通信不僅是一種最佳實(shí)踐，而且是必不可少的。當(dāng)然，自動(dòng)化更新云原生證書的解決方案，會(huì)比手動(dòng)部署要可靠得多。
推薦技術(shù)： cert-manager(https://github.com/jetstack/cert-manager)
替代技術(shù)： Google managed certificates(https://cloud.google.com/kubernetes-engine/docs/how-to/managed-certs)
8 .API網(wǎng)關(guān)
API網(wǎng)關(guān)在實(shí)際應(yīng)用中往往被作為反向代理，提供了類似于Apache(https://httpd.apache.org/)和NGINX(https://www.nginx.com/)之類傳統(tǒng)反向代理產(chǎn)品的功能。此外，API網(wǎng)關(guān)還支持：
- gRPC、HTTP/2和Websockets等協(xié)議
- 動(dòng)態(tài)配置
- 雙向TLS
- 路由
- 提供諸如速率限制和電路中斷等云服務(wù)彈性功能
- 提供各類監(jiān)控指標(biāo)的可見(jiàn)化
推薦技術(shù)： Ambassador(https://github.com/datawire/ambassador)
替代技術(shù)： Kong(https://konghq.com/)
9.日志
作為可觀察性(https://www.oreilly.com/library/view/distributed-systems-observability/9781492033431/ch04.html)的基礎(chǔ)，日志記錄對(duì)于開發(fā)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)是再熟悉不過(guò)了。云原生工具在日志方面強(qiáng)調(diào)的是受監(jiān)控指標(biāo)的時(shí)序性，旨在以成本效益的方式，獲悉事件發(fā)生的原委。同時(shí)，日志對(duì)于云端應(yīng)用的開發(fā)調(diào)試與觀察，也是必不可少的“剛需”。
推薦技術(shù)： EFK(https://www.cncf.io/blog/2020/07/27/logging-in-kubernetes-efk-vs-plg-stack/)
替代技術(shù)： Loki(https://github.com/grafana/loki)
10.監(jiān)控
上面提到的時(shí)序日志往往來(lái)自于監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)聚合監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，以避免存儲(chǔ)所有的事件。也就是說(shuō)，云原生系統(tǒng)需要通過(guò)成本效益的方式，來(lái)了解系統(tǒng)在如下方面的狀態(tài)：
- 進(jìn)行了多少次操作?
- 操作的結(jié)果是成功還是失敗?其狀態(tài)代碼是什么?
- 操作耗時(shí)多久?
- 重要資源(如：隊(duì)列深度或線程池)的數(shù)值是多少?
您可以為受監(jiān)控的指標(biāo)分配不同的維度，以深入了解單個(gè)主機(jī)、操作系統(tǒng)、以及版本等方面的性能。
推薦技術(shù)： Prometheus(https://prometheus.io/)/Grafana(https://prometheus.io/docs/visualization/grafana/)
替代技術(shù)： Datadog(https://www.datadoghq.com/)
11.警報(bào)
警報(bào)是日志監(jiān)控的結(jié)果，它會(huì)將系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題、以及對(duì)應(yīng)的時(shí)序指標(biāo)，通知到操作人員。例如，當(dāng)系統(tǒng)的HTTP 500系列狀態(tài)代碼增加、或請(qǐng)求等待時(shí)間延長(zhǎng)時(shí)，此類警報(bào)會(huì)及時(shí)發(fā)送到運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)處。對(duì)于云原生系統(tǒng)而言，出現(xiàn)問(wèn)題并不可怕，可怕的是大家不知道問(wèn)題出在哪里。因此，警報(bào)的作用是不言而喻的。
推薦技術(shù)： Prometheus Alertmanager(https://prometheus.io/docs/alerting/latest/alertmanager/)
替代技術(shù)： Grafana Alerts(https://grafana.com/docs/grafana/latest/alerting/)
12.追蹤
為了減少在啟動(dòng)和擴(kuò)展服務(wù)上的開銷，開發(fā)團(tuán)隊(duì)往往會(huì)在服務(wù)發(fā)布之前，分配給云服務(wù)更多的資源。支持團(tuán)隊(duì)可以通過(guò)監(jiān)控和跟蹤各個(gè)服務(wù)之間的通信，來(lái)了解用戶的最終狀態(tài)，以及用戶在使用過(guò)程中，每個(gè)階段的耗時(shí)和資源使用率。據(jù)此，當(dāng)出現(xiàn)性能問(wèn)題時(shí)，團(tuán)隊(duì)可以及時(shí)捕獲到錯(cuò)誤信息。因此，作為觀察和調(diào)試工具的深化，云原生技術(shù)的跟蹤功能，可以讓團(tuán)隊(duì)更快地診斷問(wèn)題，進(jìn)而顯著地減少宕機(jī)時(shí)間。
推薦技術(shù)： Jaeger(https://www.jaegertracing.io/)
替代技術(shù)： Zipkin(https://zipkin.io/)
作為上述功能的綜合，云服務(wù)網(wǎng)格可以提供動(dòng)態(tài)路由、負(fù)載平衡、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)策略，以及包括斷路器(https://docs.microsoft.com/en-us/azure/architecture/patterns/circuit-breaker)和重試機(jī)制(https://docs.microsoft.com/en-us/azure/architecture/patterns/retry)在內(nèi)的云服務(wù)彈性功能。我們可以將服務(wù)網(wǎng)格視為云計(jì)算原生架構(gòu)在負(fù)載平衡方面的一種進(jìn)化。
推薦技術(shù)： Istio(https://istio.io/)
替代技術(shù)： Consul(https://www.consul.io/)
小結(jié)
通過(guò)靈活地選用上述云原生工具，我們可以適當(dāng)?shù)靥岣咴品?wù)產(chǎn)品的交付速度，增加服務(wù)的可用性與性能，以及保持企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。您不必一蹴而就，完全可以從某個(gè)單一技術(shù)入手，以充分利用它給云端業(yè)務(wù)帶來(lái)的顯著好處與提升。
原文標(biāo)題：How to Become a Cloud-Native Company and 13 Tools to Get You There， Kentaro Wakayama
【51CTO譯稿，合作站點(diǎn)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明原文譯者和出處為51CTO.com】
