用 10 分钟就能懂得云原生 (小白也可以理解)

我们已经进入云计算下半场，不再像上半场在纠结要不要上云，而是讨论怎么上云？才能把云计算的价值发挥到淋漓尽致。如何把云计算与不同的业务场景深度结合？如何让技术真正作用于企业？如何节省企业IT部署成本？ 谁也不知道答案，直到“云原生”来了。

云原生是什么？这个众说纷纭，没有统一的定义，姑且以老大哥CNCF的定义来了解云原生。

老大哥？CNCF？

CNCF，全称为Cloud Native Computing Foundation，中文译为“云原生计算基金会”。成立于2015年12月11日，CNCF是Linux基金会旗下的基金会。CNCF致力于培育和维护一个厂商中立的开源生态系统，来推广云原生技术。CNCF是云原生领域影响力最大最有话语权的组织。

说起CNCF的故事，还要从Cgroups（control groups，控制组群）开始说起，时间轴回到16年前。

2004年，谷歌开始使用容器技术，于2006年发布了Cgroups,最初叫Process Container（进程容器）。

Process Container的目的非常直白，它希望能够像虚拟化技术那样给进程提供操作系统级别的资源限制、优先级控制、资源审计能力和进程控制能力。带着这样的设计思路，Process Container在2006年由Google的工程师正式推出后，第二年就进入了Linux内核主干。

因为在Linux内核中，容器（container）这个名词有许多不同的意义，为避免混乱，就更名为Control Groups，也就是Cgroups。

2013 年，Docker 项目正式发布，2014 年，K8s项目也正式发布。

原因非常容易理解，因为有了容器和 Docker 之后，就需要有一种方式去帮助大家方便、快速、优雅地管理这些容器，这就是K8s项目的初衷。

K8s是云原生的基石，后面会细讲。在 Google 和 Redhat 发布了K8s 之后，这个项目的发展速度非常之快。

2015 年，由Google、Redhat 以及微软等大型云计算厂商以及一些开源公司共同牵头成立了 CNCF 云原生基金会。CNCF成立之初，就有22个创始会员，而且K8s也成为了 CNCF 托管的第一个开源项目。

在这之后，CNCF 迅猛发展。截止2020年2月，从官网看到数据显示有433个会员。

那么CNCF是如何定义云原生的呢？

翻译为中文：

除了CNCF关于云原生的定义，网络上流传的另一个版本是Pivotal 公司的 Matt Stine于2013年首次提出云原生概念；2015年，云原生刚推广时，Matt Stine在《迁移到云原生架构》一书中定义了符合云原生架构的几个特征：12因素、微服务、自敏捷架构、基于API 协作、扛脆弱性。

到了2017年，Matt Stine 改了口风，将云原生架构归纳为模块化、可观察、可部署、可测试、可替换、可处理6特质；而Pivotal 官网对云原生概括为4个要点：DevOps+持续交付+微服务+容器。

MattStine认为云原生它是一个思想的集合，包括DevOps、持续交付（Continuous Delivery）、微服务（MicroServices）、敏捷基础设施（Agile Infrastructure）、康威定律（Conways Law）等。

云原生即包含技术（微服务，敏捷基础设施），也包含管理（DevOps，持续交付，康威定律，重组等）。云原生也可以说是一系列云技术、企业管理方法的集合。

我们以CNCF官方的定义来接着了解。云原生的代表技术包括容器、服务网格、微服务、不可变基础设施和声明式API。那么这些技术都是什么？这些技术有什么联系？

 

◆◆云原生代表技术◆◆

容器

一般我们说的“容器”（LinuxContainer，LXC），都是“Linux容器”（当然微软也在搞容器，但还没linux那么成熟）。开源解决方案供应商红帽官网给出的容器定义：

容器提供进程级的隔离，可以将操作系统管理的资源划分到相互隔离的组中，在相互隔离的组之间解决资源使用存在冲突的问题。比如应用程序（Application，APP ）APP 1 只能在centos 操作系统上运行，APP2只能在ubuntu操作系统上运行，而同一个操作系统同时运行APP1和APP2就产生冲突，容器技术则恰恰可以解决这类问题。目前主流的容器技术有Docker、LXD以及RKT等。

Docker

说到容器，就不得不说Docker。

2010年，几个大胡子的年轻人在美国旧金山成立了一家名叫“dotCloud”的公司。这家公司主要提供基于PaaS的云计算技术服务。具体来说，是和LXC有关的容器技术。LXC，就是Linux容器虚拟技术（Linux container）

后来，dotCloud公司将自己的容器技术进行了简化和标准化，并命名为——Docker。

Docker项目发布时，无非也是LXC的一个使用者，它创建和使用应用容器的逻辑跟Warden等竞争对手没有本质不同。不过，我们现在也知道，真正让PaaS项目无所适从的，是Docker项目最厉害的杀手锏：容器镜像。

Docker项目通过容器镜像，直接将一个应用运行所需的完整环境，即：整个操作系统的文件系统也打包了进去。这种思路，可算是解决了困扰PaaS用户已久的一致性问题，制作一个“一次发布、随处运行”的Docker镜像的意义，一下子就比制作一个连开发和测试环境都无法统一的Buildpack高明了太多。

Docker项目大大降低了容器技术的使用门槛，轻量级，可移植，虚拟化，语言无关，写了程序扔上去做成镜像可以随处部署和运行，开发、测试和生产环境彻底统一了，还能进行资源管控和虚拟化。

 

Docker作为一种开源应用容器引擎，是为开发人员和系统管理员设计的用于构建、发布和运行分布式应用的平台，典型的Docker平台Kubernetes、Openshift V3、Flynn、Deis等。

Docker允许开发人员将各种应用以及依赖包打包到一个可移植的Docker容器中，以Docker容器为资源分割和调度的基本单位，封装整个软件运行时的环境，然后发布到Linux机器上。

Docker设计原理如上图所示。按照Docker的设计方案，应用软件的交付过程如同海上运输，操作系统OS如同一个货轮，每一个在OS基础上的软件都如同一个集装箱，用户可以通过标准化手段自由组装运行环境，同时集装箱的内容可以由用户自定义，也可以由专业人员（开发人员或系统管理员）定制，如此一来，交付一个应用软件产品，就相当于交付一系列标准化组件的集合。

一句话解释Docker?

没有集装箱就没有全球化，Docker就是IT世界里的集装箱。

有了容器，就需要编排管理容器的生命周期，kubernetes要了解一下。

 

Kubernetes

说一下kubernetes，kubernetes一度被大家称为云原生的基石。

K8s,全称是Kubernetes。这个单词来自于希腊语，含义是舵手或领航员。K8s是它的缩写，用“8”字替代了“ubernete”这8个字符。

K8s并不是一件全新的发明。它是谷歌根据其内部使用的 Borg 改造成的一个通用容器编排调度器，于2014年6月开源，同年7月，微软、Red Hat、IBM、Docker等公司，相继加入K8s。2015年，谷歌将其捐赠给 Linux 基金会下属的云原生计算基金会（CNCF），K8s也成为CNCF第一个项目。

K8s的架构，略微有一点复杂，我们简单来看一下。

一个K8s系统，通常称为一个K8s集群（Cluster）。这个集群主要包括两个部分：一个Master节点（主节点）和一群Node节点（计算节点）。

列举下一些专用术语的解释。

理解完K8s 部分专业术语，就大致对K8s有个了解了。

云可以为我们提供稳定而唾手可得的基础设施，但是业务上云成了一个难题，K8s 的出现与其说是从最初的容器编排解决方案开始，倒不如说是为了解决应用上云（即云原生应用）这个难题。

CNCF 中托管的一系列项目即致力于云原生应用整个生命周期的管理，从部署平台、日志收集、Service Mesh（服务网格）、服务发现、分布式追踪、监控以及安全等各个领域通过开源软件为我们提供一整套解决方案。

Google 通过将云应用进行抽象简化出的 Kubernetes 中的各种概念对象，如Pod、Deployment、Job、StatefulSet 等，形成了Cloud Native 应用的通用可移植的模型，Kubernetes 作为云应用的部署标准，直接面向业务应用，大大提高了云应用的可移植性，解决云厂商锁定的问题，让云应用可以在夸云之间无缝迁移，甚至用来管理混合云，成为企业 IT 云平台的新标准。

微服务

在介绍微服务时，首先得先理解什么是微服务，顾名思义，微服务得从两个方面去理解，什么是"微"、什么是"服务"，微 狭义来讲就是体积小、著名的 "2 pizza 团队" 很好的诠释了这一解释（2 pizza 团队最早是亚马逊 CEO Bezos提出来的，意思是说单个服务的设计，所有参与人从设计、开发、测试、运维所有人加起来只需要2个披萨就够了）。

而所谓服务，一定要区别于系统，服务一个或者一组相对较小且独立的功能单元，是用户可以感知最小功能集。

传统的单体架构是以整个系统为单位进行部署，而微服务则是以每一个独立组件（例如用户服务，商品服务）为单位进行部署。对于单体应用，如果发现某一业务的请求量非常大，那么是无法单独扩展该业务的，只能拷贝整个单体应用，再部署一套环境，来实现集群。正因为单体应用的缺陷，才有了微服务。

微服务和单体应用的区别，可以用Martin Fowler的这张图来解释：

图中左边是单体架构的集群，右边是微服务集群。

什么意思呢？比如根据每个服务的吞吐量不同，支付服务需要部署20台机器，用户服务需要部署30台机器，而商品服务只需要部署10台机器。这种灵活部署只有微服务架构才能实现。

而近几年流行的Docker，为微服务架构提供了有效的容器。

服务网格

服务网格( Service Mesh )是指用以处理服务与服务之间通信的基础设施层。其最早由Buoyant公司（开发Service Mesh项目Linkerd的公司）提出，并在内部使用。该公司2016年9月29日第一次公开使用这个术语。

Service Mesh一般用于微服务应用的可配置基础架构层( configurable infrastructure layer )。Istio( 由Google、IBM、Lyft公司在背后进行支持 ) 是目前最广为人知的一款服务网格架构。

Kubernetes(由Google最早进行设计并开源)是目前Istio唯一支持的容器组织框架。

为什么Service Mesh这么受欢迎？对许多公司来说，Docker 和 Kubernetes 这样的工具已经 "解决了部署问题"，或者说几乎解决了。但他们还没有解决运行时的问题，这就是服务网格的由来。

什么是解决了部署问题？使用 Docker 和 Kubernetes 等功能可显著减轻部署的增量操作负担。使用这些工具，部署100个应用或服务不再是部署单个应用的100倍。这是向前迈出的一大步，对许多公司来说，这导致采用微服务的成本大幅降低。这不仅是因为 Docker 和 Kubernetes 所提供了强大的抽象，而且还因为它们使整个组织的打包和部署模式过程标准化了。

Service Mesh的出现，弥补了Kubernetes在微服务的连接、管理和监控方面的短板，为Kubernetes提供更好的应用和服务管理。因此，Service Mesh的代表Istio一经推出，就被认为是可以和Kubernetes形成双剑合璧效果的微服务管理的利器，受到了业界的推崇。

不可变基础设施

在传统的可变服务器基础架构中，服务器会不断更新和修改。使用此类基础架构的工程师和管理员可以通过SSH连接到他们的服务器，手动升级或降级软件包，逐个服务器地调整配置文件，以及将新代码直接部署到现有服务器上。换句话说，这些服务器是可变的;它们可以在创建后进行更改。

可变基础设施通常会导致以下问题：

不可变基础架构是另一种基础架构范例，其中服务器在部署后永远不会被修改。程序设计中不可变变量（ImmutableVariable）就是在完成赋值后就不能发生更改，只能创建新的来整体替换旧的。由于具有这样的特性这种变量可以在并发环境下安全的使用。对于基础设施的不可变性，最基本的就是指运行服务的服务器在完成部署后，就不在进行更改。

不可变基础架构的好处包括基础架构中更高的一致性和可靠性，以及更简单，更可预测的部署过程。

它可以缓解或完全防止可变基础架构中常见的问题，例如配置漂移和雪花服务器。但是，有效地使用它通常包括全面的部署自动化，云计算环境中的快速服务器配置，以及处理状态或短暂数据（如日志）的解决方案。

声明式API

声明式（Declarative）的编程方式一直都会被工程师们拿来与命令式（Imperative）进行对比，这两者是完全不同的编程方法。

我们最常接触的其实是命令式编程，它要求我们描述为了达到某一个效果或者目标所需要完成的指令，常见的编程语言 Go、Ruby、C++ 其实都为开发者了命令式的编程方法，

声明式和命令式是两种截然不同的编程方式:

通俗的说，命令式编程是第一人称，我要做什么，我要怎么做。  操作系统最喜欢这种编程范式了， 操作系统几乎不用"思考", 只要一对一的将代码翻译成指令就可以了。 而声明式编程则类似于"第二人称"， 也就是你要做什么。  有点"产品经理"和"开发“之间的关系，"产品经理"只负责提需求，而"开发"怎么实现他不并关心。

让我们来总结一下上面提到的技术和工具。

由于篇幅关系，简单列举三项云原生应用价值。

1）快速迭代

利用云原生应用程序开发，意味着使用敏捷与可扩展的组件，如以Kubernetes为代表的容器来提供离散和可重用的功能，这些功能以良好描述的方式集成，甚至跨越多云等技术边界，这使得交付团队可以使用重复的自动化和编排来快速迭代。

2）自动部署

云原生方法远优于传统的面向虚拟化的业务流程，传统方法需要投入大量的精力来构建开发环境，以及软件交付过程中的其他不同环境。而云原生架构具备自动化和组合功能，并且依赖于可靠、经过验证和审核的已知良好流程的基础，交付十分敏捷，而不再需要人工干预重复执行。

3）独立高效

云原生带来了微服务化架构，一个微服务基本是一个能独立发布的应用服务，因此可以作为独立组件升级、灰度或复用等，对整个大应用的影响也较小，每个服务可以由专门的组织来单独完成，依赖方只要定好输入和输出口即可完全开发、甚至整个团队的组织架构也会更精简，因此沟通成本低、效率高。

谈云原生就要谈云计算，不和云计算对比都是耍流氓。云计算的第一个浪潮是关于成本节约和业务敏捷性，尤其是云计算的基础设施更加廉价。

很多企业倾向于使用微服务架构来开发应用。微服务开发快速，职责单一，能够更快速的被客户所采纳。同时，这些应用能够通过快速迭代的方式，得到进化，赢得客户的认可。云原生可以打通微服务开发、测试、部署、发布的整个流程环节。

云供应商为迎合市场，提供了满足各种场景方案的 API，例如用于定位的 Google Maps，用于社交协作的认证平台等。将所有这些 API 与企业业务的特性和功能混合在一起，可以让他们为客户构建独特的方案。所有这些整合都在 API 层面进行。这意味着，不管是移动应用还是传统的桌面应用都能无缝集成。所以，采用云原生所开发的应用都且具备极强的可扩展性。

软件不可能不出故障。传统的企业级开发方式，需要有专职人员来对企业应用进行监控与维护。而在云原生架构下，底层的服务或者是API都由将部署到云中，等价于将繁重的运维工作转移给了云平台供应商。这意味着客户应用将得到更加专业的看护，同时，也节省了运维成本。

9年前，Netscape公司的创始人马克·安德森说：“软件正在吞噬世界”；6年前，OpenStack基金会创始人Jonathan Bryce 补充说：“世界的一切源于开源”；再之后，业内普遍认同“云计算已改变了天空的颜色”；但近两年云计算概念又被清晰细分，“云原生”才是那条最大的鱼。

“大鱼”来了，我们能做的不是墨守成规，而是拥抱“大鱼”，时代在召唤云原生，但是云原生不是一蹴而就，而是有个循序渐进的过程。排斥云原生，了解云原生，拥抱云原生，追随云原生。

参考资料：

1.Kubernetes 是什么？，Linux中国

2.Kubernetes与云原生应用概览，宋净超

3.云原生的不同解释及正确含义，倚天码农

4.10分钟看懂Docker和K8S，鲜枣课堂

5.CNCF官方大使张磊：什么是云原生？

链接：https://mp.weixin.qq.com/s/Zv8g0WldvUYmEd2hn_AQpA

作者：白告天

（版权归原作者所有，侵删）