“未來(lái)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?xiě)?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(wú)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。

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云原生技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史

• 2004 年— 2007 年，Google 已在內(nèi)部大規(guī)模地使用像 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?Docker 之后，就需要有一種方式去幫助大家方便、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)展速度非常之快。
• 2015 年，由Google、Redhat 以及微軟等大型云計(jì)算廠商以及一些開(kāi)源公司共同牽頭成立了 CNCF 云原生基金會(huì)。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(kāi)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 成立三周年有了 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(jiàn)的。

云原生技術(shù)生態(tài)現(xiàn)狀

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(https://github.com/cncf/landscape)，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。所以如果以這張全景圖作為背景，加以思考就會(huì)發(fā)現(xiàn)，我們今天所討論的云原生其實(shí)主要談?wù)摿艘韵聨c(diǎn)：

云原生基金會(huì) —— CNCF;

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(kāi)源項(xiàng)目;

除了前面兩點(diǎn)之外，現(xiàn)在全球各大公有云廠商都已經(jīng)支持了 Kubernetes。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)

2019 年正是云原生時(shí)代的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，為什么這么說(shuō)?我們這里就為大家簡(jiǎn)單梳理一下。

從 2013 年 Docker 項(xiàng)目發(fā)布開(kāi)始說(shuō)起，Docker 項(xiàng)目的發(fā)布使得全操作系統(tǒng)語(yǔ)義的沙盒技術(shù)唾手可得，使得用戶(hù)能夠更好地、更完整地打包自己的應(yīng)用，使得開(kāi)發(fā)者可以輕而易舉的獲得了一個(gè)應(yīng)用的最小可運(yùn)行單位，而不需要依賴(lài)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(kāi)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(kāi)源 Kubernetes 而不是直接開(kāi)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，是沒(méi)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可以借助 Kubernetes 讓大家接觸到，這也是開(kāi)源 Kubernetes 的重要背景。

這樣到了 2015 年到 2016 年，就到了容器編排“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(kāi)角逐，他們競(jìng)爭(zhēng)的原因其實(shí)也比較容易理解， 那就是 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(shuō)對(duì)云的價(jià)值，那么就一定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 則兼具了兩者優(yōu)勢(shì)，最終在 2017 年“三國(guó)爭(zhēng)霸”的局面中得以勝出，成為了當(dāng)時(shí)直到現(xiàn)在的容器編排標(biāo)準(zhǔn)。這一過(guò)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)，并且 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(kāi)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。

什么是“云原生”?云原生該怎么落地?

云原生的定義

很多人都會(huì)問(wèn)“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。更詳細(xì)的說(shuō)，云原生為用戶(hù)指定了一條低心智負(fù)擔(dān)的、敏捷的、能夠以可擴(kuò)展、可復(fù)制的方式最大化地利用云的能力、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(lái)的軟件：首先，天然就“生在云上，長(zhǎng)在云上”;其次，能夠最大化地發(fā)揮云的能力，使得我們開(kāi)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(lái)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(kāi)發(fā)、發(fā)布和運(yùn)維模式，從而使得軟件能夠最大化地發(fā)揮云的能力。說(shuō)到了這里，大家可以思考一下為什么容器技術(shù)具有革命性?

其實(shí)，容器技術(shù)和集裝箱技術(shù)的革命性非常類(lèi)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、以可擴(kuò)展可復(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(shuō)，容器技術(shù)正是云原生技術(shù)的核心底盤(pán)。

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：

第一部分是云應(yīng)用定義與開(kāi)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(kù)等。

第二部分是云應(yīng)用的編排與管理流程。這也是 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。

第三部分是監(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。

第四部分就是云原生的底層技術(shù)，比如容器運(yùn)行時(shí)、云原生存儲(chǔ)技術(shù)、云原生網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。

第五部分是云原生工具集，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(cāng)庫(kù)、云原生安全技術(shù)以及云端密碼管理等。

最后則是 Serverless。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(xiě)方式，包含了 FaaS 和 BaaS 這樣的概念。而無(wú)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。

云原生思想的兩個(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(lèi)似的。云原生技術(shù)的本質(zhì)是兩個(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(guò)容器鏡像來(lái)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、自描述可以完全在不同環(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(lái)的“容器設(shè)計(jì)模式”，這也是本系列課程中的 Kubernetes 部分所需主要講解的內(nèi)容。

基礎(chǔ)設(shè)施向云演進(jìn)的過(guò)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(lài)的基礎(chǔ)設(shè)施也在經(jīng)歷一個(gè)向云演進(jìn)的過(guò)程，舉例而言，對(duì)于傳統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施而言，其實(shí)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，那么流程大致是這樣的，先通過(guò) 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(guò)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，那么需要現(xiàn)更改公共鏡像來(lái)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(lài))。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(wú)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

所以，像這樣的基礎(chǔ)設(shè)施向“不可變”演進(jìn)的過(guò)程，為我們提供了兩個(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(wú)論是在美國(guó)打開(kāi)，在中國(guó)打開(kāi)，還是在印度打開(kāi)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(lài)，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(guò)鏡像運(yùn)行起來(lái)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 1 萬(wàn)個(gè)實(shí)例，這個(gè)過(guò)程對(duì)于容器化后的應(yīng)用沒(méi)有任何特殊的。最后，我們這時(shí)也能夠通過(guò)不可變的基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)地快速周?chē)墓芸叵到y(tǒng)和支撐組件。因?yàn)?，這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(hù)帶來(lái)的最大的優(yōu)點(diǎn)。

2019 年——云原生技術(shù)普及元年

為什么說(shuō) 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(kāi)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(lái)。

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(lái)。 從 2019 年開(kāi)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。