【51CTO.com快譯】不可否認，在近十年間，云計算的相關(guān)應用得到了蓬勃的發(fā)展。根據(jù)Gartner的統(tǒng)計和預測，全球公共云服務市場在2019年已經(jīng)達到了2278億美元，而今年它將持續(xù)增長17%，并達到2664億美元(請參見--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，以云服務為基礎(chǔ)的明星企業(yè)，利用云原生(Cloud Native)技術(shù)，在競爭對手之前更快地搶占了市場，甚至重塑了所在的行業(yè)?？梢?，理解并選擇正確的云原生技術(shù)，將有助于提高應用與服務的開發(fā)速度，減少維護工具的復雜性，并能提高有限基礎(chǔ)設施的利用率。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?
云原生計算基金會(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、以及混合云的動態(tài)環(huán)境中，讓組織能夠構(gòu)建和運行具有可擴展性的應用程序。這些應用包括：容器、服務網(wǎng)格、微服務、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。憑借著其自動化的技術(shù)特點，開發(fā)人員可以在不增加工作量的情況下，頻繁地、可預見性地進行各種變更與迭代。簡而言之，云原生的目標就是根據(jù)業(yè)務所需，快速、敏捷地向用戶交付軟件產(chǎn)品，并降低IT的整體成本。
云原生的價值
云原生技術(shù)具有以下三方面的優(yōu)勢：
- 速度：云原生應用程序可以快速地被開發(fā)和部署，從而加快了產(chǎn)品面市的時間。許多云服務提供商都帶有云原生組件，這讓托管此類應用變得非常簡單。此外，由于云計算原生工具嚴重依賴抽象，這使得抽象更加通用，開發(fā)團隊不再需要依附整個公司的共享運行時，來運行自己的服務。因此，組織需要處理的開銷也就更少。
- 可擴展性和可用性：原先僅能夠處理上百個客戶的云原生應用，可以被無縫地擴展到服務數(shù)百萬個客戶，以滿足實時的資源需求。這比傳統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)整資源要更加節(jié)省成本。此外，自動化故障轉(zhuǎn)移和藍綠部署等技術(shù)，也融入到了云原生工具中。
- 質(zhì)量：云原生應用程序的開發(fā)往往是基于恒定性和解耦性的。這使得應用程序不但健壯、易于維護，而且具有較高的軟件質(zhì)量。由于時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云供應商所鎖定，并能夠在開發(fā)工作中持續(xù)得到社區(qū)的維護和支持。
基于上述優(yōu)勢，許多像Microsoft、Google和Amazon之類的大型組織,都在最小化運營成本的同時，享受到了云計算的巨大紅利。
如何實現(xiàn)云原生
為了將應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：選擇一個非關(guān)鍵性任務的服務，然后對其啟用云原生技術(shù)，并實施遷移。
- 水平：專注于某個單獨的云原生功能，如持續(xù)集成(CI)或持續(xù)交付(CD)，將其部署到所有現(xiàn)有的服務中。
注意：選擇某個非關(guān)鍵性的任務系統(tǒng)，對于降低風險、以及最大限度地提高遷移成功率來說，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。各大公司通過使用它們，實現(xiàn)了更快的產(chǎn)品交付，更少的摩擦，以及更低的開發(fā)與維護成本。
1.微服務
微服務能夠?qū)a(chǎn)品的功能劃分為多個可以被單獨部署的單元。例如，在傳統(tǒng)的非云原生(pre-cloud-native)部署中，通常只有一個網(wǎng)站服務來管理各種API和客戶間的交互。但是通過使用微服務，您可以將該網(wǎng)站分解成為包括賬號服務和用戶服務在內(nèi)的多個服務。據(jù)此，您可以單獨地對這些服務進行開發(fā)、部署和擴展。
同時，微服務通常是無狀態(tài)的，它給開發(fā)團隊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，它支持自動化的測試執(zhí)行(和可選的部署)，拉取式請求合并，以及版本控制事件。CI/CD使得公司能夠?qū)崿F(xiàn)諸如：單元測試、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。它通過簡化開發(fā)人員的操作，來提高交付速度和產(chǎn)品質(zhì)量。通過使用帶有Docker工具的容器，開發(fā)團隊可以指定目標系統(tǒng)的依賴性，同時提供統(tǒng)一且通用的執(zhí)行層面。而通過該層面，團隊只需著眼于Kubernetes之類容器編排等單個基礎(chǔ)設施。
同時，工程團隊可以將容器的鏡像存儲在容器的注冊表中，以提供漏洞分析和細粒度的訪問控制。該領(lǐng)域的熱門服務包括：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和管理大量容器的工具。它并不需要特定于語言或團隊的部署策略，而是允許用戶指定某個或某組容器鏡像進行配置。編排的最后是將這些規(guī)范轉(zhuǎn)換為運行的工作流。因此，開發(fā)團隊可以只維護一個用于執(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)設施即代碼是一種在版本控制的基礎(chǔ)上實施云端配置的策略。過去，公司通常需要通過管理面板，來手動配置和管理云端資源。不過，這樣會導致團隊很難跟蹤各種手動更改。而基礎(chǔ)設施即代碼則是通過將云端資源定義為代碼，并將其納入版本控制之中，來解決該問題。也就是說，我們可以在代碼中對基礎(chǔ)設施的配置進行更改，并通過公司的部署過程進行升級，其中可以包括同行評審(peer reviews)、CI和CD等。而版本控制則會提供一套審核日志，來顯示誰、何時更改了哪些資源。
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，對于云原生解決方案來說是必不可少的。它們需要被加密后，存儲到相應的配置中。成熟的解決方案往往是通過頒發(fā)臨時的數(shù)據(jù)庫憑據(jù)或循環(huán)憑據(jù)，來保障密碼管理的安全性。由于容器化服務可以實現(xiàn)水平方向擴展，并且可以被安排在許多不同的機器上，因此我們需要為云原生應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險暴露面。
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
對于基于容器的解決方案來說，許多不同的服務可能會在同一臺物理機器上運行。如果數(shù)據(jù)沒有被加密，那些已經(jīng)獲得了主機網(wǎng)絡訪問權(quán)限的攻擊者，就能夠輕松地讀取到各個服務之間的所有通信。通過TLS進行安全通信不僅是一種最佳實踐，而且是必不可少的。當然，自動化更新云原生證書的解決方案，會比手動部署要可靠得多。
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)在實際應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彈性功能
- 提供各類監(jiān)控指標的可見化
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)，日志記錄對于開發(fā)團隊來說是再熟悉不過了。云原生工具在日志方面強調(diào)的是受監(jiān)控指標的時序性，旨在以成本效益的方式，獲悉事件發(fā)生的原委。同時，日志對于云端應用的開發(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
上面提到的時序日志往往來自于監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過聚合監(jiān)控數(shù)據(jù)，以避免存儲所有的事件。也就是說，云原生系統(tǒng)需要通過成本效益的方式，來了解系統(tǒng)在如下方面的狀態(tài)：
- 進行了多少次操作?
- 操作的結(jié)果是成功還是失敗?其狀態(tài)代碼是什么?
- 操作耗時多久?
- 重要資源(如：隊列深度或線程池)的數(shù)值是多少?
您可以為受監(jiān)控的指標分配不同的維度，以深入了解單個主機、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
警報是日志監(jiān)控的結(jié)果，它會將系統(tǒng)出現(xiàn)的問題、以及對應的時序指標，通知到操作人員。例如，當系統(tǒng)的HTTP 500系列狀態(tài)代碼增加、或請求等待時間延長時，此類警報會及時發(fā)送到運營團隊處。對于云原生系統(tǒng)而言，出現(xiàn)問題并不可怕，可怕的是大家不知道問題出在哪里。因此，警報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
為了減少在啟動和擴展服務上的開銷，開發(fā)團隊往往會在服務發(fā)布之前，分配給云服務更多的資源。支持團隊可以通過監(jiān)控和跟蹤各個服務之間的通信，來了解用戶的最終狀態(tài)，以及用戶在使用過程中，每個階段的耗時和資源使用率。據(jù)此，當出現(xiàn)性能問題時，團隊可以及時捕獲到錯誤信息。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，可以讓團隊更快地診斷問題，進而顯著地減少宕機時間。
推薦技術(shù)： Jaeger(https://www.jaegertracing.io/)
替代技術(shù)： Zipkin(https://zipkin.io/)
13.服務網(wǎng)格
作為上述功能的綜合，云服務網(wǎng)格可以提供動態(tài)路由、負載平衡、服務發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡策略，以及包括斷路器(https://docs.microsoft.com/en-us/azure/architecture/patterns/circuit-breaker)和重試機制(https://docs.microsoft.com/en-us/azure/architecture/patterns/retry)在內(nèi)的云服務彈性功能。我們可以將服務網(wǎng)格視為云計算原生架構(gòu)在負載平衡方面的一種進化。
推薦技術(shù)： Istio(https://istio.io/)
替代技術(shù)： Consul(https://www.consul.io/)
小結(jié)
通過靈活地選用上述云原生工具，我們可以適當?shù)靥岣咴品债a(chǎn)品的交付速度，增加服務的可用性與性能，以及保持企業(yè)的競爭優(yōu)勢。您不必一蹴而就，完全可以從某個單一技術(shù)入手，以充分利用它給云端業(yè)務帶來的顯著好處與提升。
原文標題：How to Become a Cloud-Native Company and 13 Tools to Get You There， Kentaro Wakayama
【51CTO譯稿，合作站點轉(zhuǎn)載請注明原文譯者和出處為51CTO.com】
