作者 | Gaurav Rishi

譯者 | 張鋒

審校 | Noe

　　隨著應(yīng)用容器化的速度加快，Day2服務(wù)已經(jīng)成為一個(gè)迫在眉睫的問題。這些Day2服務(wù)包括數(shù)據(jù)管理功能，如備份和災(zāi)難恢復(fù)以及應(yīng)用程序遷移。在這個(gè)云原生應(yīng)用容器化的新世界中，微服務(wù)通常部署在多個(gè)位置（區(qū)域、云、本地），同時(shí)使用多種數(shù)據(jù)服務(wù)（MongoDB、Redis、Kafka等）和存儲(chǔ)技術(shù)來(lái)存儲(chǔ)這些應(yīng)用狀態(tài)。

　　在這種環(huán)境中，傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施或基于虛擬機(jī)管理程序的解決方案將很難發(fā)揮作用，那么為云原生應(yīng)用設(shè)計(jì)和實(shí)施這些數(shù)據(jù)管理功能的正確架構(gòu)是什么呢？你應(yīng)該如何分析存儲(chǔ)供應(yīng)商、數(shù)據(jù)服務(wù)供應(yīng)商和云供應(yīng)商提供的各種數(shù)據(jù)管理選項(xiàng)來(lái)確定適合你環(huán)境和需求的正確方法呢？本文深入探討了各種數(shù)據(jù)管理方法在一致性、存儲(chǔ)要求和性能等多個(gè)屬性上的優(yōu)缺點(diǎn)。

定義一個(gè)詞匯

　　首先，我們將解構(gòu)和簡(jiǎn)化技術(shù)棧以顯示數(shù)據(jù)可能在云原生應(yīng)用中的位置。

　　在考慮數(shù)據(jù)管理時(shí)，我們可以在上圖中顯示的一個(gè)（或多個(gè)）層上進(jìn)行操作。讓我們列舉這些層：

　　1、物理存儲(chǔ)

　　該層包括各種存儲(chǔ)硬件選型，可以將狀態(tài)存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中，并可選擇從NVMe和SSD設(shè)備到旋轉(zhuǎn)型磁盤甚至磁帶的物理介質(zhì)。它們有不同的外形尺寸，包括陣列和獨(dú)立機(jī)架服務(wù)器。

　　物理存儲(chǔ)可以位于：

• 　　在本地，你可能會(huì)遇到來(lái)自希捷、西部數(shù)據(jù)和美光等供應(yīng)商的存儲(chǔ)硬件。
• 　　在托管云提供商的數(shù)據(jù)中心中。雖然你可能永遠(yuǎn)不會(huì)接觸物理設(shè)備，但你知道它是云的基礎(chǔ)架構(gòu)一部分。

　　2、文件和塊存儲(chǔ)

       該軟件層提供文件或塊級(jí)結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)從底層物理存儲(chǔ)進(jìn)行高效的讀寫操作。在文件和塊這兩種情況下，底層存儲(chǔ)可以是獨(dú)立的（本地磁盤）或共享的網(wǎng)絡(luò)資源（NAS 或 SAN）。

•        塊存儲(chǔ)允許你從本地或遠(yuǎn)程磁盤創(chuàng)建具有低延遲并可通過iSCSI和FiberChannel等協(xié)議訪問的原始存儲(chǔ)卷。云供應(yīng)商上的塊存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)包括Amazon EBS和GCE 持久性磁盤。
  
•        文件存儲(chǔ)使用NFS和SMB等協(xié)議為文件語(yǔ)義和操作提供共享存儲(chǔ)。本地常見的文件存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)包括來(lái)自NetApp和Dell EMC的產(chǎn)品。云供應(yīng)商上的文件存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)包括 Amazon EFS、Google Cloud Filestore和Azure Files。
  

       這一層通常提供快照功能，按照時(shí)間點(diǎn)創(chuàng)建卷的副本來(lái)進(jìn)行保護(hù)。此外，在 Kubernetes 環(huán)境中，該層提供容器存儲(chǔ)接口 (CSI) 驅(qū)動(dòng)程序來(lái)規(guī)范化API，讓上層可以使用這些API來(lái)調(diào)用快照功能。請(qǐng)注意，就所支持的功能而言，并非所有CSI實(shí)現(xiàn)都是相同的。

　　3、數(shù)據(jù)服務(wù)

       這一層位于文件/塊存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)之上。它提供了各種數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)以及日益流行的存儲(chǔ)類型，即對(duì)象（又名 blob）存儲(chǔ)。該層通常與應(yīng)用程序進(jìn)行交互，底層數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)基于工作負(fù)載和業(yè)務(wù)邏輯來(lái)選擇。對(duì)于基于微服務(wù)的應(yīng)用程序，多語(yǔ)言持久性是一種規(guī)范，因?yàn)槊總€(gè)微服務(wù)都會(huì)為當(dāng)前的工作選擇最合適的數(shù)據(jù)服務(wù)。

　　一些數(shù)據(jù)庫(kù)類型和示例實(shí)現(xiàn)的子集包括：

• 　　SQL數(shù)據(jù)庫(kù)：MySQL、PostgreSQL、SQL Server
• 　　NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)：
• 　　鍵值存儲(chǔ)：Redis、BerkeleyDB
• 　　時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)：InfluxDB 、Prometheus
• 　　圖數(shù)據(jù)庫(kù)：Neo4j、 GraphDB
• 　　寬列存儲(chǔ)：Cassandra、Azure Cosmos
• 　　文檔存儲(chǔ)：MongoDB、CouchDB
• 　　消息隊(duì)列：Kafka、RabbitMQ、Amazon SQS
• 　　對(duì)象存儲(chǔ)1：Amazon S3、Google Cloud Storage、Minio

       這些數(shù)據(jù)庫(kù)還有幾個(gè)托管實(shí)例，稱為數(shù)據(jù)庫(kù)即服務(wù) (DBaaS) 系統(tǒng)。這些通常包括上面列出的數(shù)據(jù)庫(kù)類別之一，有時(shí)可以提供自動(dòng)擴(kuò)展，同時(shí)滿足即服務(wù) ( -aaS ) 業(yè)務(wù)的消費(fèi)經(jīng)濟(jì)。DBaaS系統(tǒng)的示例包括 Amazon RDS、MongoDB Atlas和Azure SQL。

       從數(shù)據(jù)保護(hù)的角度來(lái)看，每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)都提供了一組特定的實(shí)用程序（ PostgreSQL的pg_dump或WAL-E，MongoDB的mongodump等）來(lái)備份和恢復(fù)數(shù)據(jù)。值得注意的是，在一致性、恢復(fù)顆粒度和速度方面，許多實(shí)用程序具有不同的功能。無(wú)論它們是作為獨(dú)立實(shí)用程序提供還是作為即服務(wù)產(chǎn)品的一部分提供，通常僅限于特定的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)，或者至多是一種數(shù)據(jù)庫(kù)類型。

　　4、有狀態(tài)應(yīng)用

       應(yīng)用程序?qū)邮菢I(yè)務(wù)邏輯所在的地方，在云原生世界中，應(yīng)用程序通?；诂F(xiàn)代敏捷開發(fā)并作為分布式微服務(wù)實(shí)現(xiàn)。幾乎所有應(yīng)用程序都有一個(gè)需要持久化的狀態(tài)。雖然有多種存儲(chǔ)應(yīng)用程序狀態(tài)的模式，但我們需要在有狀態(tài)的 Kubernetes 應(yīng)用程序的上下文中將以下信息作為一個(gè)原子單元來(lái)持久化和保護(hù)：

• 　　應(yīng)用程序數(shù)據(jù)：跨各種數(shù)據(jù)服務(wù)、塊和文件存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)分布在多個(gè)容器上。
• 　　應(yīng)用程序定義和配置：應(yīng)用程序鏡像和相關(guān)的環(huán)境配置分布在各種 Kubernetes 對(duì)象中，包括ConfigMaps、Secrets等。
• 　　其他配置狀態(tài)：包括CI/CD流水線狀態(tài)、發(fā)布信息和關(guān)聯(lián)的Helm部署元數(shù)據(jù)。
• 

　　上圖為一個(gè)有狀態(tài)應(yīng)用程序的示例，它突出顯示了一些需要保護(hù)的組件和相關(guān)狀態(tài)。需要注意的是，對(duì)于實(shí)際部署，應(yīng)用程序由數(shù)百個(gè)這樣的底層組件組成。此外，在云原生架構(gòu)中，保護(hù)的原子性單元需要是應(yīng)用程序與底層數(shù)據(jù)服務(wù)或存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施層。如前所述，這是因?yàn)閼?yīng)用程序的狀態(tài)包括分布在多個(gè)物理或虛擬節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)服務(wù)中的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)、定義和配置。

結(jié)論

　　從備份/恢復(fù)和應(yīng)用程序可移植性的角度來(lái)看，一個(gè)好的數(shù)據(jù)管理解決方案需要將整個(gè)應(yīng)用程序視為原子性單元，這使得傳統(tǒng)以管理程序?yàn)橹行牡慕鉀Q方案不再適用。我們還展示了一個(gè)簡(jiǎn)單的技術(shù)棧圖，從各種數(shù)據(jù)服務(wù)、塊和文件存儲(chǔ)以及跨本地和云實(shí)現(xiàn)物理存儲(chǔ)的角度顯示應(yīng)用程序狀態(tài)實(shí)際所在的位置。這定義了一個(gè)基本范疇，使我們能夠深入了解云數(shù)據(jù)管理的操作層級(jí)。

　　附注

　　有些人可能爭(zhēng)辯認(rèn)為對(duì)象存儲(chǔ)應(yīng)該與文件/塊屬于同一層。在本文中，對(duì)象存儲(chǔ)將被視為另一種具有鍵值接口的數(shù)據(jù)服務(wù)，如果需要，可以在Kubernetes中運(yùn)行。

　　原文鏈接：https://dzone.com/articles/demystifying-cloud-native-data-management-layers-of-operation

譯者介紹

張鋒，51CTO社區(qū)編輯，長(zhǎng)期從事技術(shù)顧問工作，專注于運(yùn)維/云原生領(lǐng)域，精通網(wǎng)絡(luò)疑難故障分析，有很豐富的大型銀行運(yùn)維工具建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。