云原生（CloudNative）的概念，由来自Pivotal的MattStine于2013年初次提出，被不停连续利用至今。
这个概念是MattStine根据其多年的架构和咨询履历总结出来的一个头脑聚集，并得到了社区的不绝美满，内容非常多，包罗DevOps、连续交付（ContinuousDelivery）、微服务（MicroServices）、灵敏底子办法（AgileInfrastructure）和12要素（TheTwelve-FactorApp）等几大主题，不但包罗根据业务本领对公司举行文化、构造架构的重组与建立，也包罗方法论与原则，尚有具体的操纵工具。
采取基于云原生的技能和管理方法，可以更好地把业务生于“云”或迁徙到云平台，从而享受“云”的高效和连续的服务本领。
顾名思义，云原生是面向“云”而计划的应用，因此技能部分依靠于在传统云盘算的3层概念（底子办法即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）），比方，灵敏的不可变底子办法交付雷同于IaaS，用来提供盘算网络存储等底子资源，这些资源是可编程且不可变的，直接通过API可以对外提供服务；有些应用通过PaaS服务原来就能组合成差别的业务本领，不肯定必要重新开始建立；尚有一些软件只必要“云”的资源就能直接运行起来为云用户提供服务，即SaaS本领，用户直接面对的就是原生的应用。
应用基于云服务举行架构计划，对技能职员的要求更高，除了对业务场景的思量外，对隔离故障、容错、主动规复等非功能需求会思量更多。借助云服务提供的本领也能实现更优雅的计划，比如弹性资源的需求、跨机房的高可用、11个9（99.999999999%）的数据可靠性等特性，根本是云盘算服务本身就提供的本领，开辟者直接选择对应的服务即可，一样平常不必要过多思量本身机房的题目。假如架构计划本身又能支持多云的计划，可用性会进一步进步，比如Netflix能处理惩罚在AWS的某个机房无法正常工作的环境，还能为用户提供服务，这就是“云”带来的魔力，固然，云也会带来更多的隔离等题目。如图1所示，如今业界公认的云原生重要包罗以下几个层面的内容。
图1云原生的内容
灵敏底子办法
正如通过业务代码可以或许实现产物需求、通过版本化的管理可以或许包管业务的快速变动，基于云盘算的开辟模式也要思量怎样包管底子资源的提供可以或许根据代码主动实现需求，并实现记录变动，包管环境的同等性。利用软件工程中的原则、实践和工具来提供底子资源的生命周期管理，这意味着工作职员可以更频仍地构建更强可控或更稳固的底子办法，开辟职员可以随时拉取一套底子办法来服务于开辟、测试、联调和灰度上线等需求。固然，同时要求业务开辟具有较好的架构计划，不必要依靠本地数据举行长期化，全部的资源都是可以随时拉起，随时开释，同时以API的方式提供弹性、按需的盘算、存储本领。
技能职员摆设服务器、管理服务器模板、更新服务器和界说底子办法的模式都是通过代码来完成的，而且是主动化的，不能通过手工安装或克隆的方式来管理服务器资源，运维职员和开辟职员一起以资源设置的应用代码为中心，不再是一台台呆板。底子办法通过代码来举行更改、测试，在每次变动后实行测试的主动化流程中，确保能维护稳固的底子办法服务。
别的，底子办法的范围也会更加广泛，不但包罗呆板，还包罗差别的机柜或互换机、同城多机房、异地多机房等，这些内容在《云原生应用架构实践》的后续章节中逐一举行了讨论。
连续交付
为了满意业务需求频仍变动，通过快速迭代，产物能做到随时都能发布的本领，是一系列的开辟实践方法。它分为连续集成、连续摆设、连续发布等阶段，用来确保从需求的提出到计划开辟和测试，再到让代码快速、安全地摆设到产物环境中。
连续集成是指每当开辟职员提交了一次改动，就立即举行构建、主动化测试，确保业务应用和服务能符合预期，从而可以确定新代码和原有代码可否精确地集成在一起。连续交付是软件发布的本领，在连续集成完成之后，可以或许提供到预发布之类体系上，到达生产环境的条件，连续摆设是指利用完全的主动化过程来把每个变动主动提交到测试环境中，然后将应用安全地摆设到产物环境中，买通开辟、测试、生产的各个环节，主动连续、增量地交付产物，也是大量产物寻求的终极目标，固然，在实际运行的过程中，有些产物会增长灰度发布等环境。总之，它更多是代表一种软件交付的本领，过程示例请参考图2。
图2连续交付流程
DevOps
DevOps假如从字面上来明白只是Dev（开辟职员）+Ops（运维职员），实际上，它是一组过程、方法与体系的统称。其概念从2009年初次提出发展到如今，内容也非常丰富，有理论也有实践，包罗构造文化、主动化、精益、反馈和分享等差别方面。
起首，构造架构、企业文化与理念等，必要自上而下计划，用于促进开辟部分、运维部分和质量保障部分之间的沟通、协作与整合，简单而言构造情势雷同于体系分层计划。
其次，主动化是指全部的操纵都不必要人工参加，全部依靠体系主动完成，比如上述的连续交付过程必须主动化才有大概完成快速迭代。
再次，DevOps的出现是由于软件行业日益清楚地认识到，为了按时交付软件产物和服务，开辟部分和运维部分必须精密相助。
总之，如图3所示，DevOps夸大的是高效构造团队之间怎样通过主动化的工具协作和沟通来完成软件的生命周期管理，从而更快、更频仍地交付更稳固的软件。
图3DevOps夸大构造的沟通与协作
微服务
随着企业的业务发展，传统业务架构面对着很多题目。
其一，单体架构在需求越来越多的时间无法满意其变动要求，开辟职员对大量代码的变动会越来越困难，同时也无法很好地评估风险，以是迭代速率慢；
其二，体系常常会由于某处业务的瓶颈导致整个业务瘫痪，架构无法扩展，木桶效应严峻，无法满意业务的可用性要求；
末了，团体构造服从低下，无法很好地利用资源，存在大量的浪费。
因此，构造急迫必要举行厘革。随着大量开源技能的成熟和云盘算的发展，服务化的改造应运而生，差别的架构计划风格随之涌现，最有代表性的是Netflix公司，它是国外最早基于云举行服务化架构改造的公司，2008年由于全站瘫痪被迫停业3天后，它痛下刻意改造，颠末将近10年的积极，实现了从单架构到微服务环球化的变迁，满意了业务的千倍增长（如图4所示），并产生了一系列的最佳实践。
图4Netflix微服务化支持业务千倍增长
随着微服务化架构的上风显现和快速发展，2013年，MartinFlower对微服务概念举行了比力体系的理论叙述，总结了相干的技能特性。
起首，微服务是一种架构风格，也是一种服务；
其次，微服务的颗粒比力小，一个大型复杂软件应用由多个微服务构成，比如Netflix如今由500多个的微服务构成；
末了，它采取UNIX计划的哲学，每种服务只做一件事，是一种松耦合的可以或许被独立开辟和摆设的无状态化服务（独立扩展、升级和可更换）。微服务架构如图5所示。
图5微服务架构示例
由微服务的界说分析可知，一个微服务根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构造来单独完成，依靠方只要定好输入和输出口即可完全开辟，乃至整个团队的构造架构也会更精简，因此沟通本钱低、服从高。
根据业务的需求，差别的服务可以根据业务特性举行差别的技能选型，是盘算麋集型还是I/O麋集型应用都可以依靠差别的语言编程模子，各团队可以根据本身的特色独自运作。服务在压力较大时，也可以有更多容错或限流服务。
微服务架构确实有很多吸引人的地方，然而它的引入也是有本钱的，它并不是银弹，利用它会引入更多技能挑衅，比如性能耽误、分布式事件、集成测试、故障诊断等方面，企业必要根据业务的差别的阶段举行公道的引入，不能完全为了微服务而“微服务”，《云原生应用架构实践》第5章中对怎样办理这些题目提供了对应差别方案的衡量。
12要素
“12要素”英文全称是TheTwelve-FactorApp，最初由Heroku的工程师整理起步，是团体贡献总结的聪明，如图6所示。
根据基于云的软件开辟模式，12要素比力贴切地形貌了软件应用的原型，并解释了利用原生云应用架构的缘故起因。比如，一个优雅的互联网应用在计划过程中，必要依照的一些根本原则和云原生有异曲同工之处。通过强化具体设置和规范，雷同Rails的基于“约定优于设置”（conventionoverconfiguration）的原则，特别在大规模的软件生产实践中，这些约定非常紧张，从无状态共享到程度扩展的过程，从松耦合架构关系到摆设环境。基于12要素的上下文关联，软件生产就变成了一个个单一的摆设单位；多个连合摆设的单位构成一个应用，多个应用之间的关系就可以构成一个复杂的分布式体系应用。
图612要素
下面扼要先容图1-9中的这些原则。信托很多开辟者在实际开辟工作中已经很好地应用了此中的一些原则，只是没故意识到概念本身。对这些原则比力陌生的开辟者，假如想相识更多的操纵过程，请在互联网上搜刮《云原生期间下的12要素（12-Factor）应用与实践》一文作为参考。
基准代码
每一个摆设的应用都在版本控制代码库中被追踪。在多个摆设环境中，会有多种摆设实例，单个应用只有一份代码库，多份摆设相称于运行了该应用的多个实例，比如开辟环境一个实例，测试环境、生产环境都有一个实例。
实际上，在云盘算架构中，全部的底子办法都是代码设置，即InfrastructureasCode（IaC），整个应用通过设置文件就可以编倾轧来，而不再必要手工的干预，做到底子服务也是可以追踪的。
依靠
应用程序不会隐式依靠体系级的类库，通过依靠清单声明全部依靠项，通过依靠隔离工具确保程序不会调用体系中存在，但清单中未声明依靠项，并同一应用到生产和开辟环境。比如通过符合的工具（比方Maven、Bundler、NPM），应用可以很清楚地对摆设环境公开和隔绝依靠性，而不是含糊地对摆设环境产生依靠性。
在容器应用中，全部应用的依靠和安装都是通过DockerFile来完成声明的，通过设置能明白把依靠关系，包罗版本都明白舆图形化展示出来，不存在黑盒。
设置
环境变量是一种清楚、轻易明白和标准化的设置方法，将应用的设置存储于环境变量中，包管设置打扫在代码之外，大概其他大概在摆设环境（比方研发、展示、生产）之间区别的任何代码，可以通过操纵体系级的环境变量来注入。
实例根据差别的环境设置运行在差别的环境中，别的，实现设置即代码，在云环境中，无论是同一的设置中心还是分布式的设置中心都有好的实践方式，比如Docker的环境变量利用。
后端服务
不消区别对待本地或第三方服务，同一把依靠的后端作为一种服务来对待，比方数据库大概消息署理，作为附加资源，划一地在各种环境中被斲丧。比如在云架构的底子服务中，盘算、网络、存储资源都可以看作是一种服务去对待利用即可，不消区分是长途还是本地的。
构建、发布、运行
应用严格区分构建、发布、运行这3个阶段。3个阶段是严格分开的，一个阶段对应做一件事变，每个阶段有很明白的实现功能。云原生应用的构建流程可以把发布设置挪到开辟阶段，包罗实际的代码构建和运行应用所需的生产环境设置。在云原生应用中，基于容器的Build-Ship-Run和这3个阶段完全符合，也是Docker对本原则的最佳实践。
进程
进程必须无状态且无共享，即云应用以一个或多个无状态不共享的程序运行。任何必要状态都被服务化到后端服务中（缓存、对象存储等）。
全部的应用在计划时就以为随时随地会失败，面向失败而计划，因此进程大概会被随时拉起或消散，特别是在弹性扩容的阶段。
端口绑定
不依靠于任何网络服务器就可以创建一个面向网络的服务，每个应用的功能都很齐备，通过端口绑定对外提供全部服务，比如Web应用通过端口绑定（Portbinding）来提供服务，并监听发送至该端口的哀求（包罗HTTP）。
在容器应用中，应用同一通过袒露端口来服务，只管克制通过本地文件或进程来通讯，每种服务通过服务发现而服务。
并发
进程可以看作一等公民，并发性即可以依靠程度扩展应用程序来实现，通过进程模子举行扩展，而且具备无共享、水中分区的特性。
在互联网的服务中，业务的发作性随时大概发生，因此不太大概通过硬件扩容来随时提供扩容服务，必要依靠横向扩展本领举行扩容。
易处理惩罚
全部应用的架构计划都必要支持能随时烧毁的特点，和状态的无关性保持同等，答应体系快速弹性扩展、改变摆设及故障规复等。
在云环境中，由于业务的高低峰值常常必要能实现快速机动、弹性的伸缩应用，以及不可控的硬件因素等，应用大概随时会发生故障，因此应用在架构计划上必要尽大概无状态，应用能随时随地拉起，也能随时随地烧毁，同时包管进程最小启动时间和架构的可弃性，也可以提供更灵敏的发布及扩展过程。
环境等价
必须缩小本地与线上差别，确保环境的同等性，保持研发、测试和生产环境尽大概相似，如许可以提供应用的连续交付和摆设服务。
在容器化应用中，通过文件构建的环境运行能做到版本化，因此包管各个差别环境的差别性，同时还能大大镌汰环境差别带来的排错等本钱沟通题目。
日记
每一个运行的进程都会直接标准输出（stdout）和错误输出（stderr）变乱流，还可以将日记当作变乱流作为数据源，通过会合服务，实行环境网络、聚合、索引和分析这些变乱。
日记是体系运行状态的部分表现，无论在体系诊断、业务跟踪还是后续大数据服务的须要条件中，Docker提供标准的日记服务，用户可以根据需求做自界说的插件开辟来处理惩罚日记。
管理进程
管理或维护应用的运行状态是软件维护的底子部分，比如数据库迁徙、康健查抄、安全巡检等，在与应用长期运行的程序雷同环境中，作为一次性程序运行。
在应用架构模式中，比如Kubernetes内里的Pod资源大概dockerexec，可以随着其他的应用程序一起发布或在出现非常诊断时能通过相干的程序去管理其状态。
云原生的内容非常广泛，如今没有体系的阐明和完备的界说，上文先容了云原生应用的底子组件和相干特点，大概读者对云原生应用的逻辑还存在一些狐疑。为了更清楚地举行阐明，我们总结了其依靠关系，如图7所示。
图7云原生内容的依靠关系
起首，为了捉住贸易机遇，业务必要快速迭代，不绝试错，因此，企业必要依靠拥有连续交付的本领，这些不但包罗技能需求还包罗产物的需求，怎样能拥有连续交付的本领，大而全的架构由于服从低下，显然是不符合的。于是演变出微服务架构来满意需求，通过把体系分别出一个个独立的个体，每个个体服务的计划依靠必要通过12要素的原则来规范完成。同样，假如体系被分成了几十个乃至几百个服务组件，则必要借助DevOps才华很好地满意业务协作和发布等流程。末了，DevOps的有效实行必要依靠肯定的泥土，即灵敏的底子办法服务，实际只有云盘算的模式才华满意团体要求。通过上述梳理，我们总结出头向云原生应用的3个差别条理的特点。
高可用计划（DesignforAvailability），依据应用业务需求，高可用分为差别级别，比如差别地区、差别机房（跨城或同城）、差别机柜、差别服务器和差别进程的高可用，云原生应用应该根据业务的可用性要求计划差别级别的架构支持。
可扩展计划（DesignforScale），全部应用的计划是无状态的，使得业务天生具有扩展性，在业务流量高峰和低峰时期，依靠云的特性主动弹性扩容，满意业务需求。
快速失败计划（DesignforFailure），即包罗体系间依靠的调用随时大概会失败，也包罗硬件底子办法服务随时大概宕机，尚有后端有状态服务的体系本领大概有瓶颈，总之在发生非常时可以或许快速失败，然后快速规复，以包管业务永久在线，不能让业务半死不活地对峙着。
通过上面的根本形貌及云原生应用的构成或特点，与容器技能（第2章将具体先容）相比可以得知，容器的特性天生就是按这些原则举行计划的。随着互联网业务的架构不绝演进，从单体应用到分布式应用，乃至微服务架构应用中，12要素较好地为构建互联网化应用提供了同一的方法论和标准化，具有强大的生命力，每一条原则都是应用开辟的珠玑。固然，在实践过程中，每一个原则也不是一成稳固的，随着新的理念和技能出现，原有的因素会得到延伸和发展，会出现新的原则和应用，这套理论也实用于恣意语言和后端服务（数据库、消息队列、缓存等）开辟的应用程序，因此也作为云原生架构应用的根本引导原则之一。
以上由网易企业信息化服务提供商，湖南领先网络科技整剃头布。
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