云原生架构：现代开发的未来

云原生已被证明是软件开发的未来。到 2025 年，80% 企业应用将成为云基础或正在向云原生应用转型。

IT 部门迁移上云以省钱并将设计安全离线保存。考虑此类转换前，请务必理解此类应用背后的架构。

什么是云原生架构？

云原生应用由打包进容器、运行在云计算基础设施上的微服务组成。此类应用在云中开发、测试、部署。因此运行在私有、公有、混合或多云基础设施上。

云原生应用采用微服务架构设计 —— 协同工作的松耦合服务集合。每个服务有其功能，代表独立组件。容器编排系统管理这些可复用、有弹性、可扩展的功能模型。有此系统，云原生应用可通过按需增减资源水平扩展。

使用云原生架构开发运行应用意味着兼容各种平台和云提供商。这给企业所需灵活性，以及可利用的广泛资源。例如，phoenixNAP 裸金属云是云原生就绪 IaaS 平台，可集成到现有基础设施。

此类系统为开发者提供平台，确保持续集成和持续交付。遵循云原生架构原则建立应用，开发者专注改善用户体验和添加新功能，无需担心停机或可用性。

云原生设计类型

• 基础型。 基础云原生设计定期在云端备份系统。通过 DNS 连接应用。DNS 访问负载均衡器之一进入应用。关键数据保存在主从数据库，与应用通信。
• 多云型。 一个应用组件可在多云平台运行。通过 DNS 访问。此设置不要求重复系统。数据存储在您的平台，组件在多环境工作。
• 混合型。 通过 DNS 访问应用。DNS 连接负载均衡器之一进入应用。应用推送至主数据库，副本存至从数据库、另一云平台或您的大楼。

云原生架构五大原则

基于云原生架构设计运行应用意味着遵循特定原则以确保性能优化和快速交付。

自给自足的容器

云原生架构由容器组成，容器包含特定微服务所需一切 —— 库、依赖、轻量运行时。所有需求打包在隔离容器内，开发者可快速在环境间移动。

这种移动性和独立性也是外部化配置的结果。容器本身有针对特定环境配置的不可变基础设施。

最常用容器技术是 Docker，Kubernetes 用于部署、扩缩、管理容器化应用。

面向交互协作的托管服务

云原生服务需相互通信并与第三方应用通信。云原生应用使用 API（如 RESTful API）建立服务与外部应用或遗留程序通信。

内部通信和管理方面，微服务提供添加专用基础设施层处理所有内部通信的可能性。此层称服务网格。其主要角色是连接、安全、观测云原生架构内服务。有广泛开源服务网格实现，Istio 最流行。

无状态与可扩展组件

云原生架构要求应用有状态无关组件。这意味着外部存储状态，服务内任一实例可处理给定请求。设计分布式云原生应用时，想要尽可能多无状态组件。

无需维护数据持久化或会话，系统易于扩缩、修复、回滚、负载均衡。视工作负载，云原生应用水平扩展，按需增减实例。此外，无状态本质允许开发者通过启动替代实例以最小停机修复现有实例。无状态组件也简化回滚到旧版应用、实例间负载均衡。

自动化流程与 CI/CD 流水线

云原生系统主要优势之一是基础设施更易自动化。开发者可利用 CI/CD 流水线自动化实现更快修复、扩缩、部署。因此构建、测试、部署应自动化。此外，回滚、金丝雀部署、扩缩容、监控、恢复等过程皆可自动化。

弹性架构

应用开发主要焦点是设计弹性应用。涉及构建配置系统，具高可用性和高效灾难恢复计划。故障不可避免，应对未来潜在问题最好方式是提前规划。

以微服务为中心的云原生架构提供强健系统确保弹性。有自动恢复和无状态可扩展组件，多实例可在需要时接管任务。因此可最小化停机、保持应用运行提供最佳用户体验。

云原生架构优势与劣势

了解云原生应用基本原则和架构后，审视其主要优势和潜在困难。

优势：

• 松耦合微服务让开发者独立处理每个微服务，不影响整个应用
• 使用 Kubernetes 等容器编排平台简化排错，开发者可不拆解整个应用找 Bug
• 微服务平台无关，可用最适合应用需求的语言和框架编写
• 中央容器编排器通过基于需求自动调度分配资源提升性能
• 企业无需依赖单一提供商。微服务架构允许采用多云或混合云策略

劣势：

• 团队需建立并适应 DevOps 流水线确保微服务 CI/CD
• 微服务需监控管理，因云原生架构快速扩缩和动态本质带来安全风险
• 某些微服务可能需特定能力，使其依赖操作系统或机器

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