云原生架构：发展的未来

云原生已被证明是开发软件的未来。到 2025 年，80% 的企业应用将基于云或正在向云原生应用迁移。

IT 部门正在迁移到云端以节省资金并确保他们的设计在异地安全。在开始考虑这样的开关之前，请务必了解此类应用程序背后的架构。

什么是云原生架构？

云原生应用程序由封装在云计算基础设施上运行的容器中的微服务组成。此类应用程序在云中开发、测试和部署。因此，它们在私有、公共、混合或多云基础架构上运行。

云原生应用程序具有微服务架构设计 - 一组松散耦合的协同工作的服务。每个服务都有其功能并代表一个独立的组件。容器编排系统管理这些可重用、弹性和可扩展的功能模型。有了这样的系统，云原生应用程序可以通过在需要时添加或删除资源来水平扩展资源。

使用云原生架构开发和运行应用程序意味着它与各种平台和云提供商兼容。这为您的企业提供了所需的灵活性，以及​​可以利用的各种资源。例如，phoenixNAP 的 Bare Metal Cloud 是一个云原生就绪的 IaaS 平台，您可以使用它与您现有的基础设施集成。

这样的系统为开发人员提供了一个平台，他们可以通过该平台确保持续集成和持续交付。通过按照云原生架构的原则设置应用程序，开发人员致力于改善用户体验和添加新功能，而无需担心停机时间或可用性。

云原生设计的类型

• 基本。 基本的云原生设计会定期在云上备份系统。您通过 DNS 连接到应用程序。 DNS 访问将您带到应用程序的负载均衡器之一。关键数据保存在与应用程序通信的主从数据库中。
• 多云。 一个应用程序组件可以在多个云平台上运行。您通过 DNS 访问它。这样的设置不需要重复的系统。数据存储在您的平台上，而组件在多种环境中工作。
• 混合。 通过 DNS 访问您的应用程序。 DNS 连接到将您带到应用程序的负载均衡器之一。当应用推送到主数据库时，副本会存储到从数据库、另一个云平台或您的建筑物中。

云原生架构的 5 条原则

基于云原生架构设计和运行应用程序意味着遵循一定的原则，以确保优化性能和快速交付。

自依赖容器

云原生架构由容器组成，这些容器包含特定微服务所需的一切——库、依赖项和轻量级运行时。将所有需求打包在隔离容器中，开发人员可以快速将其从一个环境迁移到另一个环境。

这种流动性和独立性也是外化配置的结果。容器本身具有为特定环境配置的不可变基础架构。

最常用的容器技术是 Docker，而 Kubernetes 则用于部署、扩展和管理容器化的应用程序。

专为交互和协作设计的托管服务

云原生服务需要相互通信以及与第三方应用程序通信。云原生应用使用 API（例如 RESTful API）在服务与外部应用或遗留程序之间建立通信。

至于内部通信和管理，微服务提供了添加处理所有内部通信的专用基础设施层的可能性。该层称为服务网格。它的主要作用是连接、保护和观察云原生架构中的服务。有多种开源服务网格实现，其中 Istio 是最受欢迎的选择。

无状态和可扩展组件

云原生架构要求应用程序具有独立于状态的组件。这意味着它在外部存储状态，因此服务中的任何实例都可以处理给定的请求。在设计分布式云原生应用时，您需要尽可能多的无状态组件。

在不维护数据持久性或会话的情况下，系统可以轻松扩展、修复、回滚和负载平衡。根据工作负载，云原生应用程序可以水平扩展，在需要时添加和删除实例。此外，它的无状态特性允许开发人员通过启动替换来以最少的停机时间修复现有实例。使用无状态组件，还可以更轻松地回滚到旧版本的应用程序，以及在实例之间进行负载平衡。

自动化流程和 CI/CD 管道

云原生系统的主要优势之一是其基础架构更易于自动化。开发人员可以通过 CI/CD 管道利用自动化来加快修复、扩展和部署。因此，构建、测试和部署应该是自动化的。此外，回滚、金丝雀部署、扩展和缩减、监控和恢复都是可以自动化的过程。

弹性架构

应用程序开发的一个主要焦点是设计一个有弹性的应用程序。它涉及构建和配置具有高可用性和高效灾难恢复计划的系统。由于失败是不可避免的，因此处理未来潜在问题的最佳方法是提前计划。

以微服务为中心的云原生架构提供了一个强大的系统来确保弹性。借助自动恢复和无状态可扩展组件，多个实例可以在需要时接管任务。因此，您可以最大限度地减少停机时间并保持应用运行以提供最佳用户体验。

云原生架构的优缺点

在了解了云原生应用的基本原理和架构之后，分析一下它们的主要优势和潜在的困难。

好处：

• 借助松散耦合的微服务，开发人员可以独立处理每个微服务，而不会影响整个应用。
• 使用 Kubernetes 等容器编排平台可简化故障排除，因为开发人员无需拆开整个应用程序即可发现错误。
• 由于微服务与平台无关，因此可以使用最适合应用需求的语言和框架编写它们。
• 中央容器编排器通过根据需求管理资源的自动调度和分配来提高性能。
• 企业不必依赖单一的供应商。微服务架构允许他们采用多云或混合云策略。

缺点：

• 团队需要建立并适应 DevOps 管道，以确保微服务的 CI/CD。
• 由于快速扩展带来的安全风险和云原生架构的动态特性，需要监控和管理微服务。
• 某些微服务可能需要特定功能，使其依赖于操作系统或机器。

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