【云原生丨主题周】云原生为何物？为何重要？

小编说：云原生是一个宽泛的术语，本文带你快速了解云原生与云原生架构。本文选自《Python云原生》，了解本书详情请点击阅读原文。

云原生是一种团队、文化和技术组织形式，利用自动化工具和架构来管理软件复杂度和加速软件交付。

云原生概念已经超出了技术的范畴。我们需要从成功的公司、团队和个人身上了解行业的发展方向。

目前，像Facebook 和Netflix 这样的大公司都已经在云原生技术上投入了大量的资源，而一些小的公司也意识到了该技术的价值。根据云原生技术实践的反馈，我们总结了如下一些优点。

√ 结果导向和团队合作：云原生的方法将一个大问题分解成众多的小问题，从而使每个团队都能专注于各自的部分。

√ 减少重复工作：自动化减少了困难、繁杂和重复的手动工作量，并减少了停机时间。这将使系统更有效率。

√ 可靠而高效的应用程序基础设施：自动化可以对不同环境（无论是开发、阶段发布还是生产）中的部署做更多控制，还可以处理意外事故。自动化构建不仅有助于正常部署，而且在灾难恢复的时候，也能使重新部署变得更加容易。

√ 应用程序洞察：为云原生应用程序构建的工具可为应用程序提供更多洞察，从而使调试、故障排查和审计变得容易。

√ 高效可靠的安全性：每个应用程序都会关注安全性，确保可靠的身份验证。云原生为开发人员提供了多种确保应用程序安全性的方式。

√ 经济高效的系统：使用云管理和部署应用程序可以有效地利用资源，包括应用程序发布，通过减少资源浪费使系统花费更合理。

• 云原生为何物？为何重要？

云原生是一个宽泛的术语，它可以充分利用不同的技术，如基础架构自动化或中间件开发、支持服务等，这些功能都属于应用交付周期中的一部分。云原生方法包括频繁的版本发布（无Bug、稳定），以及根据业务需求扩展应用程序。

使用云原生方法，可以系统地实现应用程序构建目标。

云原生方法远优于传统的面向虚拟化的业务流程，传统方法需要投入大量的精力来构建开发环境，以及软件交付过程中的其他不同环境。理想的云原生架构应具有自动化和组合功能，这些自动化技术还应实现跨平台管理和部署应用程序。

云原生架构还应该具有其他几个特性，如稳定的日志记录、应用程序和基础架构监控，以确保应用程序正常运行。

云原生方法能够帮助开发人员使用例如Docker 等工具，在不同的平台上轻易地创建和销毁应用程序。

• 云原生运行时环境

当软件从一个计算环境迁移到另一个计算环境时，该如何使其可靠运行？最佳解决方案就是使用容器。这可能是从开发者自己的机器到预发布环境再到生产环境，也可能是从物理机到私有云或公共云中的虚拟机。Kubernetes 已经成为容器服务的代名词，越来越流行。

随着云原生框架的兴起和其周边应用程序的增加，容器的编排越来越受人关注。在容器运行时需要注意以下几点。

• 管理容器状态和高可用性

一定要保持容器的状态（创建和销毁），特别是在生产中，因为从业务的角度看它们非常重要。而且还应该能够根据业务需求进行扩展。

• 成本体现和分析

容器可以根据业务预算控制资源管理，并可在很大程度上降低成本。

• 环境隔离

在容器内运行的每个进程都被隔离在该容器内。

• 跨集群的负载均衡

应用流量由容器集群处理，在容器内均匀重定向，这将增加应用程序最大响应数量并维持高可用性。

• 调试和灾难恢复

由于我们要在生产系统中使用，所以需要确保有正确的工具可以监控应用程序的运行状况，采取必要措施避免停机，并提供高可用性。

• 云原生架构

云原生架构类似于我们为遗留系统创建的应用程序架构，但在云原生应用程序架构中，我们应该考虑一些特性，例如十二要素应用程序（应用程序开发模式的集合）、微服务（将单体业务系统分解为独立可部署服务）、自服务敏捷基础设施（自服务平台）、基于API 的协作（通过API 进行服务之间的交互）和抗脆弱性（自我实现和加强的应用程序）。

首先，我们来探讨一下什么是微服务。

微服务是一个更宽泛的术语，指将大型应用程序分解成更小的模块，分别开发直到发布。这种方法不仅有助于有效地管理每个模块，而且还可以帮助我们发现服务底层本身的问题。以下是微服务的一些关键部分。

• 用户友好的界面：

微服务之间可以实现明确的分离。微服务的版本控制可以更好地对API 进行控制，为消费者和生产者提供更大的自由度。

• 跨平台部署和API 管理：

由于每个微服务都是一个单独的实体，因此可以更新单个微服务而不用更改其他服务，同时也更容易将服务回滚到之前的更改。这意味着用来部署微服务的工件应该兼容不同的API 和数据模式。这些API 必须在不同的平台上测试，并且测试结果应该在不同的团队，即运维、开发人员之间共享，大家共同维护一个集中的控制系统。

• 应用灵活性：

开发的微服务应该能够处理所有请求且必须做出响应，而不管请求的种类如何，包括可能的错误输入或无效请求。微服务也应该能够处理意外的负载请求并进行适当的响应。所以应当对微服务进行独立测试和集成测试。

• 微服务的分布：

最好将服务分为小块服务，以便单独跟踪和开发，最终组合起来形成一个微服务。这种技术使得微服务开发更稳定、更有效率。

下图显示了一个云原生应用程序的高级架构。

在理想情况下，应用程序体系结构应该从两三个服务开始，然后通过不断更新版本进行扩展。了解应用程序架构非常重要，因为应用程序需要与系统的不同组件集成，并且在大型组织中会有团队来专门管理这些组件。微服务中的版本控制至关重要，因为软件开发的各个阶段都会使用不同的方法。

• 微服务是一个新概念吗

微服务的概念由来已久了。微服务是一种用来划分大型系统中不同组件边界的架构模式。所有的微服务都以相似的方式工作，然后将不同服务链接起来，根据请求的类型处理特定事务的数据流。

下图描绘了微服务的体系结构。

• 为什么说Python 是云原生微服务开发的最佳选择

为什么我们选择Python 并将其推荐给其他人？下面列举了几点原因。

• 可读性

Python 是一种表达能力很强且易学习的编程语言。即便是业余爱好者也可以轻松掌握Python。与其他编程语言（例如Java 更关注圆括号、大括号、逗号和冒号）相比，使用Python你可以将更多的精力投入到编程上，减少调试语法的时间。

• 库和社区

Python 有大量可以在不同平台（例如UNIX、Windows 和OS X）上运行的库。这些库可以根据你的应用程序需求轻松扩展。同时还有一个强大的社区致力于构建这些库，这使得Python 成为最适合用于业务的语言。

就Python 社区而言，Python 用户组（PUG）是一个基于社区开发模式的社区，这可以促进Python 在全球范畴内的普及。社区中的小组成员相互交流，有助于我们构建基于Python框架的大型系统。

• 交互模式

Python 交互模式可以帮助你在调试完代码后，立即将其添加到主程序中。

• 可扩展

Python 提供了更好的结构和概念，如模块，这比起任何其他脚本语言（如shell 脚本），可以更系统地维护大型程序。

本文选自《Python云原生：构建应对海量用户数据的高可扩展Web应用》

本书是你一站式地了解使用Python 构建云原生应用架构的理想读本。