戳藍(lán)字“CSDN云計算”關(guān)注我們哦！

本文旨在揭示現(xiàn)代軟件行業(yè)的關(guān)鍵主題——云原生應(yīng)用程序。這篇文章涉及微服務(wù)、容器和無服務(wù)器應(yīng)用程序。在這里，我們將討論這些技術(shù)的實際優(yōu)點和缺點。

微服務(wù)是什么

微服務(wù)架構(gòu)作為構(gòu)建現(xiàn)代軟件應(yīng)用程序的強(qiáng)大方法而享有盛譽。那么什么是微服務(wù)？微服務(wù)可以簡單地描述為，將軟件應(yīng)用程序所需的功能分離為多個獨立的小型軟件服務(wù)或“微服務(wù)”。每個微服務(wù)負(fù)責(zé)自己專注的任務(wù)。為了使微服務(wù)協(xié)同工作以形成大型可伸縮應(yīng)用程序，它們之間進(jìn)行通信和交換數(shù)據(jù)。

微服務(wù)的誕生是因為需要克服單體應(yīng)用程序的復(fù)雜性和不靈活性。單體應(yīng)用程序是一種應(yīng)用程序，其中所有必需的功能一起編碼到同一服務(wù)中。例如，這是一個表示單體活動（如音樂會、演出等）預(yù)訂應(yīng)用程序的圖表，負(fù)責(zé)預(yù)訂支付處理和活動預(yù)訂：

用戶可以使用該應(yīng)用程序預(yù)訂音樂會或演出。需要一個用戶界面。此外，我們還需要一個搜索功能來查找活動、一個預(yù)訂處理程序來處理用戶預(yù)訂然后保存該預(yù)訂、一個活動處理程序來幫助查找活動（確保有可用的座位，然后將其鏈接到預(yù)訂）。在生產(chǎn)級應(yīng)用程序中，需要更多的任務(wù)，例如支付處理，但是現(xiàn)在我們主要關(guān)注上圖中概述的四個任務(wù)。

這種單體應(yīng)用程序適用于中小負(fù)載。它在單個服務(wù)器上運行，連接到單個數(shù)據(jù)庫，并且可能使用相同的編程語言編寫。

現(xiàn)在，如果業(yè)務(wù)呈指數(shù)級增長，需要處理數(shù)十萬或數(shù)百萬用戶，會發(fā)生什么？最初，短期解決方案是確保運行應(yīng)用程序的服務(wù)器具有強(qiáng)大的硬件規(guī)格以承受更高的負(fù)載，如果沒有，則向服務(wù)器添加更多內(nèi)存、存儲和處理能力。這稱為垂直縮放，是增加硬件功能的行為（如RAM和硬盤驅(qū)動器容量），以運行繁重的應(yīng)用程序。但是，從長遠(yuǎn)來看，這通常是不可持續(xù)的，因為應(yīng)用程序上的負(fù)載持續(xù)增加。

單體應(yīng)用程序的另一個挑戰(zhàn)是僅限于一種或兩種編程語言所導(dǎo)致的不靈活性。這種不靈活性會影響整體質(zhì)量和應(yīng)用效率。例如，node.js是用于構(gòu)建Web應(yīng)用程序的流行JavaScript框架，而R在數(shù)據(jù)科學(xué)應(yīng)用程序中很流行。單體應(yīng)用程序很難同時使用這兩種技術(shù)，而在微服務(wù)應(yīng)用程序中，我們可以簡單地構(gòu)建用R編寫的數(shù)據(jù)科學(xué)服務(wù)和用Node.js編寫的Web服務(wù)。

活動應(yīng)用程序的微服務(wù)版本將采用以下形式：

此應(yīng)用程序?qū)⒛軌蛟诙鄠€服務(wù)器之間進(jìn)行擴(kuò)展，這種做法稱為水平擴(kuò)展。每個服務(wù)都可以使用專用資源部署在不同的服務(wù)器上，也可以部署在不同的容器中（稍后會詳細(xì)介紹）。不同的服務(wù)可以用不同的編程語言編寫，從而實現(xiàn)更大的靈活性，不同的專業(yè)團(tuán)隊可以專注于不同的服務(wù)，從而實現(xiàn)應(yīng)用程序的更高整體質(zhì)量。

使用微服務(wù)的另一個顯著優(yōu)勢是易于持續(xù)交付，這是經(jīng)常、在任何時間部署軟件的能力。微服務(wù)使持續(xù)交付更容易的原因是，與單體應(yīng)用程序相比，部署到一個微服務(wù)的新功能不太可能影響其他微服務(wù)。

微服務(wù)的問題

嚴(yán)重依賴微服務(wù)的一個顯著缺點是，隨著數(shù)量和范圍的擴(kuò)大，它們可能變得太復(fù)雜而無法長期管理。有一些方法可以通過利用Prometheus等監(jiān)控工具來檢測問題，像Docker這樣的容器技術(shù)來避免污染主機(jī)環(huán)境并避免過度設(shè)計服務(wù)。但是，這些方法需要付出努力和時間。

云原生應(yīng)用程序

微服務(wù)架構(gòu)非常適合云原生應(yīng)用程序。云原生應(yīng)用程序簡單地定義為從頭開始為云計算架構(gòu)而構(gòu)建應(yīng)用程序。這意味著，如果我們將應(yīng)用程序設(shè)計為預(yù)期將部署在分布式、可擴(kuò)展的基礎(chǔ)架構(gòu)上，我們的應(yīng)用程序就是云原生的。

例如，構(gòu)建具有冗余微服務(wù)架構(gòu)的應(yīng)用程序使得應(yīng)用程序云原生化，因為這種架構(gòu)允許我們的應(yīng)用程序以分布式方式部署，從而使其可擴(kuò)展且?guī)缀蹩偸强捎谩Ｔ圃鷳?yīng)用程序不需要始終部署到AWS等公有云，我們可以將其部署到自己的分布式云基礎(chǔ)設(shè)施中（如果有的話）。

實際上，使應(yīng)用程序完全云原生的原因不僅僅是使用微服務(wù)。你的應(yīng)用程序應(yīng)采用持續(xù)交付，這樣你能夠不間斷地為生產(chǎn)應(yīng)用程序提供更新。你的應(yīng)用程序還應(yīng)該使用消息隊列和容器、無服務(wù)器等技術(shù)（容器和無服務(wù)器是現(xiàn)代軟件架構(gòu)的重要主題）。

云原生應(yīng)用程序假定可以訪問眾多服務(wù)器節(jié)點，可以訪問預(yù)先部署的軟件服務(wù)（如消息隊列或負(fù)載均衡器），易于與持續(xù)交付服務(wù)集成等。

如果將云原生應(yīng)用程序部署到AWS或Azure等商業(yè)云，則應(yīng)用程序可以選擇使用只能在云上用的軟件服務(wù)。例如，DynamoDB是一個功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫引擎，只能在AWS上用于生產(chǎn)應(yīng)用程序。另一個例子是Azure中的DocumentDB數(shù)據(jù)庫。還有僅云的消息隊列，例如Amazon Simple Queue Service（SQS），可用于允許AWS云中的微服務(wù)之間的通信。

如前所述，云原生微服務(wù)應(yīng)設(shè)計為允許服務(wù)之間的冗余。如果我們以活動預(yù)訂應(yīng)用程序為例，應(yīng)用程序?qū)⑷缦滤?#xff1a;

每個微服務(wù)將分配多個服務(wù)器節(jié)點，允許部署冗余微服務(wù)架構(gòu)。如果主節(jié)點或服務(wù)因任何原因而失敗，則輔助節(jié)點可以接管以確保云原生應(yīng)用程序的持久可靠性和可用性。這種可用性對于電子商務(wù)平臺等不容錯的應(yīng)用程序至關(guān)重要，因為停機(jī)時間會導(dǎo)致大量的收入損失。

云原生應(yīng)用程序為開發(fā)人員、企業(yè)和初創(chuàng)公司提供了巨大價值。

Prometheus是一個值得一提的微服務(wù)和云計算領(lǐng)域的工具。Prometheus是一個開源系統(tǒng)監(jiān)控和警報工具，可用于監(jiān)控復(fù)雜的微服務(wù)架構(gòu)，并在需要采取措施時發(fā)出警報。Prometheus最初是由SoundCloud創(chuàng)建的，用于監(jiān)控他們的系統(tǒng)，后來逐漸發(fā)展成為一個獨立的項目。該項目現(xiàn)在是云原生計算基礎(chǔ)的一部分，該基礎(chǔ)是為云原生應(yīng)用程序構(gòu)建可持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

云原生的限制

對于云原生應(yīng)用程序，如果需要遷移部分或全部應(yīng)用程序，你將面臨一些挑戰(zhàn)。這是由多種原因造成的，具體取決于部署應(yīng)用程序的位置。

例如，如果你的云原生應(yīng)用程序部署在AWS等公有云上，則云原生API不是跨云平臺的。因此，應(yīng)用程序中使用的DynamoDB數(shù)據(jù)庫API僅適用于AWS，但不適用于Azure，因為DynamoDB僅屬于AWS。API也永遠(yuǎn)不會在本地環(huán)境中工作，因為DynamoDB在生產(chǎn)中只能在AWS中用。

另一個原因是因為在構(gòu)建一些云原生應(yīng)用程序時會做出一些假設(shè)，例如在需要時可以使用幾乎無限數(shù)量的服務(wù)器節(jié)點，并且可以非?？焖俚厥褂眯碌姆?wù)器節(jié)點。在需要購買真正的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)硬件和布線的本地數(shù)據(jù)中心環(huán)境中，有時難以保證這些假設(shè)。

容器

軟件容器技術(shù)是下一個需要討論以解釋云原生應(yīng)用程序的關(guān)鍵技術(shù)。容器只是將一些軟件封裝在隔離的用戶空間或“容器”中的想法。

例如，MySQL數(shù)據(jù)庫可以在容器內(nèi)部隔離，其中存在環(huán)境變量和它所需的配置。容器外部的軟件默認(rèn)情況下不會看到容器內(nèi)包含的環(huán)境變量或配置。多個容器可以存在于同一本地虛擬機(jī)、云虛擬機(jī)或硬件服務(wù)器上。

容器提供了在同一臺機(jī)器上運行眾多隔離了的軟件服務(wù)的能力，包括所有配置、軟件依賴關(guān)系、運行時、工具和附帶文件。在云環(huán)境中，這種能力轉(zhuǎn)化為節(jié)省的成本和工作量，因為為每個微服務(wù)配置和購買服務(wù)器節(jié)點的需求將減少，不同的微服務(wù)可以部署在同一主機(jī)上而不會相互干擾。容器與微服務(wù)架構(gòu)相結(jié)合，是構(gòu)建現(xiàn)代、便攜、可擴(kuò)展且經(jīng)濟(jì)高效的軟件的強(qiáng)大工具。在生產(chǎn)環(huán)境中，需要多個服務(wù)器節(jié)點與眾多容器相結(jié)合才能實現(xiàn)可擴(kuò)展性和冗余。

除了微服務(wù)隔離之外，容器還為云原生應(yīng)用程序增加了更多好處。使用容器，你可以將具有所需的所有配置、依賴關(guān)系和環(huán)境變量的微服務(wù)移動到新的服務(wù)器節(jié)點，而無需重新配置環(huán)境，實現(xiàn)強(qiáng)大的可移植性。

由于軟件容器技術(shù)的強(qiáng)大和普及，一些新的操作系統(tǒng)，如CoreOS或Photon OS，是為用作容器的主機(jī)而從頭開始構(gòu)建的。

軟件行業(yè)最受歡迎的軟件容器項目之一是Docker。思科、谷歌和IBM等大公司在其基礎(chǔ)設(shè)施及產(chǎn)品中使用Docker容器。

軟件容器世界中另一個值得注意的項目是Kubernetes。Kubernetes是一個允許自動化容器部署、管理和擴(kuò)展的工具。它是由谷歌建立的，以便管理容器（每周數(shù)十億個）。Kubernetes提供了一些強(qiáng)大的功能，例如容器之間的負(fù)載均衡、故障容器的重新啟動以及容器使用的存儲編排。該項目和Prometheus都是云原生基礎(chǔ)的一部分。

容器的復(fù)雜性

在容器的情況下，有時管理它們的任務(wù)可能變得相當(dāng)復(fù)雜，原因與管理不斷增加的微服務(wù)數(shù)量相同。隨著容器或微服務(wù)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，需要有一種機(jī)制來識別每個容器或微服務(wù)的部署位置、目的是什么以及它們需要什么資源保持運行。

無服務(wù)器應(yīng)用程序

無服務(wù)器架構(gòu)是一種新的軟件架構(gòu)范式，它因為AWS Lambda服務(wù)而推廣。為了完全理解無服務(wù)器應(yīng)用程序，有助于了解一個稱為功能即服務(wù)或簡稱FaaS的重要概念。

FaaS的理念是，諸如亞馬遜之類的云提供商甚至是諸如Fission.io或funktion之類的本地軟件都可以提供服務(wù)，其中用戶可以請求遠(yuǎn)程運行的功能以執(zhí)行非常特定的任務(wù)。功能結(jié)束后，這些結(jié)果將返回給用戶。不維護(hù)任何服務(wù)或有狀態(tài)數(shù)據(jù)，并且用戶將功能代碼提供給運行該功能的服務(wù)。

使用恰當(dāng)無服務(wù)器架構(gòu)設(shè)計的云原生生產(chǎn)應(yīng)用程序背后的想法是，不構(gòu)建預(yù)期持續(xù)運行的多個微服務(wù)以執(zhí)行單個任務(wù)，而是構(gòu)建一個與FaaS結(jié)合的微服務(wù)較少的應(yīng)用程序，其中FaaS涵蓋不需要持續(xù)運行服務(wù)的任務(wù)。

FaaS是一種比微服務(wù)更小的結(jié)構(gòu)。例如，在我們之前介紹的活動預(yù)訂應(yīng)用程序的情況下，有多個微服務(wù)涵蓋不同的任務(wù)。如果我們使用無服務(wù)器應(yīng)用程序模型，一些微服務(wù)會被替換為用于相同目的的許多功能。

這是一個使用無服務(wù)器架構(gòu)展示應(yīng)用程序的圖：

在此圖中，事件處理程序微服務(wù)以及預(yù)訂處理程序微服務(wù)被許多產(chǎn)生相同功能的功能所取代。這消除了運行和維護(hù)兩個現(xiàn)有微服務(wù)的需要。

無服務(wù)器架構(gòu)的優(yōu)勢在于，不需要配置虛擬機(jī)和/或容器來構(gòu)建利用FaaS的應(yīng)用程序部分。一旦它們的功能結(jié)束，運行這些功能的計算實例從用戶的角度來看就不再存在。此外，需要由用戶監(jiān)控和維護(hù)的微服務(wù)和/或容器的數(shù)量減少，節(jié)省了成本、時間和精力。

無服務(wù)器架構(gòu)為軟件工程師和架構(gòu)師提供了另一種功能強(qiáng)大的軟件構(gòu)建工具，可用于設(shè)計靈活且可擴(kuò)展的軟件。已知的FaaS有Amazon的AWS Lambda、Microsoft的Azure Functions、Google的Cloud Functions等。

無服務(wù)器應(yīng)用程序的另一個定義是使用BaaS或后端作為服務(wù)范式的應(yīng)用程序。?BaaS的想法是，開發(fā)人員只編寫其應(yīng)用程序的客戶端代碼，然后依賴于托管在云中的多個軟件預(yù)構(gòu)建服務(wù)（可通過API訪問）。BaaS在移動應(yīng)用程序編程中很受歡迎，開發(fā)人員可以依賴大量的后端服務(wù)來驅(qū)動應(yīng)用程序的大部分功能。?BaaS服務(wù)的例子有：Firebase和Parse。

無服務(wù)器應(yīng)用程序的缺點

與微服務(wù)和云原生應(yīng)用程序類似，無服務(wù)器架構(gòu)并不適用于所有場景。

FaaS提供的功能本身并不保持狀態(tài)，這意味著在編寫功能代碼時需要特別注意。這與全微服務(wù)不同——開發(fā)人員可以完全控制狀態(tài)。盡管有這種限制，但在FaaS的情況下保持狀態(tài)的一種方法是將狀態(tài)傳播到數(shù)據(jù)庫或像Redis這樣的內(nèi)存緩存。

這些功能的啟動時間并不總是很快，因為要有時間分配給FaaS服務(wù)提供商發(fā)送請求，然后在某些情況下啟動運行該功能的計算實例也需要時間。在設(shè)計無服務(wù)器應(yīng)用程序時必須考慮這些延遲。

FaaS不像微服務(wù)那樣持續(xù)運行，這使得它們不適合任何需要持續(xù)運行軟件的任務(wù)。

無服務(wù)器應(yīng)用程序具有與其他云原生應(yīng)用程序相同的限制，其中應(yīng)用程序從一個云提供商到另一個云提供商，或從云到本地環(huán)境的可移植性因供應(yīng)商鎖定而變得具有挑戰(zhàn)性。

結(jié)論

云計算架構(gòu)為開發(fā)高效、可擴(kuò)展且可靠的軟件開辟了道路。本文介紹了云計算領(lǐng)域的一些重要概念，如微服務(wù)、云原生應(yīng)用程序、容器和無服務(wù)器應(yīng)用程序。

微服務(wù)是大多數(shù)可擴(kuò)展的云原生應(yīng)用程序的構(gòu)建塊，它們將應(yīng)用程序任務(wù)分解為各種有效的服務(wù)。容器是如何將微服務(wù)隔離并安全地部署到生產(chǎn)環(huán)境而不污染它們的方式。無服務(wù)器應(yīng)用程序?qū)?yīng)用程序任務(wù)分離為更小的構(gòu)造，這些構(gòu)造通常稱為可通過API使用的功能。云原生應(yīng)用程序利用所有這些架構(gòu)模式來構(gòu)建可擴(kuò)展、可靠且始終可用的軟件。

原文鏈接：

http://superuser.openstack.org/articles/modern-cloud-native-architecture-what-you-need-to-know-about-micro-services-containers-and-serverless/

http://superuser.openstack.org/articles/modern-cloud-native-architectures-microservices-containers-and-serverless-part-2/

推薦閱讀

• 8 年后重登王座，Python 再度成為 TIOBE 年度編程語言

• 心疼！能為程序員男友做些什么嗎？

• 2019年人工智能行業(yè)又進(jìn)入冬天了嗎？

• 以太坊升級的拖油瓶，竟只是這幾行代碼
  

• 程序員有話說 | 程序猿在乘地鐵的時候都在想什么?

• 清華北大“世界排名斷崖式下跌”？

• Spark+Alluxio性能調(diào)優(yōu)十大技巧
  

• 從云計算到AI：NetApp的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型之道
  

1.微信群：

添加小編微信：color_ld，備注“進(jìn)群+姓名+公司職位”即可，加入【云計算學(xué)習(xí)交流群】，和志同道合的朋友們共同打卡學(xué)習(xí)！

2.征稿：

投稿郵箱：liudan@csdn.net；微信號：color_ld。請備注投稿+姓名+公司職位。

喜歡就點擊“好看”吧！

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的关于云原生，这是最详细的技术知识的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。