云原生＋新技术，会碰撞出怎样的火花？

2023-03-09
湖北
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随着云计算和容器化技术的普及，云原生应用程序正成为越来越多企业的首选。云原生是一种新兴的技术架构，它旨在帮助企业更好地应对云时代的挑战。随着云时代的到来，云原生技术和架构的应用，能够最大化的为企业释放红利。当云原生与新技术结合时，又能碰撞出怎样的火花呢？

一、云原生理念的由来与演进

云原生是一种软件开发和部署方法，旨在实现高度可扩展、高度可靠、可持续管理的应用程序。它的出现是为了解决云计算时代面临的挑战，如构建大规模、高可用性的分布式系统、快速迭代、容错和故障恢复等问题。其在不同的时期，意义和内涵都有所不同。

Pivotal 是云原生应用的提出者，并推出了 Pivotal Cloud Foundry 和 Spring 系列开发框架，是云原生的先驱者和探路者。2013 年，Pivotal 公司的技术经理 Matt Stine 首次提出云原生（Cloud Native）的概念。他在博客文章中定义了云原生应用程序的属性，包括基于微服务架构、弹性、可观察性和自我服务等。此后，云原生逐渐成为云计算和应用程序开发领域的热门话题，被广泛讨论和应用。
2015 年 CNCF 建立，开始围绕云原生的概念打造云原生生态体系。根据华为云与中国信通院联合发布的《云原生数据库白皮书》中指出，云原生的概念由 CNCF（Cloud Native Computing Foundation，云原生计算基金会）在 2015 年正式提出，即：云原生技术有利于各组织在公有云、私有云和混合云等新型动态环境中，构建和运行可弹性扩展的应用。
在 2017 年 10 月，Matt Stine 在接受 InfoQ 采访时，则对云原生的定义做了调整。他将云原生架构归纳为模块化、可观察、可部署、可测试、可替换、可处理六个特质；可见，在 2017 年下半年，可观察性成为了一个重要特质，正式出现在了云计算领域。这些调整反映了云原生在发展过程中的一些变化和演进。
2018 年 6 月，随着社区对云原生理念的广泛认可和云原生生态的不断扩大，CNCF 正式对外公布了更新之后的云原生的定义。新的定义中将服务网格单独列出来，体现了云原生中服务网格这一个新生技术的重要性。

二、云原生与新技术的碰撞

首先，云原生是一个面向云的应用程序开发和部署范式，其主要目标是提高应用程序的可移植性、可伸缩性和可靠性。它强调将应用程序拆分成小型的、可独立运行的组件，并使用容器技术将这些组件打包在一起。这使得应用程序更易于部署和管理，可以快速响应业务需求的变化。而容器技术的应用也为云原生应用程序的构建和管理提供了坚实的基础。

与新兴的技术人工智能（AI）的融合。人工智能在各行各业都有广泛的应用，包括数据分析、图像识别、自然语言处理等。在云原生中，AI 可以帮助优化应用程序的性能和可靠性。例如，AI 可以自动识别应用程序的瓶颈并提出优化方案，或者根据实时数据进行自适应调整，从而提高应用程序的性能和可靠性。
与区块链技术的融合。区块链可以确保数据的安全性和完整性，防止数据被篡改。在云原生中，区块链技术可以为应用程序提供可信的数据源，从而保证应用程序的准确性和可靠性。例如，区块链可以用于建立数据共享平台，让多个组织之间共享数据，同时确保数据的安全性和完整性。
容器编排技术也是云原生中的一个重要组成部分。容器编排技术可以帮助管理大规模的容器集群，自动化容器的部署、扩展和管理，从而提高应用程序的可伸缩性和可靠性。例如，Kubernetes 是目前最受欢迎的容器编排技术，它可以帮助管理大规模的容器集群，让应用程序可以快速、自动化地部署和管理。
Serverless 架构。虽然云原生和 Serverless 是不同的概念，但它们通常是相互补充的。云原生技术可以提供更好的应用程序可扩展性和管理性，而 Serverless 可以为应用程序提供更好的弹性和可靠性。因此，很多云原生应用程序也采用 Serverless 的架构来部署和运行。

综上所述，云原生和新技术的结合，将带来更加灵活、可靠和高效的应用程序开发和部署方式。随着新技术的不断涌现，云原生将继续发挥其独特的优势。

三、中国云原生发展现状

云原生技术可分为内核技术（容器、微服务、Serverless 等）和外延技术（云原生网络、存储、芯片、数据仓库、大数据、数据库等）两类。华泰证券发布的《2022 年云原生行业深度研究报告》指出，内核技术中，容器云处于架构中的核心环节，技术壁垒高，市场发展迅速，据 IDC，2021-2025 年该市场 CAGR 将超过 40%，值得重点关注。外延技术中，云原生存储/云原生数据库等领域下游应用广泛，市场规模更大，据 Gartner，2020 年全球企业数据库市场规模达 648 亿美元，其中，90%的企业数据库市场规模增量来自云原生数据库，2020 年云原生数据库市场规模增长率超 50%。

阿里云 PolarDB。2015 年，阿里云数据库团队下定决心，推动云原生数据库的自研工作。PolarDB100%兼容 MySQL、PostgreSQL、高度兼容 Oracle 语法。计算能力最高可扩展至 1000 核以上，存储容量最高可达 100TB。过去几年，阿里云针对 PolarDB 进行了诸多创新，通过采用存储计算分离、软硬一体化设计，PolarDB 实现成本仅为传统商业数据库的十分之一。所实现的计算、内存与存储资源的“三层解耦”架构、多主多写、基于 IMCI（内存列存索引）的 HTAP、Serverless 等功能已是业内领先的技术。

图 1：PolarDB “三层解耦”架构

腾讯云 TDSQL-C。云原生数据库 TDSQL-C 作为腾讯云架构平台部核心数据库产品之一，致力于为云上 ToB 用户和公司自研业务提供集高性能、低成本、大存储、低延迟、秒级扩缩容、极速回档、Serverless 化七大特性于一体的企业级数据库服务。其在被设计的时候以日志即数据库为理念，通过 Redo 日志还原出所有的数据；存储计算分离，把计算层相关的无效 IO 进行下沉、卸载，把日志下沉到存储层，实现计算层完全无状态化；主从之间抛弃了原来传统数据库的 Binlog 复制，采用更加高效的物理复制。

图 2：TDSQL-C 架构

GaussDB(for MySQL) 云原生数据库采用“存算分离”的技术架构，最高可以支持 128TB 的海量存储，实现超百万级 QPS 吞吐，支持跨 AZ 部署，数据 0 丢失。华为云原生基础设施打造了云容器引擎、云容器实例、智能边缘平台、多云容器平台等 8 大核心容器产品，并以此为基础构建了云原生裸金属、云原生高性能计算、云原生混合云、云原生边缘计算四大解决方案，满足企业业务智能升级过程中，对高性能基础设施、分布式业务架构、完善的云原生应用生态的诉求。

图 3：GaussDB(for MySQL)云原生数据库架构

NineData 是玖章算术推出的多云数据管理平台，提供一套多云、全托管的数据管理服务，该服务包含了 SQL 开发、数据复制、数据备份及数据对比功能。通过这些功能，可以轻松完成日常数据库开发、数据安全访问、生产数据库变更与发布、数据库备份恢复、数据迁移、容灾多活、数据仓库及数据湖构建等核心应用场景。NineData 支持混合云和多云架构下的企业数据管理，大幅降低企业的数据运维难度和成本。

图 4：NineData 架构

四、云原生技术的挑战与机遇

云原生技术是一种新兴的技术，随着云计算的普及和发展，其在企业应用中的重要性日益凸显。云原生技术在发展的如火如荼的同时，也面临着人才缺乏、应用复杂等问题。

人才缺乏：云原生技术需要专业的技术人员，这些人员往往需要具备深厚的技术功底和实践经验，目前行业内人才稀缺，企业难以招到适合的人才。
技术标准化：云原生技术发展较为迅速，标准化建设相对滞后，这给企业带来了一定的风险，尤其是在跨平台应用开发、数据共享和安全性方面。
云原生应用复杂性：云原生应用开发的难度相对较高，其架构和设计需要更多的思考和规划，同时需要考虑容器化、微服务化、自动化等复杂的技术问题，增加了开发和维护的难度。

在面临众多挑战的同时，云原生也拥有高效性、可扩展性、弹性等方面机遇。

高效性：云原生技术可以提高企业的开发和部署效率，帮助企业更快地推出新产品和服务，并降低运营成本。
可扩展性：云原生技术可以支持企业的快速扩展和调整，以应对不同的业务需求和变化，为企业的数字化转型提供更加灵活和可持续的支持。
弹性和可靠性：云原生技术可以提供更高的弹性和可靠性，保障企业的服务可用性和稳定性，提高客户满意度和信任度。

企业需要充分认识到这些问题，并积极采取措施来克服这些挑战，抓住机遇，实现自身的数字化转型和智能化升级。

不知道大家读完本文对云原生有多少了解呢？2023 年 4 月 7 日上午，由中国 DBA 联盟（ACDU）和墨天轮社区联合主办的第十二届『数据技术嘉年华』(DTC 2023) 中的专题论坛【融合引领：云原生与新技术】盛大开启。此专题汇聚了阿里云、玖章算术、云和恩墨等中国数据库厂商，一起感受云原生的“魅力”！