本文討論了本地云架構(gòu)、應(yīng)該考慮的設(shè)計(jì)原則以及構(gòu)成優(yōu)秀的本地云平臺的特性。

當(dāng)涉及設(shè)計(jì)云原生數(shù)據(jù)系統(tǒng)時，并沒有特定的托管基礎(chǔ)設(shè)施、編程語言或設(shè)計(jì)模式是您應(yīng)該使用的。云原生系統(tǒng)有各種不同的規(guī)模和形式。然而，確實(shí)存在大多數(shù)遵循相同云原生設(shè)計(jì)原則的系統(tǒng)。讓我們來看一下云原生架構(gòu)、您應(yīng)該記住的設(shè)計(jì)原則以及構(gòu)成一個良好的云原生平臺的特點(diǎn)。

(相關(guān)資料圖)

云原生架構(gòu)云原生架構(gòu)本質(zhì)上是為云端構(gòu)建的應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)模式。雖然沒有特定的實(shí)現(xiàn)方式或預(yù)定義的云原生設(shè)計(jì)，但最常見的方法是將應(yīng)用程序拆分成多個微服務(wù)，讓每個微服務(wù)處理不同的功能。每個微服務(wù)由一個小團(tuán)隊(duì)維護(hù)，并通常部署為容器。

擁抱微服務(wù)云原生設(shè)計(jì)和開發(fā)依賴于松散耦合的架構(gòu)，在該架構(gòu)中，應(yīng)用程序的不同部分是獨(dú)立開發(fā)、操作和部署的。通常通過使用微服務(wù)來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

微服務(wù)可以說是云原生系統(tǒng)的基礎(chǔ)，通過使用容器，您可以將運(yùn)行時環(huán)境及其庫、二進(jìn)制文件和依賴關(guān)系壓縮為一個邏輯和易于管理的單元，從而獲得實(shí)際好處。因此，應(yīng)用服務(wù)可以根據(jù)需要存儲、復(fù)制、傳輸和使用。

與單體應(yīng)用程序不同，微服務(wù)由小的獨(dú)立服務(wù)組成。

使用微服務(wù)（或松散耦合的架構(gòu)）對于云計(jì)算來說是重要的，原因有很多。例如，它促進(jìn)了簡化、可擴(kuò)展性和彈性。讓我們更詳細(xì)地看一下為什么會這樣。

通過這種架構(gòu)，您可以將復(fù)雜的應(yīng)用程序分解為較小的獨(dú)立部分，使應(yīng)用程序開發(fā)周期簡單并易于管理。更不用說，將應(yīng)用程序配置和基礎(chǔ)代碼分離也使應(yīng)用程序的開發(fā)和維護(hù)更加容易。同樣，將核心應(yīng)用程序與后端服務(wù)分離允許代碼庫以自己的步調(diào)演變和擴(kuò)展。

而且，相較于整個單體應(yīng)用程序，擴(kuò)展或縮減一個應(yīng)用程序的個別部分更容易（也更快）。同樣，由于只需更新需要更改的部分（或微服務(wù)），而不是再次部署新的更新版本的整個應(yīng)用程序，所以更新應(yīng)用程序更加容易。

擁抱微服務(wù)還增加了韌性，使應(yīng)用程序更可靠。如果微服務(wù)架構(gòu)中的一個組件失敗，整個應(yīng)用程序不會崩潰。它還促進(jìn)了基礎(chǔ)設(shè)施即代碼（Infrastructure as Code），從而為自動化部署鋪平了道路。最后，微服務(wù)架構(gòu)通過API使用無狀態(tài)進(jìn)程和組件，將每個微服務(wù)與其他服務(wù)隔離開來，從而實(shí)現(xiàn)更好的安全性和效率。

要確保您的應(yīng)用程序遵循松散耦合的架構(gòu)，您需要避免在不同部分之間形成緊密耦合的依賴關(guān)系。例如，兩個微服務(wù)不應(yīng)該依賴于同一個數(shù)據(jù)庫。如果它們這樣做，您將無法獨(dú)立地更新和操作它們。

一切都作為代碼雖然使用微服務(wù)從現(xiàn)代應(yīng)用程序中獲益很重要，但采用自動化實(shí)踐也同樣重要。它的目的是優(yōu)化應(yīng)用程序開發(fā)流程，使開發(fā)人員和用戶都能受益。為此，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)EaC – 一切作為代碼。將EaC視為IaC的進(jìn)一步步驟，其中包括應(yīng)用程序代碼庫、基礎(chǔ)架構(gòu)和平臺。

這種方法有很多優(yōu)點(diǎn)。例如，它使系統(tǒng)高度可擴(kuò)展，降低了故障的可能性。它還能減少開發(fā)成本，改善開發(fā)體驗(yàn)，并通過加快開發(fā)流程提高上市速度。此外，除了通過API促進(jìn)用戶與應(yīng)用程序之間的通信，它還促進(jìn)了內(nèi)部流程的自動化和通信。

云原生設(shè)計(jì)原則云原生應(yīng)用通常遵循12要素應(yīng)用框架中定義的原則，并圍繞安全性、彈性（和可用性）、彈性和性能（包括可擴(kuò)展性）構(gòu)建。讓我們更詳細(xì)地看一下這些云原生設(shè)計(jì)原則。

可擴(kuò)展性可擴(kuò)展性的理念是為了能夠增加應(yīng)用程序和相關(guān)服務(wù)的額外容量，以處理需求和負(fù)載的增加。尤其是在設(shè)計(jì)可擴(kuò)展性時，應(yīng)考慮每個應(yīng)用程序?qū)印⑷绾芜M(jìn)行擴(kuò)展以及如何避免瓶頸的問題。

在這種背景下，有三個關(guān)鍵方面需要考慮：容量、負(fù)載和數(shù)據(jù)。

在容量方面，需要考慮是否需要擴(kuò)展各個層，并且在不影響應(yīng)用程序可用性的情況下是否可以進(jìn)行擴(kuò)展。還需要考慮服務(wù)的快速擴(kuò)展速度，并且在非工作時間是否可以縮小應(yīng)用程序的規(guī)模而不影響運(yùn)營。

在數(shù)據(jù)方面，需要考慮您是否可以進(jìn)行擴(kuò)展，并記住服務(wù)的約束條件，比如事務(wù)吞吐量和數(shù)據(jù)庫大小。找出如何對數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)以進(jìn)一步提高可擴(kuò)展性，同時在平臺限制內(nèi)實(shí)現(xiàn)。同樣，您需要找出如何有效和高效地使用平臺資源。

在負(fù)載方面，您需要確定如何改進(jìn)設(shè)計(jì)以避免瓶頸，并確定如何在高峰時段使用異步操作來幫助負(fù)載平衡。還需要探索如何使用所選平臺提供的不同速率平衡和負(fù)載均衡功能。

確保可擴(kuò)展性的一種方法是創(chuàng)建可隨時進(jìn)行擴(kuò)展、修復(fù)和部署的自動化流程。您可以設(shè)置系統(tǒng)以生成有意義的日志（從而產(chǎn)生事件），然后將其用作執(zhí)行不同自動化活動的鉤子。生成的系統(tǒng)應(yīng)能夠自動配置基礎(chǔ)設(shè)施，如機(jī)器實(shí)例，構(gòu)建、測試和部署CI/CD管道中的不同階段，并處理動態(tài)擴(kuò)展、健康監(jiān)控和備份。

許多人認(rèn)為云原生系統(tǒng)應(yīng)該是無狀態(tài)的，但實(shí)際應(yīng)用中很難實(shí)現(xiàn)。但是，由于在分布式應(yīng)用程序中管理狀態(tài)很困難，因此最好在盡可能多的情況下使用無狀態(tài)組件。這是因?yàn)闊o狀態(tài)組件使加載、平衡、擴(kuò)展、修復(fù)和回滾更加容易。

可用性可用性指的是在底層操作系統(tǒng)、硬件、網(wǎng)絡(luò)依賴或應(yīng)用程序本身的故障情況下，系統(tǒng)仍能對用戶有用的能力。重要的原則包括性能、可用時間、災(zāi)難恢復(fù)和復(fù)制。

在性能方面，您需要定義可接受的性能水平，如何衡量它們以及當(dāng)性能低于可接受水平時觸發(fā)的操作或事件。還需要確定最可能引起問題的應(yīng)用程序部分，以及隊(duì)列中心化設(shè)計(jì)或自動縮放是否有助于解決這些問題。此外，您還需要確定使云原生系統(tǒng)的某些部分異步化是否有助于提高性能。

可用性保證也是需要考慮的重要因素。特別是需要定義產(chǎn)品應(yīng)滿足的服務(wù)級別協(xié)議（SLAs），以及您選擇的云服務(wù)是否能夠達(dá)到這些協(xié)議。同時，在災(zāi)難恢復(fù)方面，需要確定在系統(tǒng)故障的情況下如何重新構(gòu)建基于云的系統(tǒng)，以及在這種情況下您能承受多少數(shù)據(jù)丟失。您還需要確定在系統(tǒng)故障的情況下如何處理備份、傳輸隊(duì)列和消息，并確定虛擬機(jī)鏡像存儲的位置以及是否有備份。

最后，在復(fù)制方面，您需要確定系統(tǒng)中存在哪些高風(fēng)險故障部分，以及哪些部分會受到故障的最大影響。此外，確定是否需要數(shù)據(jù)復(fù)制，以及如何防止復(fù)制損壞的數(shù)據(jù)。

安全性云原生數(shù)據(jù)系統(tǒng)的安全性是一個相當(dāng)廣泛的話題，涉及許多內(nèi)容。但最重要的是，您需要弄清楚以下幾點(diǎn)：

數(shù)據(jù)所在地的法律管轄權(quán)和法律規(guī)定，包括指標(biāo)和故障轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)存儲的國家。如果您使用混合云應(yīng)用程序，您如何保護(hù)云與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)之間的鏈接。是否存在應(yīng)滿足聯(lián)合安全性的任何要求。如何控制對云提供商管理門戶的訪問，處理密碼更改并限制對數(shù)據(jù)庫的訪問。如何處理供應(yīng)商和操作系統(tǒng)的安全更新和補(bǔ)丁。可管理性可管理性是指理解系統(tǒng)性能和健康狀況以及管理運(yùn)維的能力。在云方面，我們需要考慮兩個原則-部署和監(jiān)控。

在部署方面，您需要考慮幾個問題。例如，考慮如何自動化部署以及如何在不影響實(shí)時系統(tǒng)的情況下進(jìn)行修補(bǔ)或重新部署。還要考慮如何檢查部署是否成功，并在部署失敗時如何回滾。類似地，部署還涉及確定所需的環(huán)境數(shù)量以及它們所需的存儲空間和可用性。

與此同時，在監(jiān)控方面，您需要計(jì)劃如何監(jiān)控應(yīng)用程序（是否使用現(xiàn)成的服務(wù)還是自行開發(fā)？）以及在物理上存儲監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的位置。您還需要確定監(jiān)控計(jì)劃將產(chǎn)生多少數(shù)據(jù)以及如何訪問指標(biāo)日志。同樣，詢問自己是否可以承受一些日志數(shù)據(jù)的丟失，并在運(yùn)行時是否需要更改監(jiān)控級別。

可行性最后，可行性包括在時間和預(yù)算限制下維護(hù)和交付系統(tǒng)的能力。對于這一原則，您需要考慮以下幾點(diǎn)：

是否可能滿足服務(wù)級別協(xié)議？例如，是否有云提供商保證您需要向客戶提供的可用性？您是否擁有內(nèi)部構(gòu)建云應(yīng)用程序所需的必要經(jīng)驗(yàn)和技能，或者是否需要將其交給第三方？您可以接受什么樣的權(quán)衡，并在復(fù)雜的云提供商定價中可以花多少資金用于運(yùn)營成本？良好的云原生數(shù)據(jù)平臺特征現(xiàn)在，您已經(jīng)了解了制作云原生平臺時應(yīng)牢記的原則和架構(gòu)考慮因素。現(xiàn)在讓我們看看一個優(yōu)秀平臺應(yīng)該提供的一些更多功能。設(shè)計(jì)良好的云原生平臺的優(yōu)勢。

良好設(shè)計(jì)的云原生平臺的優(yōu)勢（來源）

成本效益毫無疑問，完全托管的云服務(wù)與自行管理的本地服務(wù)之間存在很大差異。然而，前者的彈性和大多數(shù)云平臺的按需付費(fèi)模式使得可以以最低的資源（同時也是成本）浪費(fèi)來運(yùn)行適當(dāng)規(guī)模的系統(tǒng)。

這意味著您不需要擔(dān)心為未使用的資源支付額外費(fèi)用，甚至不需要進(jìn)行容量規(guī)劃。此外，由于云平臺的多租戶性質(zhì)，服務(wù)提供商可以以比自行管理服務(wù)更低的成本定價他們的服務(wù)。

按使用量付費(fèi)如上所述，大多數(shù)云平臺采用按使用量付費(fèi)模式，這意味著您只需為實(shí)際使用的資源付費(fèi)，而不是根據(jù)預(yù)配置的資源來支付費(fèi)用。這些資源既可以是高級別的（如API請求和響應(yīng)），也可以是低級別的（如內(nèi)存或CPU使用率）。因此，與本地?cái)?shù)據(jù)相比，您無需為可能根本不使用的許可核心支付費(fèi)用。

彈性和可擴(kuò)展性良好的云原生平臺還包括可以通過簡單的API調(diào)用或單擊進(jìn)行自動縮放的服務(wù)。如果平臺可以根據(jù)定義的策略自動縮放服務(wù)，那將更好。由于預(yù)先管理的容量規(guī)劃和彈性縮放，只有在極端情況下才會暴露可擴(kuò)展性限制。

可用性高效的云原生平臺也具有高可用性，并設(shè)計(jì)為處理大多數(shù)故障。大多數(shù)平臺提供至少99.95%的服務(wù)級別協(xié)議，這意味著一年中的停機(jī)時間不超過4.5小時，但實(shí)際上，您可以期望更高的可用性。

多租戶多租戶有兩個好處-可管理性和規(guī)模經(jīng)濟(jì)-大多數(shù)云原生服務(wù)從中受益。您可以通過像S3這樣的服務(wù)提供最佳用戶體驗(yàn)，它以查詢或請求的方式提供服務(wù)，而所有租戶都經(jīng)過良好的隔離，用戶不知道其他租戶也使用同一物理系統(tǒng)。

是的，在某些情況下，用戶確實(shí)需要購買專用的計(jì)算資源，如內(nèi)存和CPU（AWS Aurora就是這種情況），但底層基礎(chǔ)設(shè)施，如存儲和網(wǎng)絡(luò)，仍然共享。

性能優(yōu)化最后，為了能夠處理不同類型的客戶工作負(fù)載，您的系統(tǒng)應(yīng)該在多個維度上具有可擴(kuò)展性。約束條件應(yīng)在整個基礎(chǔ)架構(gòu)中得到對齊和優(yōu)化，包括硬件、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。此外，在托管系統(tǒng)的情況下，應(yīng)該有與生產(chǎn)環(huán)境之間的緊密反饋機(jī)制。系統(tǒng)還應(yīng)具備分析和從不同的可擴(kuò)展性和性能相關(guān)事件中學(xué)習(xí)的能力，并推出改進(jìn)措施以優(yōu)化性能。

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