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云原生

一個(gè)從買(mǎi)房到開(kāi)房的故事

云原生(Cloud Native)這個(gè)詞火了有不少一段時(shí)間了，但是關(guān)于是什么是云原生，仍然是眾說(shuō)紛壇，莫衷一是。

問(wèn)題問(wèn)對(duì)了，答案就找到一半。讓我們暫時(shí)忘記云原生，“穿越”回古老的面向服務(wù)器編程的時(shí)代——在那個(gè)時(shí)代里，最讓人無(wú)奈的軟件架構(gòu)特性是什么?

一、云原生第一個(gè)根問(wèn)題

當(dāng)然，對(duì)于這個(gè)問(wèn)題(最讓人無(wú)奈的軟件架構(gòu)特性是什么)，不同的人也有不同的答案，但是有一個(gè)答案，相信能得到絕大多數(shù)人的贊同，那就是：計(jì)算的高效彈性伸縮(彈性計(jì)算)。

假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)前需要的配置是10臺(tái)服務(wù)器，半小時(shí)候后，需要15臺(tái)服務(wù)器，該怎么辦?

該怎么辦?去打報(bào)告申請(qǐng)采購(gòu)-》采購(gòu)服務(wù)器-》安裝部署-》上線，這中間哪一步是半小時(shí)能夠搞定的?面對(duì)這樣的場(chǎng)景，除了躺平，恐怕別無(wú)他法。

而比這個(gè)場(chǎng)景更讓人崩潰的是，這一番好容易折騰好以后，時(shí)光又匆匆流逝了半個(gè)月，老板說(shuō)：我們現(xiàn)在10臺(tái)服務(wù)器也夠用了，把剛買(mǎi)的那5臺(tái)服務(wù)器給退了吧。

就算“厚顏無(wú)恥”地薅京東的羊毛，人家京東也只是規(guī)定可以7天無(wú)理由退貨，現(xiàn)在已經(jīng)過(guò)去了半個(gè)月，又找誰(shuí)去耍流氓呢?

可以看到，在服務(wù)器時(shí)代，計(jì)算的高效彈性伸縮，是一個(gè)無(wú)解的命題，直到云計(jì)算的出現(xiàn)。

我的意中人是個(gè)蓋世英雄，我知道有一天，他會(huì)在一個(gè)萬(wàn)眾矚目的情況下出現(xiàn)，身披金甲圣衣，腳踏七彩祥云來(lái)娶我!

——紫霞仙子《大話西游》

云計(jì)算，首先是個(gè)計(jì)算資源池，其次從哲學(xué)上來(lái)講，它是問(wèn)題的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換。

對(duì)于云廠商來(lái)說(shuō)，如果它現(xiàn)在有1萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器，想擴(kuò)容到2萬(wàn)臺(tái)，一樣會(huì)面臨那一系列的問(wèn)題：申請(qǐng)采購(gòu)-》采購(gòu)-》安裝部署-》上線，一樣會(huì)面臨冗長(zhǎng)的時(shí)間流程。從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，計(jì)算的彈性伸縮問(wèn)題，并沒(méi)有解決，只是從普通用戶(hù)轉(zhuǎn)移到了云廠商。

如果僅僅是這樣，云計(jì)算恐怕就不會(huì)有真正的商用。量變引起質(zhì)變，這世上本沒(méi)有路，走的人多了，也便成了路。隨著云計(jì)算的用戶(hù)增多，不同的用戶(hù)之間，會(huì)達(dá)到一種“微妙”的動(dòng)態(tài)平衡：有的人期望增加算力(比如上述場(chǎng)景的增加服務(wù)器)，同時(shí)也會(huì)有人期望減少算力，這一增一減之間，就是這么微妙地達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡——對(duì)于云廠商來(lái)說(shuō)，它可以在現(xiàn)有資源不變的情況下，閃轉(zhuǎn)騰挪，滿(mǎn)足每個(gè)用戶(hù)的彈性伸縮的需求。(當(dāng)然，如果總資源不夠了，云廠商還是需要購(gòu)買(mǎi)服務(wù)器去擴(kuò)容，這是另外一個(gè)問(wèn)題了)

可以看到，從某種意義上講，云計(jì)算的本質(zhì)是一個(gè)“共享經(jīng)濟(jì)”模式。正是這種“共享”，使得普羅大眾的彈性伸縮的需求，得到了很好的滿(mǎn)足。

“共享經(jīng)濟(jì)”模式這個(gè)大基調(diào)確定以后，剩下的就是云計(jì)算本身的技術(shù)發(fā)展了。從虛擬機(jī)(VM，Virtual Machine)到容器(Container)，而容器的解決方案和生態(tài)，目前來(lái)看，乃是 docker/k8s 勝出。

云計(jì)算為什么會(huì)有這樣的發(fā)展路線呢?這又要從原始的問(wèn)題入手，如圖1所示。

圖1 從服務(wù)器到 docker/k8s

通過(guò)圖1可以看到，從服務(wù)器演進(jìn)到云計(jì)算，這幾乎是一種必然，如表1所示。

表1 彈性效率

	服務(wù)器模式	虛機(jī)模式	容器模式
彈性擴(kuò)容效率	日~年	分鐘級(jí)	秒級(jí)
彈性縮容效率	不具備	分鐘級(jí)	秒級(jí)

而云計(jì)算技術(shù)，從虛機(jī)一直發(fā)展到 docker/k8s，其背后的需求邏輯是：彈性效率，部署效率，彈性自動(dòng)化(以及其他層面的自動(dòng)化)，如圖2所示。

圖2 彈性需求的馬斯洛模型

通過(guò)圖2可以看到，隨著彈性需求的馬斯洛模型的逐步展開(kāi)，云計(jì)算的技術(shù)也是逐步發(fā)展，而 docker/k8s 則在這個(gè)發(fā)展的過(guò)程中，成為天選之子，最起碼到目前為止，它們是絕代雙驕、珠聯(lián)璧合、俾倪天下。

至于 docker/k8s 為什么會(huì)在這場(chǎng)技術(shù)大戰(zhàn)中勝出，以及它們的技術(shù)細(xì)節(jié)又是什么，本文由于主題和篇幅的原因，就不再詳述。我們只須知道，docker/k8s 從根子上是為了滿(mǎn)足人們的彈性計(jì)算的需求，然后在彈性需求的馬斯洛模型上勝出即可。

那么，問(wèn)題來(lái)了，docker/k8s 是不是就可以稱(chēng)為云原生呢?有的人，有的企業(yè)，確實(shí)是這么宣稱(chēng)的，但是還有另一部分人和企業(yè)，表示堅(jiān)決反對(duì)。說(shuō)句不客氣的話，無(wú)論是支持此觀點(diǎn)的還是反對(duì)此觀點(diǎn)的，很多時(shí)候都不是處于技術(shù)層面考慮，而是處于自身的商業(yè)利益考慮。

亂花漸欲迷人眼，一說(shuō)到商業(yè)利益，這個(gè)事情就說(shuō)不清楚了。我們還是需要從原始的問(wèn)題出發(fā)，去尋找云原生的本質(zhì)。

二、云原生的第二個(gè)根問(wèn)題

除了彈性計(jì)算，還有什么架構(gòu)特性是讓人最頭疼的呢?幸福的人生千篇一律，不幸的人生各有悲苦。第二讓人頭疼的架構(gòu)特性，其答案也是紛呈各異，但是如果說(shuō)是 HA(High Availability，高可用性)，應(yīng)該也能得到很多的贊同。

需要說(shuō)明的是，HA 分為計(jì)算的 HA 和存儲(chǔ)的 HA，如圖3所示。

圖3 HA 的分類(lèi)

基于不同的原則，HA 有不同的分類(lèi)，比如 Active/Active、Active/Standby(圖3表達(dá)的是就是此種模式)，又比如本地 HA、異地 HA 等等。而按照部件來(lái)分類(lèi)，HA 分為計(jì)算 HA 和存儲(chǔ) HA。

對(duì)于計(jì)算 HA 來(lái)說(shuō)，docker/k8s 已經(jīng)能夠很好地解決(前提是計(jì)算部件要做服務(wù)化/無(wú)狀態(tài)改造)，但是，對(duì)于存儲(chǔ) HA 來(lái)說(shuō)，非常不幸，目前沒(méi)有非常簡(jiǎn)單有效的專(zhuān)有方案。

既然沒(méi)有，那么對(duì)于存儲(chǔ)類(lèi) HA，是不是就該躺平呢?不，云廠商推薦的解決方案是

躺贏

既然沒(méi)有簡(jiǎn)單有效的方案，云廠商的意思是：你就不用煩心這個(gè)問(wèn)題了，給錢(qián)，我來(lái)幫你解決，如圖4所示。

圖4 存儲(chǔ)類(lèi)的 HA 躺贏方案示意

存儲(chǔ)當(dāng)然不僅僅意味著關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，圖4僅僅是個(gè)示意。假設(shè)一個(gè) App 需要操作關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)里面的數(shù)據(jù)(也就是存儲(chǔ)類(lèi))所需要的 HA，對(duì)于開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，就不必關(guān)心，他只需調(diào)用云廠商的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)(比如華為云的 GaussDB)，那么這背后的數(shù)據(jù)的 HA(包括數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算部分的 HA)，都由云廠商來(lái)解決，而開(kāi)發(fā)者只需要做一件事情：說(shuō)服自己的老板，花錢(qián)買(mǎi)云廠商的云數(shù)據(jù)庫(kù)。

如果不是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，而是其他類(lèi)型的數(shù)據(jù)庫(kù)，或者說(shuō)與數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)關(guān)，僅僅是存儲(chǔ)，云廠商都有對(duì)應(yīng)的服務(wù)，只要你愿意花錢(qián)。

需要補(bǔ)充一點(diǎn)，拋開(kāi)單純的存儲(chǔ)服務(wù)，當(dāng)前云廠商并不能保證它所提供的相應(yīng)服務(wù)能夠百分百保證所有用戶(hù)的需求，這個(gè)需要具體問(wèn)題具體分析。不過(guò)總體上是這個(gè)思路：

花錢(qián)購(gòu)買(mǎi)云服務(wù)，同時(shí)解決 HA 問(wèn)題!

用戶(hù)花錢(qián)購(gòu)買(mǎi)的云服務(wù)，云原生賦予其一個(gè)高大上的名字：BaaS(Backend as a Service, 后端即服務(wù))。BaaS 在不同的場(chǎng)景，也有不同的定義，我們不必糾結(jié)。這里不妨理解為云廠商的一個(gè)話術(shù)：

設(shè)想一下，作為一個(gè)架構(gòu)師，你的解決方案竟然是花錢(qián)，你還怎么在老板那里混?這時(shí)候，云廠商就要送你一朵小紅花——你這不是花錢(qián)，你這是 BaaS!

是不是一下子就很高大上?是不是一下子就很有逼格?花老板的錢(qián)，讓老板無(wú)話可說(shuō)!

不過(guò)，BaaS 還不是最有逼格的。最有逼格的是 Serverless (無(wú)服務(wù)器)方案?？陀^地說(shuō)，Serverless 是云原生的屬性之一，但是它不是根本，最起碼目前來(lái)說(shuō)，它有那么一點(diǎn)混淆視聽(tīng)。

三、云原生的極致追求

Serverless，并不是真的沒(méi)有服務(wù)器。我們的軟件，部署在云上，而云歸根結(jié)底是由服務(wù)器承載的。如果真的沒(méi)有服務(wù)器，那云就不叫云了，那叫空氣!

Serverless 指的是對(duì)于開(kāi)發(fā)者而言，他不需要感知服務(wù)器的存在，一切都交給云。

Serverless 的定義，可以參見(jiàn)一個(gè)普遍認(rèn)可的公式：

Serverless = BaaS + FaaS

BaaS，前文介紹過(guò)，它當(dāng)然不需要用戶(hù)感知服務(wù)器的存在。FaaS(Functions as a Service，函數(shù)即服務(wù))這個(gè)話題，本文由于篇幅和主題的原因，也無(wú)法展開(kāi)?？傊覀儠簳r(shí)只需要認(rèn)知兩點(diǎn)：

(1)比服務(wù)化的代碼，更加“簡(jiǎn)化”;一切的執(zhí)行、彈性都交給云(而且彈性效率是毫秒級(jí)的)

(2)但是，它的適用場(chǎng)景是有限的，并不是一個(gè)普適的解決方案

客觀地說(shuō)，Serverless 確實(shí)是云原生的一個(gè)極致追求，但是正因?yàn)?FaaS 并不能稱(chēng)為一個(gè)普適的解決方案，筆者并不贊同把 Serverless 理解為云原生的本質(zhì)(之一)，否則會(huì)對(duì)云原生的概念產(chǎn)生混淆。

其實(shí)，“混淆”云原生概念的，又何止一個(gè) Serverless。眾多公有云廠商，他們有意無(wú)意地——不，它們就是有意的——在無(wú)限擴(kuò)大云原生的范圍。嘴里說(shuō)的都是主義(云原生)，心里想的都是生意!在商言商，這么做，可能也沒(méi)有什么錯(cuò)。

張華在軟件公司當(dāng)碼農(nóng)，花錢(qián)買(mǎi)了云服務(wù);李萍在云廠商當(dāng)網(wǎng)工，運(yùn)維云服務(wù);王總是軟件公司老板，說(shuō)自己的架構(gòu)是云原生。

我們都有光明的未來(lái)!

那么，這些云廠商到底是如何無(wú)限擴(kuò)大云原生的概念呢?這就是一個(gè)從買(mǎi)房到開(kāi)房的故事。

四、從買(mǎi)房到開(kāi)房的故事

我們回憶一下軟件開(kāi)發(fā)模式的演進(jìn)，如圖5所示。

圖5 從買(mǎi)房到開(kāi)房的故事

把服務(wù)器模式類(lèi)比為買(mǎi)房模式，這比較好理解。云計(jì)算模式，其虛擬化技術(shù)包括虛機(jī)、容器——這里的容器，指的是單純的容器技術(shù)。在云計(jì)算模式下，雖然房子(計(jì)算/存儲(chǔ)等資源)不用買(mǎi)了，可以租，但是房子內(nèi)部的其他基本服務(wù)(彈性、HA)，還需要自己搞定(云計(jì)算模式也試圖搞定這些基本服務(wù)，但是沒(méi)做好)。而云原生模式下，房子內(nèi)部的基本服務(wù)，也無(wú)須用戶(hù)操心——只管花錢(qián)開(kāi)房，剩下的交給酒店就行了。

人生在世，既有吃喝拉撒睡，還有吃喝嫖賭抽。如果只是一家普通的酒店，那專(zhuān)心致志做好睡的服務(wù)即可(當(dāng)然，還包括拉撒服務(wù))。但是，如果開(kāi)房的人多了呢，多到足以支撐起其他產(chǎn)業(yè)呢?又或者是期望通過(guò)其他產(chǎn)業(yè)吸引更多的人來(lái)開(kāi)房呢?這個(gè)時(shí)候，我們就分不清這個(gè)酒店的主營(yíng)到底是什么了?是睡服務(wù)、賭服務(wù)，還是莞式服務(wù)?

就像各大廠商所宣稱(chēng)的云原生，應(yīng)有盡有，無(wú)所不能!比如某廠就從服務(wù)的生命周期入手，宣稱(chēng)各個(gè)階段都存在云原生的概念(只要你購(gòu)買(mǎi)它的服務(wù))，如圖6所示。

圖6 某廠宣稱(chēng)的云原生階段

其實(shí)，圖6雖然涵蓋了各個(gè)階段，它還只是涉及了“可信”這一點(diǎn)。但是，就是這一點(diǎn)，也讓人無(wú)法反駁。如果是運(yùn)行期的產(chǎn)品族，它把 AI 等各種服務(wù)都塞進(jìn)去，都說(shuō)是 BaaS，都說(shuō)是云原生，也仍然讓人無(wú)法反駁，比如圖7所示的阿里云的云原生產(chǎn)品家族。

圖7 阿里云的云原生產(chǎn)品家族

這有問(wèn)題嗎?這沒(méi)有問(wèn)題!問(wèn)題是，我們?cè)撊绾螌ふ以圃谋举|(zhì)!

五、云原生的本質(zhì)

寫(xiě)到這里，筆者有點(diǎn)不敢下筆了。前面怎么扯犢子都行，現(xiàn)在忽然聊這么嚴(yán)肅而深刻的話題，筆者深感水平有限、力不從心。不過(guò)，既然已經(jīng)寫(xiě)到這里了，就斗膽寫(xiě)下去吧，班門(mén)弄斧，貽笑大方。

有時(shí)候?qū)ふ乙粋€(gè)解決方案的本質(zhì)(云原生是一種解決方案)，需要從它所解決的本質(zhì)問(wèn)題入手。

筆者以為，云原生所要解決的本質(zhì)問(wèn)題就是：

彈性計(jì)算 + HA

而其它問(wèn)題，是兩個(gè)本質(zhì)問(wèn)題的解決路徑上所遇到的問(wèn)題(隨路問(wèn)題)——既然遇到了，如果能“捎帶腳”解決，那就順便解決。從完整性角度來(lái)說(shuō)，這擴(kuò)展了云原生解決方案的范圍，但是這絕不是云原生的本質(zhì)。

比如“服務(wù)發(fā)現(xiàn)”問(wèn)題，服務(wù)既然要彈性，總得讓請(qǐng)求能正確抵達(dá)服務(wù)實(shí)例。那如何抵達(dá)呢?當(dāng)然得先有服務(wù)發(fā)現(xiàn)。

再比如，安全、韌性等等問(wèn)題，都是云原生本質(zhì)路徑上所遇到的問(wèn)題，既來(lái)之、則安之，云原生都可以一并幫其解決了。但是，我們要深刻地認(rèn)識(shí)到，這些都是云原生的次生問(wèn)題，不是云原生的本質(zhì)問(wèn)題。

綜上所述，筆者以為，云原生的所要解決的問(wèn)題，也符合馬斯洛模型，如圖8所示。

圖8 云原生所解決的問(wèn)題的馬斯洛模型

羅曼羅蘭說(shuō)，世界上只有一種真正的英雄主義，那就是看清生活的真相之后，依然熱愛(ài)生活。

認(rèn)清了云原生的本質(zhì)問(wèn)題和隨路問(wèn)題以后，我們并不拒絕云原生為隨路問(wèn)題所付出的努力。它把那些隨路問(wèn)題解決了，當(dāng)然是更好，我們沒(méi)有必要為了糾結(jié)一個(gè)純粹的概念，而拒絕整個(gè)春天。

當(dāng)然，問(wèn)題的解決是雙向的，云原生也是雙向的，它不僅僅指的是云廠商的努力，也包括了軟件開(kāi)發(fā)商的努力。關(guān)于這一點(diǎn)，阿里云的總結(jié)就比較好，筆者這里直接引用，如圖9所示。

圖9 阿里云的云原生架構(gòu)成熟度模型

圖9中的 ACNA 是 Alibaba Cloud Native Architecting 的縮寫(xiě)。筆者之所以直接引用這張圖，是因?yàn)樗?/p>

(1)非常好地涵蓋了云原生的本質(zhì)問(wèn)題和隨路問(wèn)題，以及解決這些問(wèn)題的目標(biāo)

(2)暗含了云廠商與軟件開(kāi)發(fā)商的共同努力

當(dāng)然，隨路問(wèn)題是無(wú)限的。隨著技術(shù)的發(fā)展，隨著云廠商的發(fā)展，我們會(huì)看到云原生的范圍越來(lái)越廣，我們甚至?xí)吹?，云原生的本質(zhì)問(wèn)題，也會(huì)擴(kuò)展。不過(guò)，這些都是后話了。

就當(dāng)前的技術(shù)棧而言，你要問(wèn)筆者云原生最核心、最本質(zhì)是什么，筆者的答案是：

docker/k8s + BaaS

將來(lái)，docker/k8s 這個(gè)技術(shù)棧也許會(huì)被替換，而 BaaS 的外延也會(huì)無(wú)限擴(kuò)展，只要“錢(qián)能買(mǎi)到錢(qián)”——能夠提升開(kāi)發(fā)效率，降低開(kāi)發(fā)成本，一切都可以是云原生。

所以，云原生就是 CaaS：Cost as a Service。