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什么是云原生架构？
采用云原生原则不仅是一种技术转变，还是一种文化和组织变革，可以促进协作、效率和适应不断变化的业务需求的能力。
云原生架构是一种战略方法，它优先考虑在云环境中开发和部署应用程序，而不是传统的本地配置。 这种架构方法利用了云计算框架的众多优势，有效地利用了微服务、容器、编排、DevOps 方法、不可变的基础架构、可观测性机制、弹性机制、可伸缩性度量和以 API 为中心的通信。 云原生架构的主要目标围绕着加速和促进向最终用户敏捷交付价值，同时确保强大的可扩展性和计算资源的最佳利用。
外部综合监控在云原生架构中至关重要，其中应用程序分布在各种服务和云提供商之间。 此监视方法通过定期检查来自不同地理位置的服务的可用性来帮助检测停机时间。 即使内部系统未报告任何问题，它也会提醒团队注意潜在问题。
此外，性能监控是外部综合监控的另一个关键方面。 它模拟来自不同位置的用户交互，并测量全球用户体验的延迟，确保一致且令人满意的用户体验。 通过在云原生环境中实施外部综合监控，团队可以检测停机时间，确保不同位置的服务可用性，并优化用户体验。
云的特征 — 原生架构
微服务
微服务为在云中构建可扩展且灵活的应用程序奠定了基础。 组织可以通过将应用程序分解为更小的独立微服务来实现更高的敏捷性和可维护性。 每个微服务都专注于特定的业务功能，允许开发团队同时处理不同的服务并独立部署它们。 此方法可缩短开发周期，因为团队可以迭代更新并将其发布到单个微服务，而不会影响整个应用程序。 微服务还使团队能够根据需求独立扩展服务，并确保资源高效利用。
此外，微服务之间的松散耦合允许组织为每个服务采用不同的技术和编程语言。 这种灵活性使团队能够为每个微服务选择最合适的工具和框架，利用不同技术的优势，而不受整体架构的限制。
器皿
容器提供了一个轻量级的可移植运行时环境，用于封装微服务及其依赖项。 使用容器，开发人员可以将应用程序和所有必需的库、框架和配置打包到单个自包含单元中。 这消除了兼容性问题，并确保了从开发到测试和生产的不同环境的一致性。
容器为云原生应用程序提供了多种优势。 它们提供隔离，允许每个微服务独立运行，而不会中断其他服务或底层基础结构。 这种隔离可确保对一个微服务所做的更改不会影响另一个微服务的稳定性或功能。
容器还提供高水平的可移植性，允许应用程序在不同的环境中一致地运行。 它们封装了所有必要的依赖项和配置，从而可以更轻松地在不同的开发、测试和生产环境之间打包和移动应用程序。 这种可移植性使开发人员能够在各种平台（如云提供商或本地基础结构）上无缝部署应用程序，而不会出现兼容性问题。
此外，可以轻松复制和编排容器，以处理增加的工作负载或用户需求。 像 Kubernetes 这样的容器编排平台提供自动扩展功能，允许应用程序根据资源利用率指标进行扩展或缩减。 通过水平扩展容器，可以创建同一容器的多个实例来分配负载，从而确保最佳性能和可用性。 这种可扩展性功能使云原生应用程序能够有效地适应波动的工作负载并提高整体系统性能。
配器
像 Kubernetes 这样的编排工具对于在云原生架构中有效管理容器并监督其生命周期至关重要。 Kubernetes 是一个强大的平台，用于跨多台机器自动执行容器部署、扩展和管理。 例如，考虑一个电子商务应用程序在 Kubernetes 上运行的场景。 借助 Kubernetes，可以自动部署、扩展和管理容器，以应对客户流量的波动并确保平稳运营。
业务流程工具的主要职责之一是有效地将容器调度到可用资源上。 Kubernetes 在这一领域表现出色，根据容器的资源需求和约束智能地分发容器。 它考虑了 CPU 和内存可用性、负载平衡和关联性规则等因素，以战略性地放置容器，从而优化底层基础结构的利用率。
通过利用这些考虑因素，Kubernetes 最大限度地提高了性能和弹性，确保容器的放置能够平衡可用资源之间的工作负载，从而实现高效的资源利用率并防止瓶颈。 这有助于实现高度可靠和可扩展的云原生环境。
DevOps 实践
DevOps 实践，尤其是持续集成/持续交付 （CI/CD），是云原生架构不可或缺的一部分。 CI/CD 是一组主体和做法，可自动执行从代码更改为生产部署的整个软件交付管道。 它在加速开发生命周期、增强开发和运营团队之间的协作以及确保交付高质量软件方面发挥着至关重要的作用。
持续集成会自动将来自多个开发人员的代码更改合并到共享存储库中。 它使团队能够通过运行自动化测试来及早发现错误，并维护稳定的代码库，从而及早发现集成问题。 另一方面，持续交付通过自动化来简化发布流程，使组织能够快速、频繁地将软件部署到生产环境。 这种方法可确保全面的测试和质量保证，包括功能测试、性能评估和安全验证。 同时，自动化部署管道可确保一致、可重现的软件版本，不会出现手动错误。
不可变的基础设施
在云原生架构中，不可变的基础设施通过确保基础设施组件在部署后无法修改而发挥着至关重要的作用。 相反，将使用所需的配置创建新实例，完全替换旧实例。 此方法为云原生应用程序提供了许多好处。
云原生架构示例场景
考虑一个流行的电子商务平台，该平台利用云原生架构和不可变的基础架构。 每当发布新版本的应用程序时，都会预置、精确配置和部署一个新实例。 此新实例继承了最佳性能和可靠性所需的所有知识和规范。 通过消除配置漂移，可以防止隐藏的不一致随着时间的推移而累积。
此方法可显著增强应用程序的复原能力并降低中断风险。 如果在基础架构中发现关键问题或漏洞，平台可以通过预置具有更新配置的新实例来快速解决该问题或漏洞。 此过程可以自动化，并且可以在多个环境中毫不费力地复制，从而确保一致性和稳定性。
快速更换基础架构组件的能力可最大限度地减少停机时间并减轻对应用程序的影响。 通过快速过渡到新实例，企业可以保持无缝运营，为客户提供不间断的服务和卓越的用户体验。 云原生架构中的不可变基础架构方法可实现这种级别的敏捷性和可靠性。
可观察性
可观测性在云原生架构中至关重要，强调需要在应用程序中进行全面的监视、日志记录和跟踪功能。 通过将可观测性功能整合到设计和开发过程中，开发人员可以获得有关应用程序状态和性能的宝贵见解，从而使他们能够有效地检测和解决问题。 监视通过收集和分析各种指标和指标，提供对应用程序的运行状况和性能的实时可见性。 它允许开发人员监视关键性能指标、资源降级或异常。 此信息有助于优化应用程序，做出数据驱动的决策，并确保其满足所需的性能标准。
达观
弹性强调云原生应用程序承受故障并从故障中恢复的能力。 云原生应用采用内置机制设计，确保容错和自我修复，减少停机时间并确保服务的可用性。 云原生应用程序使用冗余和复制等技术来实现弹性。 关键组件和服务在多个实例或集群之间复制，确保在一个实例发生故障时，工作负载可以自动转移到另一个实例，而不会中断。 这减少了故障对整个系统的影响，允许系统不间断运行。
此外，云原生应用程序利用自动监控和运行状况检查来实时检测故障或降级。 检测到问题时，应用程序可以自动启动恢复过程，例如重新启动故障组件或启动新实例。 这种自我修复功能可确保应用程序保持运行状态，并减少对手动干预的需求。
通过将弹性作为应用程序设计的基本方面，云原生架构显著增强了服务的可靠性和可用性。 这些应用程序可以处理故障、快速恢复并轻松适应不断变化的条件，从而延长正常运行时间并改善用户体验。 结合冗余、自动化和自我修复机制，使云原生应用程序能够实现卓越的容错级别，从而减少故障的影响并确保动态和分布式环境中的稳健性。
可 伸缩 性
可扩展性允许云原生应用程序处理不同的工作负载并有效地满足不断增长的需求。 云原生架构优先考虑水平扩展，这涉及添加更多服务实例来分配负载，而不是垂直扩展，这涉及升级单个实例的硬件。
水平扩展使云原生应用程序能够通过跨多个实例分配负载来处理增加的流量和工作负载。 随着需求的增长，可以自动预置和部署其他实例，以分担负载并确保最佳性能。 此方法提供了灵活性和弹性，允许应用程序根据实时要求进行扩展和缩减。
云原生架构中的水平扩展通过将工作负载分布到多个实例来优化资源利用率。 这种方法有助于快速部署、可扩展性和组件隔离，从而最大限度地提高整体系统效率。
云原生架构中的 API 驱动通信
云原生架构通过利用 API 作为基本构建块来增强应用程序内服务之间的交互和通信。 这些 API 可促进无缝数据交换，并促进不同组件和服务之间的有效协作。
API 使云原生应用程序能够建立松散耦合的架构，使每个服务能够独立运行，同时通过定义良好的接口与其他服务进行通信。 这种架构方法显著增强了灵活性和模块化，因为服务可以独立发展和扩展，而不会对整个应用程序造成中断。 开发人员可以设计、部署和更新服务，而无需将其与特定实现紧密耦合，从而促进敏捷开发和持续集成。
因此，这使开发团队能够采用更高效和迭代的工作流程，使他们能够快速响应不断变化的需求并以更快的速度交付高质量的软件。
云原生架构的目标
云原生架构旨在充分利用云计算的潜力，使组织能够构建可扩展、弹性和灵活的应用程序。 以下是云原生架构的一些目标
快速灵活的价值交付
云原生应用程序设计灵活，使开发团队能够快速迭代、部署和发布新功能和更新。 通过利用微服务和容器，开发团队可以独立处理单个组件，从而加快开发周期并持续交付新功能。 这使组织能够及时响应市场需求、用户反馈和不断变化的业务需求，确保按时向最终用户交付价值。
弹性和可扩展性
云原生应用程序旨在实现容错和自我修复，允许它们自动从故障中恢复并最大限度地减少停机时间。 通过利用 Kubernetes 等编排工具，云原生应用程序可以跨机器集群有效地管理和扩展许多容器。 这使应用程序能够处理不同的工作负载并无缝适应不断变化的需求，即使在高用户负载期间也能确保最佳性能和用户体验。
成本效益
云原生架构旨在优化资源使用并降低运营成本。 利用云服务（如无服务器计算和即用即付模型），组织可以根据需要精确地扩展资源，避免过度配置，从而节省成本。
开发运营协作
云原生架构可促进开发和运营团队之间的密切协作。 通过采用持续集成/持续交付 （CI/CD）、基础结构即代码 （IaC） 和自动化测试等实践，组织可以简化开发和部署过程，促进更好的协作和更快的反馈循环。
可移植性
云原生架构强调可移植性，允许应用程序跨多个云平台和环境无缝运行。 使用 Docker 等容器化技术和 Kubernetes 等编排工具，可以将应用程序与其依赖项打包在一起，并轻松部署在各种云提供商或本地环境中。
可观察性
可观测性是云原生体系结构的关键目标，使组织能够深入了解其应用程序的行为和性能。 通过实施可靠的监视、日志记录和跟踪机制，团队可以收集有关应用程序指标、日志和请求跟踪的实时数据。 此数据有助于识别性能瓶颈、解决问题并优化应用程序的整体性能。
可观测性对于管理云原生应用程序至关重要，尤其是当它们变得越来越复杂并分布在众多服务中时。 它根据外部输出的信号或数据推断系统的内部状态和行为。 这些信号以日志、指标和跟踪的形式出现，通常称为可观测性的“三大支柱”。
- 原木： 日志是基于事件的记录，用于捕获有关应用程序及其基础结构中的活动、行为和事件的信息。 它们提供事件序列、错误消息和信息等详细信息。 日志用作历史记录，允许进行回顾分析和故障排除。 它有助于了解问题或特定操作期间的系统行为。
- 指标： 指标是评估系统性能的可量化数据，提供对应用程序运行状况和行为的见解。 重要的监控指标包括请求率、错误率、响应时间和资源利用率。 请求速率有助于根据传入请求扩展资源。 错误率可识别故障，从而及时解决问题并提高系统可靠性。 响应时间衡量系统效率和用户体验，帮助识别瓶颈并优化性能。 资源利用率指标跟踪 CPU、内存和磁盘空间使用情况，确保高效的资源分配、检测异常并优化资源使用情况，以提高性能和成本效益。
- 痕迹： 跟踪提供请求如何遍历分布式系统中各种微服务的详细记录。 它们捕获请求的整个生命周期，使团队能够深入了解服务性能、延迟和依赖关系。 通过分析迹线，开发人员可以优化系统架构并提高整体系统性能。
云原生架构中的监控
监视涉及对云原生应用程序的各个方面的持续数据收集，例如资源时间、错误率和其他相关指标。 它通过收集和存储来自不同来源（如日志、指标和跟踪）的信息，在为可观测性提供基本数据方面发挥着关键作用。 然后对这些数据进行分析并很好地呈现，从而深入了解系统行为和性能。 通过仪表板和警报机制，团队可以监控其云原生应用程序的运行状况和性能，从而确保可靠且高性能的用户体验。 通常，监视对于有效管理和维护云原生应用程序至关重要，可以优化性能、增强弹性和高效利用资源。
云原生架构需要能够有效处理环境动态特性的监控解决方案。 此类解决方案应具有特定功能，以确保全面的可见性、高效的数据处理和问题检测。 下面重点介绍了在云原生体系结构中进行监视的一些重要性：
服务和容器的自动发现和监控
在动态创建和扩展服务和容器的云原生环境中，自动发现和监视这些组件至关重要。 通过自动检测和收集新创建的服务或容器中的数据，监控系统无需手动配置。 此功能使系统能够跟上环境的动态特性，从而提供对整个系统的全面可见性。
高效处理大量数据和指标
云原生架构通常涉及大量微服务相互交互，从而导致大量数据和指标的高基数。 监控系统必须能够实时有效地摄取、处理和存储大量数据。 监视系统使团队能够分析微服务生成的大量指标、日志和跟踪并从中获得见解，从而支持有效的监视和故障排除。
用于问题检测的实时警报
基于系统运行状况和性能的实时警报对于主动检测问题和及时响应至关重要。 监视系统应允许基于特定指标、日志或跟踪定义警报规则和阈值。 当出现异常或问题（例如高错误率、资源耗尽或性能下降）时，监视系统会实时触发警报。 这使相应的团队成员能够及时收到通知，迅速解决问题并最大限度地减少停机时间。
跟踪微服务之间的交互和依赖关系
像Jaeger和Zipkin这样的跟踪工具在云原生架构中发挥着重要作用。 这些跟踪工具捕获和分析微服务之间的交互，使团队能够了解请求流、识别延迟瓶颈并跟踪服务之间的依赖关系。 跟踪工具通过提供对云原生架构中复杂交互的可见性，有助于系统的有效性能优化和故障排除。
云原生架构中的外部综合监控
外部综合监视是一种用于通过模拟用户交互来评估应用程序、系统或网站的性能和可用性的技术。 它涉及创建模仿真实用户行为的人工事务，并在这些模拟交互期间监视应用程序的响应时间和功能。
在外部综合监视中，预定义的脚本或测试用例会从不同的位置和设备定期执行。 这些脚本模拟交互，例如单击链接、提交表单或导航不同页面。 综合监视工具可以执行这些脚本交互并测量关键绩效指标 （KPI），例如响应时间、可用性、正常运行时间和功能。
外部综合监视旨在提供对应用程序性能和用户体验的见解。 它有助于在实际用户遇到潜在问题之前识别潜在问题，例如响应时间慢、错误或服务中断。 外部综合监视还可以通过从不同的地理位置进行监视，根据特定于位置的因素（如网络延迟）检测性能差异。
外部综合监视使组织能够优化其应用程序的性能、改善用户体验并满足服务级别协议 （SLA）。 它补充了其他监视技术，例如真实用户监视 （RUM） 和内部监视，提供了一种受控且可重复的方式来从最终用户的角度评估和验证应用程序性能。
外部综合监控如何适应云原生架构监控策略
云原生应用程序设计为高度动态的分布式应用程序，通常由多个微服务组成。 监控此类复杂环境需要一种全面的方法，包括实时和外部综合监控技术。 以下是外部综合监视如何适应云原生体系结构监视策略：
检测停机时间
外部综合监控对于识别云原生架构中的停机时间至关重要。 即使内部监控系统没有显示故障迹象，单个失败的服务也可能导致广泛的中断。 外部综合监视通过持续评估不同地理位置的服务可用性并及时通知您停机或不可用，充当预警系统。 这一增加的可见性层可确保您可以快速解决问题并减轻其对用户的影响。
性能监控
性能监控在服务分布在多个位置的云原生环境中至关重要。 在这些位置保持一致的用户体验至关重要。 外部综合监控能够模拟来自不同位置的用户交互，从而为全球用户体验的延迟提供有价值的见解。 通过在实际场景中密切监视性能，可以识别和解决延迟问题，优化基础结构和代码，并最终跨所有区域提供无缝的用户体验。
警报和事件响应
外部综合监视通过基于预定义阈值设置警报规则，帮助在问题升级并影响用户之前识别问题。 它使您能够在某些指标或性能指标偏离预期值时接收实时警报。 这些警报可以无缝集成到事件响应管道中，触发自动操作，例如回滚、扩展操作或通知待命工程师。 这可确保及时处理和解决事件，从而最大限度地减少停机时间并保持云原生应用程序的可靠性。
服务级别协议 （SLA） 实施
通过持续监控云原生应用程序的性能和可用性，外部综合监控对于实施 SLA 至关重要。 通过收集性能数据并将其与商定的SLA进行比较，服务提供商可以对任何偏差或性能不佳的情况负责。 这些数据可作为支持讨论和协商的具体证据，确保您依赖的服务达到承诺的性能水平，并为用户提供预期的服务质量。
您可以利用外部综合监控来增强云原生架构中的可观测性和监控功能。 此方法使您能够检测停机时间、监控各个区域的性能、解决问题，并通过第三方服务有效地实施 SLA。 通过采用此监视策略，您可以始终如一地提供可靠且高性能的用户体验，同时保持云原生应用程序的完整性和稳定性。
云原生架构 — 包罗万象
云原生架构已成为构建和部署现代应用程序的创新方法。 组织可以通过利用云、容器化和微服务的强大功能来实现前所未有的可扩展性、弹性和敏捷性。
云原生架构固有的灵活性和可移植性可实现与各种平台和技术的无缝集成，从而促进快速创新并缩短上市时间。 云原生架构专注于自动化、可观测性和持续交付，使开发团队能够更快地迭代和发展应用程序。
采用云原生原则不仅是一种技术转变，还是一种文化和组织变革，可以促进协作、效率和适应不断变化的业务需求的能力。 最终，云原生架构为未来铺平了道路，在设计和开发应用程序中，应用程序旨在充分利用云的潜力，使企业能够在数字时代蓬勃发展。
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