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云原生架构与技术全面解析:Docker、Kubernetes、服务网格与Serverless

一、什么是云原生?

通俗定义:云原生(Cloud Native)是一套基于云计算环境设计和运行应用的方法论,就像"为云而生"的思维方式。
技术定义:根据CNCF官方定义,云原生技术帮助组织在动态环境(如公有云、混合云)中,构建和运行可弹性扩展的应用,包含以下核心要素:

  • 容器化(Containerization)
  • 服务网格(Service Mesh)
  • 微服务(Microservices)
  • 不可变基础设施(Immutable Infrastructure)
  • 声明式API(Declarative APIs)

二、云原生与传统架构的对比

维度 传统架构 云原生架构
应用结构  单体应用(一个巨无霸)  微服务(乐高积木式模块) 
部署方式  直接部署在物理机/虚拟机  容器化打包(Docker镜像) 
扩展性  手动垂直扩展(升级服务器)  自动水平扩展(增加容器实例) 
依赖管理  系统库需手动安装  所有依赖打包进容器 
恢复时间  小时级  秒级(Kubernetes自动重启) 

三、什么是CNCF?

成立背景:2015年由Google/Linux基金会创建,现为云原生领域权威组织

核心项目:托管Kubernetes、Prometheus等关键项目

成熟度分级

孵化阶段(如OpenTelemetry)

稳定阶段(如etcd)

毕业项目(如Kubernetes、Prometheus)

关键项目:

1)编排层

Kubernetes:容器编排的"操作系统"

  • 核心概念:Pod/Deployment/Service

  • 示例:kubectl scale deployment --replicas=5 实现一键扩容

2)监控与日志

Prometheus:时序数据库 + 告警系统

Grafana:可视化仪表盘

  1. 服务网格

Istio:流量管理/安全/观测

  • 典型场景:金丝雀发布(逐步切换流量到新版本)

4)Serverless

Knative:基于Kubernetes的无服务平台

  • 自动缩容到0(有请求时再启动)

四、云原生涉及的核心技术

1)容器化

Docker原理

  • 镜像(Image):包含应用+环境的只读模板

  • 容器(Container):镜像的运行实例

  • 优势:

  • 隔离性(cgroups/namespace)

  • 便携性(一次构建,随处运行)

2)Kubernetes核心架构

  • API Server:集群操作的入口

  • Scheduler:决定Pod运行在哪个节点

  • Kubelet:节点上的"容器管家"

  • Pod:最部署单元(1个或多个容器)

3)服务风格(Service Mesh)

Sidecar模式:每个微服务旁挂载代理(如Envoy)

核心功能

  • 流量镜像(复制生产流量到测试环境)

  • 熔断(当服务故障时快速失败)

五、学习路线图

1)Linux与网络基础

2)容器化技术(Docker)

  1. 云原生概念

4)Kubernetes基础

5)监控与日志

6)CI/CD (GitLab CI , ArgoCD)

  1. Kubernetes自动扩缩容、服务网格、安全

8)Terraform(多云资源编排)、Pulumi(代码化部署)

9)云原生数据库 TiDB、CockroachDB

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