Cloud Native Computing Foundation，云原生計算基金會(以下簡稱CNCF)是一個開源軟件基金會，它致力于云原生(Cloud Native)技術的普及和可持續(xù)發(fā)展。云原生技術是通過一系列的軟件、規(guī)范和標準幫助企業(yè)和組織，在現(xiàn)代的動態(tài)環(huán)境(如公共云、私有云和混合云)中構建和運行敏捷的、可擴展的應用程序。容器、微服務、微服務治理、聲明式API等都是代表性的云原生技術。這些技術使松散耦合的系統(tǒng)具有更好的彈性、可管理性，同時更容易被監(jiān)控和觀察。這些技術通過與強大的自動化工具相結合，允許工程師頻繁地、可預見地對系統(tǒng)進行任意的更改，并盡可能減少由此帶來的工作量(在這些云原生技術和框架被采用之前，相信大家都有過針對系統(tǒng)任何一個小改動，都需要整個開發(fā)、測試、運維團隊投入大量工作的痛苦經歷)，而這就是云原生技術最希望為技術團隊以及業(yè)務帶來的價值。

　　在每年的CNCF年度報告中都會提及CNCF Landscape，CNCF Landscape是CNCF中的一個重要項目，它始于2016年11月，旨在為云原生應用者提供一個資源地圖，幫助企業(yè)和開發(fā)人員快速了解云原生體系的全貌。CNCF Landscape項目在Github上已經獲得超過5000顆星，表明廣大開發(fā)者和使用者對該項目的關注和重視。CNCF Landscape通過對云原生技術中的大多數(shù)項目和產品進行分類，來追蹤整個生態(tài)中的大量應用。

　　CNCF Landscape路線圖

　　CNCF Landscape最重要的產出包括一個路線圖和一個全景圖。路線圖(Trail Map)是CNCF對云原生用戶使用開源項目以及云原生技術的推薦過程。在路線圖的每個步驟中，用戶都可以選擇供應商支持的產品或自己動手使用開源項目。　　

　　CNCF Landscape路線圖

　　整個路線圖分成了十個步驟，每個步驟都是用戶或平臺開發(fā)者將云原生技術在實際環(huán)境中落地時，需要循序漸進思考和處理的問題：

　　1. 容器化。目前***的容器化技術是Docker，你可以將任意大小的應用程序和依賴項，甚至在模擬器上運行的一些程序，都進行容器化。隨著時間的推移，你還可以對應用程序進行分割，并將未來的功能編寫為微服務。

　　2. CI/CD(持續(xù)集成和持續(xù)發(fā)布)。創(chuàng)建CI/CD環(huán)境，從而使源代碼上的任意修改，都能夠自動通過容器進行編譯、測試，并被部署到預生產甚至生產環(huán)境中。

　　3. 應用編排。Kubernetes是目前市場上應用編排領域被最廣泛應用的工具，Helm Charts可以用來幫助應用開發(fā)和發(fā)布者用于升級Kubernetes上運行的應用。

　　4. 監(jiān)控和分析。在這一步中，用戶需要為平臺選擇監(jiān)控、日志以及跟蹤的相關工具，例如將Prometheus用于監(jiān)控、Fluentd用于日志、Jaeger用于整個應用調用鏈的跟蹤。

　　5. 服務代理、發(fā)現(xiàn)和治理。CoreDNS、Envoy和LInkerd可以分別用于服務發(fā)現(xiàn)和服務治理，提供服務的健康檢查、請求路由、和負載均衡等功能。

　　6. 網絡。Calico、Flannel以及Weave Net等軟件用于提供更靈活的網絡功能。

　　7. 分布式數(shù)據(jù)庫和存儲。分布式數(shù)據(jù)庫可以提供更好的彈性和伸縮性能，但同時需要專業(yè)的容器存儲予以支持。

　　8. 流和消息處理。當應用需要比JSON-REST這個模式更高的性能時，可以考慮使用gRPC或者NATS。gRPC是一個通用的RPC(遠程調用)框架(類似各種框架中的RPC調用)，NATS是一個發(fā)布/訂閱和負載均衡的消息隊列系統(tǒng)。

　　9. 容器鏡像庫和運行環(huán)境。Harbor是目前***的容器鏡像庫，同時，你也可以選擇使用不同的容器運行環(huán)境用于運行容器程序。

　　10. 軟件發(fā)布。***可以借助Notary等軟件用于軟件的安全發(fā)布。

　　CNCF Landscape全景圖

　　CNCF Landscape路線圖從實踐步驟上幫助用戶梳理了整個云原生應用的***流程。然而整個實踐過程中的每個環(huán)節(jié)，用戶都需要了解有哪些具體的軟件和產品選擇，這就是CNCF Landscape全景圖發(fā)揮作用的地方了。　　

　　CNCF Landscape全景圖

　　這張全景圖試圖從云原生的層次結構，以及不同的功能組成上，讓用戶了解云原生體系的全貌，并幫助用戶在不同組件層次去選擇恰當?shù)能浖凸ぞ哌M行支持。從總體來看，它將云原生生態(tài)分為以下幾層：

　　Cloud

　　圖中***層是Cloud(公有云，包括AWS、Google、Azure、Ali、Baidu、Tencent等)以及Kubernetes認證的服務提供商(主要是私有云，包括諧云、靈雀云、博云、才云、DaoCloud、Rancher等提供商)。

　　Provisioning

　　有了物理機或虛擬機后，在運行容器化服務之前，需要為容器準備標準化的基礎環(huán)境，這就是Provisioning這一層的作用。在Provisioning這一層中，分為以下幾個功能組成模塊：

• Automation & Configuration：用于自動化部署和配置容器運行平臺和環(huán)境，代表工具和廠商包括Ansible、Chef、Puppet、VMware、OpenStack。
• 容器鏡像庫：容器鏡像庫是整個CNCF云原生中的核心部件之一，因為基于容器的運行環(huán)境中，所有的應用都需要借助容器鏡像庫來進行安裝和部署。容器鏡像庫又分為公有和私有，公有的容器鏡像庫包括docker官方的registry，AWS的Elastic Container Registry，Google的Container Registry等。在私有鏡像庫中，VMware中國團隊主導的Harbor得到了廣泛的應用，大量的容器平臺目前都基于Harbor構建其鏡像倉庫。
• Security & Compliance：Notary和TUF(The Upgrade Framework)是這個領域兩個主要的項目，其中TUF是一個開源的安全標準，Notary是其中一個實現(xiàn)。Notary軟件除了確保軟件的出處外，它還能保證在未經容器鏡像提供者批準的情況下，不會在鏡像供應鏈的任何地方修改鏡像內的內容，從而確保從開發(fā)到運營的過程中，安全都被無縫統(tǒng)一地嵌入到整個工作流中。
• Key Management：主要用于在整個容器平臺中進行秘鑰管理。

　　Runtime：

　　Runtime這一層可以理解為容器的整個運行環(huán)境，是云原生中最核心的部分，它包括了計算、存儲、網絡三大塊：

• Container Runtime：Docker是最廣為人知的容器運行環(huán)境，但生產環(huán)境下也有一些其他的容器環(huán)境在運行。Containerd是滿足OCI規(guī)范的核心容器運行時，從設計上就是為了嵌入大型系統(tǒng)的。它由Docker Inc公司啟動，并且在2017年3月份捐贈給了CNCF。此外，CoreOS的RKT是一個用于在Linux上運行應用程序容器的CLI，也可以作為安全、可組合和基于標準的容器虛擬化運行環(huán)境。
• Cloud-Native Storage：起初，容器為無狀態(tài)的運行單元，容器最上一層文件系統(tǒng)無法保存其在運行時寫入的文件或數(shù)據(jù)，容器重建或重啟后，這些寫入的數(shù)據(jù)將丟失。但隨著數(shù)據(jù)庫、消息隊列等中間件逐步在容器環(huán)境中得到應用，如今用戶對容器持久化存儲的理解和需求也更加深入和迫切。本文稍后還將對容器存儲做更深入的分析。
• Cloud-Native Network：網絡歷來是虛擬化技術中最靈活多變的部分，目前，大多數(shù)客戶使用的主要包括Calico、Flannel、Open vSwitch等方案。

　　Orchestration Management：

　　這一層主要負責容器平臺的編排和調度，包括服務的發(fā)現(xiàn)和治理，遠程調用，服務代理，微服務治理等組件，包括：

• Scheduling & Orchestration：在這個領域，Kubernetes是當仁不讓的頭號玩家，目前基于Kubernetes的容器生態(tài)得到了迅速發(fā)展。其它的編排工具包括Mesos、Docker Swarm等。
• Coordination & Service Discovery：分布式計算中很重要的一點就是各個服務之間的協(xié)同以及服務發(fā)現(xiàn)(或節(jié)點發(fā)現(xiàn)的問題)，從老牌的Zookeeper到近年來在很多互聯(lián)網廠商和應用中流行的Consul(Docker Swarm默認使用)，都可以用于分布式服務的發(fā)現(xiàn)和配置，Kubernetes默認使用的則是CoreOS旗下的Etcd。
• Remote Procedure Call：微服務間進行通信，通常有兩種方式，其一為HTTP REST-JSON的方式，另一種為RPC 方式，相比起來RPC方式效率更高。常用的包括 Google 開源的 GRPC 、apache 旗下的 thrift 框架、Netflix 開源的自帶負載均衡的 ribbon 和 avra 數(shù)據(jù)序列化框架。
• Service Proxy、API網關以及微服務治理：這幾個部分都用于對容器平臺中運行的諸多API服務進行管理、路由、監(jiān)控以及彈性伸縮的功能。

　　App Definition and Development

　　這一層就是容器平臺上運行的具體應用和工具了，可以理解為容器平臺的應用商店。根據(jù)應用的不同作用的使用場景，可以大致分為以下幾種類型：數(shù)據(jù)庫(例如MySQL、MariaDB、mongoDB、PostgreSQL、Cassandra、TiDB等)、流處理和消息隊列(例如Spark、Storm、RocketMQ、Kafka、RabbitMQ等)、應用和鏡像制作(用于將應用封裝成標準鏡像，使應用能在標準的容器平臺上運行，例如Helm、Docker Composer、Packer等)、CI/CD(最常見的Jenkins、Atlassian公司開發(fā)的Bamboo等)。

　　Platform

　　從橫向上看，整個云原生還包括眾多的經過認證的平臺供應商。

　　Observability and Analysis

　　這個部分包含了大量用于對平臺進行監(jiān)控(Prometheus、Nagios、Grafana、Zabbix等)、日志(Fluentd、ElasticSearch、Logstash)、以及追蹤(Jaeger)的工具。

　　因此，CNCF Landscape全景圖中包含了CNCF社區(qū)成熟或使用范圍較廣、具有***實踐的產品和方案供用戶在實際應用中選擇。

　　在容器存儲(Cloud-Native Storage)部分，焱融云的YRCloudFile是國內唯一被列入到CNCF Landscape的容器存儲產品。　　

　　與CNCF Landscape Cloud-Native Storage部分其它產品和開源方案相比，YRCloudFile具有大量獨特的重要特性：

• 支持有狀態(tài)容器在節(jié)點故障時，跨節(jié)點秒級重建，幫助有狀態(tài)Pod有效應對節(jié)點故障。
• 提供細粒度的(PV級別)的多數(shù)據(jù)中心容災能力，可根據(jù)服務SLA要求創(chuàng)建和使用不同保護級別的PV，并通過優(yōu)先本地讀技術，極大縮小數(shù)據(jù)訪問延遲。
• 支持PV Quota、QoS等企業(yè)級特性，確保PV間不發(fā)生存儲資源的搶占。
• 支持RWX、RWO、ROX等讀寫訪問模式。
• 提供CSI、FlexVolume接口，并完成與靈雀云、諧云、Rancher、思科等多個容器平臺供應商的對接。
• 通過PV Hot Spot功能，為上層業(yè)務快速定位數(shù)據(jù)訪問熱點，消除系統(tǒng)訪問瓶頸。
• PV Insight功能，洞察PV內部數(shù)據(jù)分布及溫度，為PV內部數(shù)據(jù)治理提供決策依據(jù)。
• 提供Prometheus exporter，并與Grafana進行整合，完成監(jiān)控體系的融合和統(tǒng)一。
• 全界面化呈現(xiàn)Kubernetes平臺中Pod、PV、PVC之間的關聯(lián)關系。
• PV性能的實時監(jiān)控、歷史監(jiān)控記錄和告警。
• PV動態(tài)Resize。
• 支持RDMA，提供***性能。

　　通過以上的介紹，相信我們已經為眾多即將在云原生應用，尤其是容器存儲領域付諸實踐的工程師團隊、CIO們提供了明確的建設思路和選型標準，我們也將會把云原生建設中所收獲的經驗和教訓分享給大家，幫助客戶更順暢地完成業(yè)務向云原生的轉型。