云原生架构：从技术演进到最佳实践

　　云原生之路，漫漫而修远，因为云在发展，应用也在发展。如何让应用充分利用云的特性焕发全新面貌，这是每个云原生应用架构领域的人应该思考的问题。
　　全书分为两篇，从技术演进讲起，让你充分了解系统资源、应用架构和软件工程的发展历程，从而拥有技术角度的全局视野；然后介绍云原生应用的实践，手把手教你设计一个云原生应用。
　　该书适合云原生应用开发人员、架构师、云计算从业者阅读，部分章节对产品团队、运维人员亦有一定的参考价值。

　　贺阮

攻读博士期间的主要研究方向是云计算安全。毕业之后一直深耕于云计算领域，工作内容涉及虚拟化内核、容器、调度、安全、微服务、应用架构、软件设计开发等，工作岗位覆盖科研、开发、产品架构、售前解决方案、售中售后支持等。曾先后任OpenStack基金会董事、ISO/IEC JTC1/SC38和ISO/IEC JTCl/SC27标样委员会委员、联合国国际电信联盟（ITU）云计算安全组副报告人，以及多个云计算学术会议、期刊编辑等职位，从各个维度见证了云计算行业的发展。
　　
　　史冰迪

2015年毕业于中央财经大学计算机科学与技术专业，同年进入中国软件与技术服务股份有限公司，从事政务信息化相关工作。先后任软件系统研发工程师、需求经理、软件项目经理和集成项目大项目经理等多个职位，参与过软件系统开发生命周期全流程相关工作。2020年进入中国信息通信研究院从事政务信息化项目管理工作，从另一个方向继续在政务信息化方向发力，不断努力将电子政务、数字政府等工作与各类新技术结合。

　　★认识贺阮博士，是缘于他在腾讯学堂上开设的一门持续五个多小时的课程。作为国内较早的云计算领域专家，他除了在专业领域持续精进，也乐于分享自身的积淀，是帮助更多人成长的“技术布道者”。从一门培训课程到一本书，从在腾讯学堂授课到进行业界分享，我们看到了贺博士的精益求精和一腔热忱，希望更多的同行能因他受益。
　　——马永武，腾讯学习发展部总经理
　　
　　★云原生作为企业数字转型及社会发展数字经济的技术底座，是非常重要的技术。现在云原生甚至已经成为为AI、边缘计算、区块链等赋能的底层基础技术，基于云原生的开发环境正在进一步变革，可以快速将关于开发的想法落地。该书会将你需要知道的云原生知识一一铺开，带领你走进这个世界。
　　——Keith Chan，云原生计算基金会（CNCF）大中华区总监
　　
　　★在云原生领域耕耘多年，很高兴能够看到一本这样的书。在书中，贺阮博士把云原生的诞生、优缺点，以及如何在团队中应用云原生技术都讲得比较清楚，这能很好地帮助开发者甚至团队的领导者在实际的项目中做出合适的选择。一项技术的发展、成熟离不开行业中众多参与者的努力，而参与的前提就是了解，所以希望这本书能够打破你心中对云原生、DevOps等技术的疑虑，让你合理地使用它们，让技术为你创造更多的价值。
　　——马全一，华为开源运营总监
　　
　　★2020年CNCF中国云原生调查报告显示，中国82%的受访者已经在生产中使用了Kubernetes，而云原生环境的部署要求大量现存和新增应用基于云原生进行设计或迁移。贺阮博士这本书可谓正当其时，他以自身深厚的技术背景和丰富的实战经验为基础，深入阐述了从技术基础到优秀实践的云原生应用设计的方方面面，该书非常适合云原生开发从业者阅读和参考。
　　——崔秀龙，开放原子基金会技术委员会委员 《深入浅出lstio》作者

技术演进篇
第1部分 系统资源
第1章 操作系统
1．1 操作系统简介
1．1．1 主要功能
1．1．2 系统结构
1．2 CPU指令集原理
1．2．1 特权指令集和非特权指令集
1．2．2 保护模式及内核态、用户态
1．2．3 指令工作流程
1．3 内核
1．3．1 组成模块化
1．3．2 单内核
1．3．3 微内核
1．3．4 外内核
第2章 虚拟化
2．1 虚拟化概述
2．1．1 直接使用物理设备
2．1．2 虚拟化原理
2．2 虚拟化指令集
2．2．1 敏感指令集
2．2．2 虚拟化指令集的工作模式
2．3 虚拟化类型
2．3．1 全虚拟化
2．3．2 类虚拟化
2．3．3 硬件辅助虚拟化
2．4 虚拟化架构
2．4．1 裸金属架构
2．4．2 宿主模式架构
2．5 常见的虚拟化产品
2．5．1 VMware
2．5．2 Xen
2．5．3 KVM
2．5．4 QEMU
2．5．5 NEMU
2．5．6 Firecracker
2．5．7 VirtuaIBox
2．5．8 Libvin
2．5．9 Vagrant
第3章 云计算
3．1 云计算概述
3．1．1 虚拟化的不足
3．1．2 云计算的特点
3．2 IaaS
3．2．1 云的部署模式
3．2．2 IaaS的主要功能
3．2．3 IaaS架构
3．2．4 云平台组织架构
3．2．5 0penStack．．
3．2．6 云平台部署架构
3．3 PaaS
……
最佳实践篇

前言

谈到一个应用，我们首先考虑的是运行这个应用所需要的系统资源。其次，关于应用自身的架构模式也要考虑，从传统的单体架构模式到后来的微服务模式、服务网格，以业务功能为维度进行分拆更有利于应用的不断演进。最后，还需要从软件工程的角度来考虑云原生应用的设计、开发、部署、运维等不同阶段。

设计云原生应用需要从以上三个维度进行全方位的思考。所谓原生为云设计的应用，就是指从最初便被设计为在云上以最佳方式运行的应用，这种应用能充分发挥云平台的各种优势。

架构师是推动上述应用设计、开发，真正将云原生应用落地的人。那么何为架构师？

架构师的基本职责是在项目早期就设计好基本的框架，这个框架既能够确保团队成员顺利编写代码，满足近期业务需求的变化，又能为进一步的发展留出空间（所谓scalability），即确定技术选型。

20多年前的经典著作Design Patterns中讲过学习设计模式的意义，放在架构师的定义中非常贴切：成为架构师并不是要我们学习一种新的技术或者编程语言，而是要建立一种用于交流的共同语言和词汇，在设计方案时方便沟通，同时也帮助我们从更抽象的层次去分析问题本质，不被一些实现的细枝末节所困扰。当把很多问题抽象出来之后，我们也能更深入、更好地去了解现有系统——这些意义，对于今天的后端系统设计来说，也仍然是正确的。

总而言之，架构设计对应用有着深远的影响，它的好坏决定了应用的整体质量，并且决定了开发人员开发、维护和扩展应用的难易程度。

对架构师而言，不能为了架构而设计架构，在选择架构前，要始终理解问题和需求，不要本末倒置。一方面，需要精心设计应用架构；另一方面，需要对前端UI、测试、运维、数据管理等方面都非常熟悉，从而做出正确的决定。

本书将从全栈视角出发，从系统资源到应用架构，再到软件工程，深入浅出地讲解计算机技术的演进，给架构师或想要成为架构师的人一个非常好的角度来看待不同时代的技术，以及其能解决的问题。本书还会介绍在现有的云原生技术下，如何以最佳的形态和方式来构建一个应用，使其能够真正发挥云的能力，从而达到1+1>2的效果。

本书内容

本书分为“技术演进篇”和“最佳实践篇”两篇，涉及4个部分，共19章，大概的内容分布及简介如下。

技术演进篇

第1部分 系统资源（第1~5章）

基础架构解决的是一些通用性问题，主要涉及应用运行时所需要的系统资源，这些系统资源是设计任何类型的应用都需要重视的内容。针对不同的系统资源，应用的部署、运行方式也不尽相同。这一部分将首先介绍操作系统、虚拟化等基本知识，然后讲解云计算相关内容，以及容器与容器编排的核心知识。

第2部分 应用架构（第6~11章）

架构的重要性在于实现应用的非功能性需求。非功能性需求往往能决定一个应用运行时的质量，也能决定开发时的质量。这一部分将宏观介绍应用架构的定义、分类、目标等，列举主流架构视图，并按照技术演进过程介绍单体架构、分布式架构、SOA架构、微服务架构等内容。

第3部分 软件工程（第12~16章）

1968 年，世界各地的计算机科学家在德国的Garmisch召开了一次国际会议，在会上正式提出了“软件工程”一词。软件工程管理的核心目的是支撑新的演进式架构。软件工程的整个流程分为5个阶段：应用设计、软件开发、开发运维一体化、SRE运维、数字化运营。在这一部分中，我们将紧密围绕以上5个技术演进阶段，从软件工程角度讲解云原生应用架构的实现。

最佳实践篇

第4部分 架构、应用落地与中台构建（第17~19章）

在这一部分中，我们将详细剖析云原生架构，介绍其定义、涉及的关键技术，以及具体的实现过程。本部分还会介绍应用落地的最佳实践，涉及应用改造、应用拆分、API设计与治理等。此外，“中台”这个概念也与云原生密不可分，本部分还会阐述云原生应用与中台之间的关系，以及如何通过中台使应用的云原生化更加便捷。