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标题: 【软考速通笔记】体系架构计划师⑬——云原生架构计划理论与实践 [打印本页]

作者: 李优秀 时间: 2024-12-7 18:13
标题: 【软考速通笔记】体系架构计划师⑬——云原生架构计划理论与实践
一、前言

笔记目次大纲请查阅：【软考速通笔记】体系架构计划师——导读
二、云原生架构基础知识

2.1 定义

云原生架构是基于云原生技能的一组架构原则和计划模式的聚集。
旨在将云应用中的非业务代码部分举行最大化的剥离，从而让云办法接受应用中原有的大量非功能性（如弹性、韧性、安全、可观测性、灰度等），使业务不再有非功能性业务中断困扰的同时，具备轻量、灵敏、高度自动化的特点。
2.2 特点

专注业务：不再需要掌握文件及其分布式处理技能，不再需要掌握各种复杂的网络技能，简化让业务开发变得更加灵敏，更快速。
非功能特性：高可用本领、容灾本领、安全特性、可运维性、易用性、可测试性、灰度发布本领等。
高度自动化：基于云原生的自动化软件交付可以把应用自动部署到成千上万的节点上。

2.3 原则

服务化原则：把不同生命周期的模块分离出来，分别举行业务迭代。
弹性原则：体系的部署规模可以随着业务量的变化而自动伸缩。
可观测原则：通过日记、链路跟踪和度量等手段，实现对多次服务调用的耗时、返回值和参数的全面监控和记载。
韧性原则：软件所依赖的软硬件组件出现各种非常时，软件应体现出强大的抵御本领。比方，通过容错机制、故障恢复技能等手段来进步体系的韧性。
所有过程自动化原则：让自动化工具理解交付目标和环境差异，实现整个软件交付和运维的自动化。这有助于进步效率、淘汰人为错误和低落运维本钱。
零信托原则：不应该信托网络内部和外部的任何人/设备/体系，需要基于认证和授权重构访问控制的信托基础。这有助于确保体系的安全性，防止未经授权的访问和操纵。
架构连续演进原则：将架构计划和开发过程视为一个连续演进的过程，随着需求和技能的变化不断调整和优化架构。

三、云原生架构模式

3.1 服务化架构模式

服务化架构模式，通常指的是微服务架构。
将单体应用构建成多个微服务，每个服务运行在本身的进程中，并通过轻量级的通讯机制（如HTTP RESTful API或gRPC）举行交互。
这种模式进步了体系的可维护性、可扩展性和灵活性。

3.2 Mesh化架构模式

Mesh化架构是把中心件框架（比如RPC、缓存、异步消息等）从业务进程中分离，让中心件SDK与业务代码进一步解耦。
从而使得中心件升级对业务进程没有影响，乃至迁移到另外一个平台的中心件也对业务透明。

3.3 Serverless模式

Serverless模式，无服务器架构，无需购买、维护和管理服务器。

特性：
- 无需管理服务器：Serverless模式让开发者无需关注底层的服务器和基础架构的管理，这些事故都交给提供Serverless的云平台负责。云平台负责管理应用步伐的运行环境，包括底层的服务器、网络、存储、安全等，同时还提供了自动扩展、负载均衡、监控和日记等服务。
- 按需分配资源：Serverless架构可以或许根据负载自动调整资源，实现按需计费。这种方式可以大大低落应用步伐的运行本钱，进步效率和本钱效益。
- 高可用性和灵活性：Serverless架构具备高可用性和灵活性，支持多种编程语言和框架。它可以根据应用步伐的需求自动分配计算资源，进步了应用步伐的可伸缩性和弹性。
优点：低落人力本钱，进步开发效率，进步产品上线时间。
缺点：本地调试困难，对有状态的服务不够灵活，对复杂大型服务增长开发难度。
例子：
- 亚马逊云科技提供了Amazon Lambda、Amazon S3、Amazon DynamoDB等无服务器服务；
- 阿里云和微信小步伐也提供了Serverless小步伐、云函数等后端服务。

3.4 存储计算分离模式

存储计算分离模式将数据存储从计算资源中分离出来，使得两者可以独立扩展和管理。这种模式适用于需要高吞吐量读写操纵的场景，如大数据应用，可以进步性能和可扩展性。
3.5 分布式事务模式

微服务模式提倡每个服务使用私有的数据源，而不是像单体如许共享数据源。
但通常大颗粒度的业务需要访问多个微服务，肯定带来分布式事务题目，否则数据就会出现不一致。
架构师需要根据不同的场景选择合适的分布式事务模式，常见的有以下几种：

XA模式：虽然具备很强的一致性，但是性能差。
基于消息的最终一致性（base）：高性能，异步处理，但是通用性有限，且消息端只能成功而不能触发消息生产端的事务回滚。
TCC模式：事务隔离性可控，可以根据业务需要来调整事务的隔离级别。事务隔离性可控，可以根据业务需要来调整事务的隔离级别。
SAGA模式：与TCC模式的优缺点类似但没有try这个阶段，而是每个正向事务都对应一个补偿事务，也是开发维护本钱高。
SEATA的AT模式：非常高性能且无代码开发工作量，且可以自动实行回滚操纵，同时也存在一些使用场景限制。

3.6 可观测模式

可观测架构包括Logging、Tracing、Metrics三个方面：

Logging：提供多个级别（verbose/debug/warning/error/fatal）的具体信息跟踪。
Tracing：提供一个哀求从前端到后端的访问日记聚合，形成完备调用链路跟踪。
Metrics：则提供对体系量化的多维度度量，包括：并发量、耗时、可用时长、容量等。

3.7 事件驱动架构

事件驱动架构（EDA，Event Driven Architecture）本质上是一种应用或组件间的集成架构模式。适用于：

微服务解耦
增强服务韧性
数据变化关照
构建开放式接口
事件流处理
下令查询的责任分离（Command Query Responsibility Segregation，CQRS），对服务状态有影响的下令用事件来发起，对服务状态没有影响的查询使用同步调用API接口。

3.8 反云原生模式

巨大的单体应用。
单体应用不合理的拆分。
缺乏自动化本领。

四、云原生技能

4.1 容器技能

容器技能是一种轻量级的操纵体系虚拟化方法，它允许开发者将应用及其依赖打包在容器中。容器在隔离的环境中运行，具有本身的文件体系、网络配置和进程空间。
优点：

环境一致性：确保应用在不同环境间的高度一致性。
快速启动：容器启动速度快，适合动态扩展。
资源效率：容器共享宿主机的操纵体系内核，资源利用率高。

常见的容器技能：

Docker：最流行的容器化平台，提供容器的创建、部署和运行。
Podman：一个无需守护进程的容器引擎，与Docker兼容。

4.2 容器编排技能

容器编排技能用于管理、调度和扩展容器化应用步伐。
优点：

自动化部署：自动化容器的部署、扩展和回收。
服务发现：自动服务注册和发现。
负载均衡：自动分配网络流量。

常见的容器编排技能：

Kubernetes：一个强大的开源容器编排平台，支持服务发现、负载均衡、自动扩展等。
Docker Swarm：Docker内置的容器编排工具，提供集群管理和服务编排。

4.3 微服务

微服务架构模式将应用步伐构建为一系列小型、独立的服务，每个服务实现特定的业务功能。
优点：

灵活性：每个服务可以独立开发、部署和扩展。
可维护性：服务之间的耦合性低，易于维护和更新。

微服务的技能：

分布式事务：需要处理跨服务的事务一致性题目。
服务发现：服务实例动态变化，需要有效的服务发现机制。

4.4 无服务器技能

无服务器技能（Serverless）允许开发者构建和运行应用步伐，而无需管理服务器。
优点：

本钱效益：按现实使用的资源付费，无需预留资源。
开发效率：开发者可以专注于代码，淘汰运维工作。

常见的无服务器平台：

AWS Lambda：一个事件驱动的计算服务，无需管理服务器。
Azure Functions：微软的无服务器计算服务。

4.5 服务网格

服务网格为微服务架构提供了一种可靠的服务间通讯机制。
优点：

流量控制：提供流量路由、负载均衡和故障恢复。
安全性：内置服务间通讯的加密和认证。

常见的服务网格技能：

Istio：一个开源的服务网格，提供流量管理、计谋实行和遥测数据网络。
Linkerd：一个轻量级的服务网格，专注于性能和易用性。

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