華為云云原生新范式正式公布

宋奇

數字化轉型升級的變革之下，我們迎來云原生時代。如今，Kubernetes（k8s）已成為云原生的標配，其對下封裝基礎設施的差異，對上支持各種應用的運維部署，如無狀態應用、微服務，再如有狀態、批處理、大數據、AI、區塊鏈等新技術的應用，在k8s上都有辦法部署。但是，k8s和云基礎設施過于復雜的特性要求用戶學習很多底層細節，由此帶來了應用管理成本高、容易出錯以及故障頻頻等一系列問題。那么，如何將k8s等先進技術、DevOps等先進的開發管理模型快捷高效帶入千行百業的同時，又能高效解決這一系列問題，成為了先行者們紛紛開始思考的問題。

近日，華為云正式提出了包含“泛在、計算、調度、網絡、萬物互聯、應用、數據、智能、安全、行業使能”十大方面的“云原生2.0”新范式，全方位總結了云原生技術在數字化轉型落地過程中的最佳實踐路徑。

事實上，華為云早在2021年4月發布的《云原生2.0白皮書》中就提出了以應用為中心，建立安全與運營兩大體系，從敏捷基礎設施、微服務、Devops、數據、智能和安全六大方面著手，賦能企業的運維、安全、基礎架構和數據中心四大核心部門數據和平臺的融合，為應用提供敏捷、智能、安全的底層數據和基礎架構的綜合能力支持。

而十大新范式，則是對云原生2.0技術生態體系理論的進一步解讀。與之前的體系相比，在新范式中，以開源軟件為主的云原生基礎設施扮演著重要的角色。一方面，通過泛在、計算、調度、網絡和數據等新范式重構云的基礎服務能力；另一方面，通過智能新范式、萬物互聯新范式等聚焦AI、IoT等前沿科技的應用，為技術應用的行業痛點提供行之有效的解決方案。

重構云的基礎服務能力

十大新范式中，數據新范式、泛在新范式、計算新范式、調度新范式以及網絡新范式等維度，更多是關注在云原生背景下，數字化轉型需求之前，如何重構云的基礎服務能力。

從數據維度看，在企業數字化轉型過程中，數據是企業業務演進、價值挖掘的基石。但是傳統煙囪式的本地化封閉獨立部署方式無法充分發揮出數據價值。數據新范式的提出，即通過兼容多模引擎、存算分離架構、多元算力、海量擴展存儲、Region級高可用、新型商業模式和開放互通生態七大特征，幫助企業安全防護數據資產，更高效的發揮數據價值。

有多核高性能、全鏈路安全性及智能運維等企業級特性的數據庫管理系統openGauss是華為云深耕數據庫領域的優秀成果。經過多年的打磨，openGauss已經具備數據新范式提出的云原生數據庫能力標準，如今已向市場全面開源。

計算新范式提出通過聚焦業務邏輯、資源無感知、按需供給、按量計費以及無需關注區域的Regionless來提供計算服務；如此一來，企業將無需再面對繁重的資源管理難題，而是將應用在云上所依賴的所有云服務，以可調用的“接口”方式提供，實現將計算的中心真正從資源轉向應用。

以近兩年最為熱門的邊緣計算為例。未來，將有越來越多的公司使用邊緣計算，K8s容器技術會統一納管云邊緣設備，從而實現統一計算調度。但是，由于邊緣計算覆蓋范圍廣、帶寬成本高、受環境影響大等部署特點，邊緣要求斷網狀態或者弱網狀態下邊緣業務仍可以持續運行，這就K8s系統的可用性提出了更高的要求。在這方面，華為云開源的KubeEdge項目就是把K8s應用到邊緣計算的經典案例。

首先，KubeEdge對K8s模塊化解耦、精簡，使KubeEdge最低運行內存僅需70 M，并且實現了云邊協同通信、邊緣離線自治等功能，可將本機容器化應用編排和管理擴展到邊緣端設備。它構建在K8s之上，為網絡和應用程序提供核心基礎架構支持，并在云端和邊緣端部署應用，同步元數據。其次，KubeEdge能夠100%兼容K8s原生API，可以使用原生K8s API管理邊緣節點和設備。此外，KubeEdge支持MQTT協議，允許開發人員編寫客戶邏輯，并在邊緣端啟用設備通信的資源約束。

K8s容器技術的到來，給邊緣計算提供了先進的運維思路。但單純的原生K8s并不能滿足邊緣側業務的所有需求。華為云將KubeEdge集成了K8s云原生管理能力，同時對邊緣業務部署和管理提供全方位支持，因此被引入到平臺中，進行邊緣節點管理和應用程序部署，實現無需關注區域的Regionless計算服務。

從調度新范式維度上來看，華為云提出了“應用+資源”融合調度，以實現最佳算力匹配與最優資源利用。所謂“應用+資源”融合調度，即基于統一技術棧、跨集群共享、多元算力共池以及多云/跨域調度等方向融合調度，智能化地為云原生業務提供最佳SLA匹配算力，保障業務穩定性，同時提供最優能效。

在早期的云原生1.0系統中，通常采用以資源為中心的調度，由于多技術棧、割裂資源池、單DC架構等因素限制，資源利用率不到20%。為解決這一痛點，華為云于2019年開源了業界首個云原生容器批量計算項目Volcano。Volcano源自華為在AI、大數據以及HPC等高性能計算場景下多年技術積累，可以提供高性能作業調度引擎、廣泛的異構設備管理完整的作業生命周期管理等通用計算能力，通過無縫對接AI、大數據、基因及渲染等諸多行業計算框架服務終端用戶。目前，在支撐華為云一站式AI開發平臺ModelArts、Servless容器服務CCI等穩定運行中，Volcano都發揮著重要作用。

華為云在2021年4月宣布開源多云容器編排項目Karmada（Kubernetes Armada）是一個Kubernetes管理系統，旨在為多云和混合云場景下的多集群應用程序管理提供turnkey自動化，關鍵功能包括集中式多云管理、高可用性、故障恢復和流量調度。Karmada可跨多個Kubernetes集群和云運行云原生應用程序，而無需對應用程序進行更改。通過直接使用Kubernetes原生API并提供高級調度功能，Karmada可以實現真正的開放式多云Kubernetes。

在數據、計算、調度等新范式的標準下，重構的云原生2.0基礎服務能力將讓云無處不在，助力企業實現高效轉型打下堅實基礎。

聚焦前沿技術落地

數字化轉型變革已經進入白熱化階段，未來，先行者們將聚焦于日趨成熟的AI、IoT等前沿科技領域，真正將這些技術應用到千行百業的場景中，賦能企業云上生長。但這個過程也面臨著諸多挑戰，“云原生2.0”十大新范式針對這些領域發展的痛點提出了可行的解決方案。

在AI領域，智能新范式提出數據模型+機理模型高效智能化模式，通過預訓練大模型+AutoML實現AI工業化生產；通過MLOps/DataOps/DevOps協同迭代，實現AI高效建模；通過知識計算等推動AI在行業的廣泛落地。這解決了傳統手工作坊式AI生產方式采用分段開發，數據模型無法滿足快速增長的AI產業發展需求的痛點。

2020年3月，華為正式開源全場景AI計算框架Mind Spore。MindSpore原生適應云邊端多場景，并在按需協同的基礎上，通過實現AI算法，即代碼，使開發生態變得更加友好，顯著減少模型開發時間，降低模型開發門檻。

此外，物聯網是企業數字化轉型的另一關鍵領域，萬物互聯新范式提出了降低成本、提高覆蓋率、統一標準化的三大行業目標。其做法是通過提供廣泛協議、萬物抽象建模、溝通協作的平臺和標準支撐，將萬物接入、數字孿生及智能協作等能力，整合成端到端、開箱即用的行業解決方案。從而解決了目前的物聯網場景多局限于單一設備監控，設備、數據、應用強耦合，功能和應用更新迭代慢，批量復制困難，且數據不全，難加以利用的問題。

華為云已開源的物聯網操作系統內核LiteOS是這一領域的重要代表，該系統內核提供端云協同能力，集成了LwM2M、CoAP、mbedtls、LwIP全套IoT互聯協議棧，且在LwM2M的基礎上，提供了AgentTiny模塊，用戶只需直接使用AgentTiny封裝的接口，即可簡單快速實現與云平臺的高效連接。

產業數字化轉型下，越來越多的技術架構向著云原生演進。隨著軟件復雜性、成本和風險的進一步上升，需要社會化的分工協作才能完成的時代已經到來，積極擁抱開源才是技術發展的最佳途徑。華為云作為國際領先的云服務廠商，一直以來也致力于為云原生開源社區貢獻項目與代碼，為國內產業數字化轉型構建開源、開放的協作平臺。據OSCI統計的企業開源貢獻數據顯示，華為云成為首個進入全球開源貢獻排行榜前十的中國企業。

未來，會有越來越多的中國企業以開放合作的形式加入“云原生2.0”的生態建設中，華為云也將助力千行百業實現數字化轉型升級。