基于云原生技術的物聯網應用變革研究

文｜施雪亮

一、云原生應用技術特點和優勢分析

云原生技術是一種應用架構設計的理念,基于這樣的設計理念，應用的全生命周期都是“生在云上，長在云上”，充分利用云計算的彈性擴展、敏捷化、高效交付能力，將應用的全生命周期根植于云計算環境技術體系。

云原生應用具有極致的彈性拓展、服務自治、故障自愈、大規模可復制、異構資源標準化、迭代速度快等特點。不同于普通虛擬機分鐘級的彈性服務響應能力，以容器技術為基礎的云原生技術架構可以實現自動化的彈性伸/縮，可以達到秒級甚至毫秒級的彈性響應。基于云原生技術棧構建的平臺具有高度自動化的調度分發能力，可實現故障的自動摘除與重構，具有較強的故障自愈能力和應急處置能力。云原生應用無需關注底層資源，具有跨區域、跨平臺、跨服務商的規模性部署能力。云原生應用在供應層完成了異構資源的標準化，利用容器技術解決了異構環境的部署一致性問題。云原生應用基于微服務的敏捷開發能力,大幅提升了交付速度，降低業務試錯成本，高效響應客戶需求。

云原生技術的架構理念，讓云原生應用具有專注業務本身、高效率軟件交付、高業務穩定性、應用全域一致性、成本優化的優勢。云原生應用依賴于云的分布式資源、分布式調度安排、數據庫服務構建的IT架構，讓應用的開發更加專注于業務本身。云原生技術革新了應用開發模式，提升了軟件交付效率，通過DevOps、低代碼、CICD、智能化運維實現敏捷開發和快速交付，縮短新服務上線周期。云原生應用采用微服務、服務網格、容器等技術，通過負載均衡、流量加密、熔斷限流、故障注入、灰度發布等能力提高了業務穩定性。分布式的云資源管理模式下，可以獲得一致性的云基礎設施能力，云原生應用不必關注底層資源。云原生的理念下，計算資源實現自動伸縮，一站式完成資源與集群彈性擴縮配置，實施展示全鏈路資源追蹤，智能運維，實現了應用成本的優化。

二、基于云原生技術的物聯網應用變革研究

物聯網應用是匯聚物聯網網絡采集的數據、提供面向客戶服務、設備管理、數據管理、業務管理的應用能力，向上支持多個行業業務的應用。

物聯網應用具有業務模塊化、業務迭代快、彈性伸縮、能力開放的特點。根據物聯網業務的特點，結合物聯網服務各個行業以及多個行業應用融合的情況，物聯網應用全生命周期中，碎片化應用開發管理和應用交付效率的需求，要求其具有統一的集約資源管理、標準接入、快速迭代、業務廣覆蓋的能力。物聯網應用的開發逐漸朝著工具革新、資源管理革新、開發效率提升方向發展，這些變化要求快速開發交付、快速迭代、統一資源管理，突破數據中心束縛，突破應用部署地域的限制。基于云原生技術的應用開發從形式、內容及管理上非常貼合物聯網應用新發展的要求。

基于云原生技術中微服務應用架構，傳統物聯網單體分層的應用架構將變革為多個微服務并行聯合工作的微服務架構。微服務架構將物聯網應用的每個功能分為一個微服務，每個服務都具有自己的邏輯，具有自己的數據庫，傳統物聯網應用的關系型數據庫也將分為多個微服務的獨立數據庫，多個微服務之間通過API方式交互并聯合工作。

基于云原生技術中的物聯網應用承載資源由傳統的云資源切換為容器，不同于虛擬機通過Hypervisor虛擬出需要的硬件（CPU、內存、IO設備等）并在這些硬件設備上安裝操作系統，容器通過container Daemon共享宿主機內核，使用namespace做資源隔離，cgroup做資源限制，容器進程的限制都是基于宿主機操作系統本身能力進行的，不受云底層資源的限制，因此容器可以解決物聯網應用部署環境不一致的問題，實現一次打包應用隨處便攜部署。基于kubernetes（K8S)“事實標準”容器提供了的一系列工具，如容器調度、存儲編排、自動部署和回滾修復、自動裝箱計算、密鑰與配置管理，實現負載均衡、存儲自動掛載、自定義容器資源管理、服務管理。基于K8S容器服務，物聯網應用將實現快速構建集群、自動負載均衡、跨集群的調度、自動的彈性擴縮。

基于云原生技術的服務網格（service mesh）將解決物聯網應用的服務治理問題。服務網格邏輯上分為數據平面和控制平面，數據平面由一組和業務成對出現的Sidercar代理（Envoy）構成，接管應用服務的進出流量，并控制服務和控制面組件的所有網絡通訊；控制平面由組件（polit、Citadel、Gally) 整合構成一個單進程，極大降低了部署的難度。K8S的微服務治理，提供安全的、快速的、可靠的組件間通訊，提供輕量級高性能的網絡代理。使用service mesh可以有效治理K8S中運行的應用服務，實現服務的限流、熔斷、灰度發布、故障注入等治理內容。物聯網應用使用云原生服務網格技術及功能組件，可以高效、快速的完成應用服務的發布、部署、業務限流、業務熔斷，實現服務的統一治理。

面向物聯網應用的DevOps場景，云原生的技術理念在應用開發實際中高效整合云基礎計算、存儲、網絡、安全、備份、監控及PaaS層的產品服務能力，提供新的應用研發工具，充分利用云的彈性和資源服務化的優勢，構建高效、穩定可靠、資源集約的物聯網應用。DevOps模式驅動物聯網應用開發和運維相向而行，將開發、測試、部署整合到開發流程中各個工作環節，任何工作環節的代碼的提交都將觸發自動測試，每個環節的測試優化后產品質量和可靠性得以提升。物聯網應用采用DevOps模式后，各工作環節自動執行測試、部署、分發、編排、維護任務，打破開發和運維之間的隔離，自動執行應用軟件的交付和基礎架構更改流程，縮短研發周期，增加部署頻率，具備自動維護能力，使研發和運維一體化。

云原生技術中的聲明式API將使物聯網應用更加健壯。K8S中所有的API都是采用聲明式的API，所有的應用部署都是基于YAML文件的，通過代碼來管理基礎設施和部署環境，系統可以檢測到運行環境和聲明描述的差異，不斷修正，讓物聯網應用具備了自動容錯修正的能力。

三、結語

基于云原生技術的物聯網應用革新，是一站式的容器化交付標準流程，覆蓋應用的規劃、需求、設計、開發、測試、交付、運維完整生命周期，全容器化的架構設計，使得物聯網應用調度更加靈活，執行效率更高。基于云原生技術的物聯網應用的發展將更加集約化，實現根據業務流量的業務自動擴/縮容，避免業務沖擊帶來的應用不穩定的問題，降低因資源閑置而導致的成本開銷。隨著云原始技術的演進和云上微服務的不斷成熟，物聯網應用將會更加集約化，以更高穩定性服務客戶，為應用開發企業縮短降低成本、提高應用服務能力，推動企業的數字化、智能化轉型，為物聯網業務拓展帶來更大的便利。