云原生架構(gòu)應(yīng)該怎么設(shè)計(jì)？

作者：佚名 2021-07-07 17:26:20

阿里巴巴為大量各行各業(yè)的企業(yè)客戶提供了基于阿里云服務(wù)的解決方案和最佳實(shí)踐，以幫助企業(yè)完成數(shù)字化轉(zhuǎn)型，并積累了大量經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。阿里巴巴將企業(yè)的核心關(guān)注點(diǎn)、企業(yè)組織與 IT 文化、工程實(shí)施能力等多個(gè)方面與架構(gòu)技術(shù)相結(jié)合，形成了阿里巴巴獨(dú)有的云原生架構(gòu)設(shè)計(jì)方法— ACNA（Alibaba Cloud Native Architecting ）。這套方法在阿里云官方最近出版的暢銷書《阿里云云原生架構(gòu)實(shí)踐》中有更詳盡的介紹。

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ACNA 的概念

（1）ACNA 的作用與目的

1）提升研發(fā)團(tuán)隊(duì)的能力，實(shí)現(xiàn)成本、進(jìn)度計(jì)劃、功能和質(zhì)量等目標(biāo)。
2）指導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊(duì)控制研發(fā)和運(yùn)維過(guò)程，優(yōu)化 IT 組織結(jié)構(gòu)并打造更加高效的軟件工程流程機(jī)制。
3）引導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，在確定云原生架構(gòu)的成熟度以及定位云原生化方面關(guān)鍵問(wèn)題的過(guò)程中選擇改進(jìn)策略。

（2）ACNA 的實(shí)現(xiàn)步驟

1）確定企業(yè)當(dāng)前所處的云原生架構(gòu)成熟度級(jí)別。
2）了解會(huì)對(duì)改進(jìn)生產(chǎn)質(zhì)量和優(yōu)化過(guò)程起關(guān)鍵作用的因素。
3）將工作重點(diǎn)集中在有限的幾個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)上，從而有效達(dá)到優(yōu)化現(xiàn)有研發(fā)流程的效果，進(jìn)而持續(xù)改進(jìn)產(chǎn)品。
ACNA 是一個(gè)“ 4+1 ”的架構(gòu)設(shè)計(jì)流程，其中，“ 4 ”代表架構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵視角，包括企業(yè)戰(zhàn)略視角（ACNA-S1）、業(yè)務(wù)發(fā)展視角（ACNA-S2）、組織能力視角（ACNA-S3）和云原生技術(shù)架構(gòu)視角（ACNA-S4）；“ 1 ”表示云原生架構(gòu)的架構(gòu)持續(xù)演進(jìn)閉環(huán)（ACNA-S5）。4 個(gè)關(guān)鍵視角和 1 個(gè)閉環(huán)的關(guān)系（命名為 ACNA-G1 ），如圖 1 所示。

圖 1 ACNA-G1：ACNA 架構(gòu)設(shè)計(jì)流程關(guān)系示意圖

ACNA 除了是一種架構(gòu)設(shè)計(jì)方法，還包含對(duì)云原生架構(gòu)的評(píng)估體系、成熟度衡量體系、行業(yè)應(yīng)用最佳實(shí)踐、技術(shù)和產(chǎn)品體系、架構(gòu)原則、實(shí)施指導(dǎo)等。本書的其他章節(jié)將分別詳細(xì)講解云原生的技術(shù)和產(chǎn)品體系、架構(gòu)原則、最佳實(shí)踐等方面，這里主要介紹云原生架構(gòu)的成熟度衡量體系和實(shí)施指導(dǎo)兩個(gè)方面。

ACNA-S1：企業(yè)戰(zhàn)略視角

任何架構(gòu)都必須服務(wù)于企業(yè)戰(zhàn)略，云原生架構(gòu)也不例外！與以往架構(gòu)的升級(jí)有所不同，云原生架構(gòu)的升級(jí)不僅是技術(shù)的升級(jí)，更是對(duì)企業(yè)核心業(yè)務(wù)生產(chǎn)流程（即通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)和運(yùn)營(yíng)構(gòu)建數(shù)字化業(yè)務(wù)）的一次重構(gòu)，云原生架構(gòu)升級(jí)的意義，如同工業(yè)時(shí)代用更自動(dòng)化的流水線替換手工作坊一樣深刻。

企業(yè)必須清楚業(yè)務(wù)戰(zhàn)略與云 IT 戰(zhàn)略之間的關(guān)系，即云 IT 戰(zhàn)略只是對(duì)業(yè)務(wù)戰(zhàn)略進(jìn)行必要的技術(shù)支撐，還是云 IT 戰(zhàn)略本身也是業(yè)務(wù)戰(zhàn)略的一部分。通常，高科技公司會(huì)對(duì)云計(jì)算提出更高的需求，比如，通過(guò)大量使用云廠商提供的 AI 技術(shù)為用戶提供智能化的用戶體驗(yàn)，以及使用 IoT（物聯(lián)網(wǎng)）和音視頻技術(shù)為用戶建立更廣泛、生動(dòng)的連接。

實(shí)際上，在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的今天，越來(lái)越多的企業(yè)認(rèn)為云 IT 戰(zhàn)略應(yīng)該在企業(yè)業(yè)務(wù)戰(zhàn)略中扮演技術(shù)賦能業(yè)務(wù)創(chuàng)新的重要角色，云 IT 已經(jīng)變成了“ Cloud First ”，甚至“ Cloud Only ”，只是在全部采用公有云還是采用混合云的策略上存在一些差別。基于云 IT 戰(zhàn)略，云原生架構(gòu)可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)泛在接入技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字化生態(tài)系統(tǒng)，還可以從技術(shù)的角度確保數(shù)字化業(yè)務(wù)的快速迭代，構(gòu)建面向用戶體驗(yàn)管理的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，持續(xù)優(yōu)化 IT 成本，降低業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。

ACNA-S2：業(yè)務(wù)發(fā)展視角

阿里巴巴在為企業(yè)提供云服務(wù)和咨詢的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，數(shù)字化業(yè)務(wù)對(duì)技術(shù)架構(gòu)的主要訴求是保證業(yè)務(wù)連續(xù)性、業(yè)務(wù)快速上線、業(yè)務(wù)成本控制，以及科技賦能業(yè)務(wù)創(chuàng)新。業(yè)務(wù)連續(xù)性訴求主要是指數(shù)字化業(yè)務(wù)必須能夠?yàn)橛脩舫掷m(xù)提供服務(wù)，不能因?yàn)檐浻布收匣?Bug 導(dǎo)致業(yè)務(wù)不可用，還要能夠防止黑客攻擊、數(shù)據(jù)中心不可用、自然災(zāi)害等意外事故發(fā)生。此外，當(dāng)業(yè)務(wù)規(guī)模快速增長(zhǎng)時(shí)，軟硬件資源的購(gòu)買和部署一定要及時(shí)，以便企業(yè)能夠更好地拓展新用戶。

市場(chǎng)瞬息萬(wàn)變，相較于傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，數(shù)字化業(yè)務(wù)具有更靈活的特性，這就要求企業(yè)具備更快的“業(yè)務(wù)到市場(chǎng)”的能力，包括新業(yè)務(wù)快速構(gòu)建、現(xiàn)有業(yè)務(wù)快速更新等。云原生架構(gòu)能夠深刻理解企業(yè)對(duì)這些能力的訴求，并在產(chǎn)品、工具、流程等多個(gè)層面進(jìn)行不同程度的處理。需要注意的是，這些訴求同時(shí)對(duì)組織結(jié)構(gòu)帶來(lái)新的要求，可能會(huì)要求應(yīng)用進(jìn)行徹底重構(gòu)（比如微服務(wù)化）。

云計(jì)算必須為企業(yè)釋放成本紅利，幫助企業(yè)從原來(lái)的 CaPex 模式轉(zhuǎn)變?yōu)?OpEx 模式，即不用事先購(gòu)買大批軟硬件資源，而是用多少支付多少；同時(shí)，大量采用云原生架構(gòu)也會(huì)降低企業(yè)的開(kāi)發(fā)和運(yùn)維成本。有數(shù)據(jù)顯示，通過(guò)容器平臺(tái)技術(shù)可使運(yùn)維支出成本降低 30%。

傳統(tǒng)模式下，如果要使用高科技賦能業(yè)務(wù)，則會(huì)經(jīng)歷一個(gè)冗長(zhǎng)的選型、POC、試點(diǎn)和推廣的過(guò)程，而如果選擇使用云廠商和第三方提供的云服務(wù)，則可以更快速地應(yīng)用新技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新。因?yàn)檫@些云服務(wù)具備更快的連接速度和更低的試錯(cuò)成本，且在不同技術(shù)的集成上具備統(tǒng)一平臺(tái)和統(tǒng)一技術(shù)依賴的優(yōu)勢(shì)。

ACNA-S3：組織能力視角

云原生架構(gòu)升級(jí)是對(duì)企業(yè)的整個(gè) IT 架構(gòu)的徹底升級(jí)，每個(gè)組織在進(jìn)行云原生架構(gòu)升級(jí)時(shí)，必須根據(jù)企業(yè)自身的情況量體裁衣，其中，組織能力和技術(shù)棧處于同等重要的地位。云原生架構(gòu)涉及的架構(gòu)升級(jí)對(duì)企業(yè)中的開(kāi)發(fā)、測(cè)試和運(yùn)維等相關(guān)人員都帶來(lái)了巨大的影響，技術(shù)架構(gòu)的升級(jí)和實(shí)現(xiàn)需要企業(yè)中相關(guān)組織的積極參與和配合。特別是在架構(gòu)持續(xù)演進(jìn)的過(guò)程中，需要類似“架構(gòu)治理委員會(huì)”這樣的組織負(fù)責(zé)云原生的規(guī)劃和落地，并不斷檢查和評(píng)估架構(gòu)設(shè)計(jì)與執(zhí)行之間是否存在偏差。

此外，云原生架構(gòu)的設(shè)計(jì)還需要考慮組織結(jié)構(gòu)的改變。前面提到一個(gè)非常重要的云原生架構(gòu)原則就是服務(wù)化（包括微服務(wù)、小服務(wù)等），這個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)典型原則就是康威定律，要求企業(yè)的技術(shù)架構(gòu)與溝通架構(gòu)必須保持一致，否則會(huì)導(dǎo)致畸形的服務(wù)化架構(gòu)，甚至導(dǎo)致組織溝通成本上升和“扯皮”現(xiàn)象增多的問(wèn)題。

企業(yè)需要考慮的另外一個(gè)很重要的問(wèn)題就是，企業(yè)接受改變的程度如何，或者說(shuō)，企業(yè)能夠快速進(jìn)行組織結(jié)構(gòu)調(diào)整，并保持業(yè)務(wù)穩(wěn)定性的能力如何。云原生架構(gòu)升級(jí)要求大量的企業(yè) IT 人員也進(jìn)行技術(shù)體系的升級(jí)和崗位職能的重新設(shè)計(jì)，這勢(shì)必導(dǎo)致原本處于穩(wěn)定和舒適區(qū)的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者和底層員工必須破而再立，所以組織改變的風(fēng)險(xiǎn)不得不慎重考慮。

ACNA-S4：云原生技術(shù)架構(gòu)視角

從技術(shù)架構(gòu)的維度看，ACNA 認(rèn)為架構(gòu)維度包含七個(gè)重要的領(lǐng)域，具體說(shuō)明如下。

（1）服務(wù)化能力
用微服務(wù)或小服務(wù)構(gòu)建業(yè)務(wù)，分離大塊業(yè)務(wù)中具備不同業(yè)務(wù)迭代周期的模塊，業(yè)務(wù)以標(biāo)準(zhǔn)化 API 等方式對(duì)模塊進(jìn)行集成和編排；服務(wù)間采用事件驅(qū)動(dòng)的方式集成，減少相互依賴；通過(guò)可度量建設(shè)不斷提升服務(wù)的 SLA（Service Level Agreement，服務(wù)等級(jí)協(xié)議）能力。

（2）彈性能力
利用云資源的特性，根據(jù)業(yè)務(wù)峰值和資源負(fù)載情況來(lái)自動(dòng)擴(kuò)充或收縮系統(tǒng)的規(guī)模，業(yè)務(wù)不再需要進(jìn)行容量評(píng)估、按量付費(fèi)。

（3）無(wú)服務(wù)器化程度
在業(yè)務(wù)中，應(yīng)盡量使用云服務(wù)，而不是自己持有第三方服務(wù)，特別是自己維護(hù)開(kāi)源軟件的模式；應(yīng)用的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量變換成無(wú)狀態(tài)模式，把有狀態(tài)的部分保存到云服務(wù)中。進(jìn)一步采用 Serverless 技術(shù)體系重構(gòu)應(yīng)用運(yùn)行時(shí)，讓軟件的底層運(yùn)維逐漸“消失”。

（4）可觀測(cè)性
IT 設(shè)施需要得到持續(xù)治理，任何 IT 設(shè)施中的軟硬件發(fā)生錯(cuò)誤后都要具備快速修復(fù)的能力，以避免影響業(yè)務(wù)，這就需要系統(tǒng)具備全面的可觀測(cè)性，內(nèi)容涉及對(duì)傳統(tǒng)的日志方式、監(jiān)控、APM、鏈路跟蹤、服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）度量等多個(gè)方面。

（5）韌性能力
韌性能力除了包括服務(wù)化中常用的熔斷、限流、降級(jí)、自動(dòng)重試、背壓等特性之外，還包括高可用、容災(zāi)、異步化等特性。

（6）自動(dòng)化水平
關(guān)注開(kāi)發(fā)、測(cè)試和運(yùn)維三個(gè)過(guò)程的敏捷性，推薦使用容器技術(shù)自動(dòng)化軟件構(gòu)建過(guò)程、使用 OAM 標(biāo)準(zhǔn)化軟件交付過(guò)程、使用 IaC（Infrastructureas Code ，基礎(chǔ)設(shè)施即代碼）和 GitOps 等自動(dòng)化 CI/CD 流水線和運(yùn)維過(guò)程。

（7）安全能力
關(guān)注業(yè)務(wù)的數(shù)字化安全，在利用云服務(wù)加固業(yè)務(wù)運(yùn)行環(huán)境的同時(shí)，采用安全軟件生命周期開(kāi)發(fā)，使應(yīng)用符合 ISO27001、PCI/DSS、等級(jí)保護(hù)等安全要求。安全能力是基礎(chǔ)維度，要求在架構(gòu)評(píng)測(cè)中關(guān)注，但它不會(huì)參與評(píng)分。

ACNA-S5：架構(gòu)持續(xù)演進(jìn)閉環(huán)

云原生架構(gòu)演進(jìn)是一個(gè)不斷迭代的過(guò)程，每一次迭代都要經(jīng)歷從企業(yè)戰(zhàn)略、業(yè)務(wù)訴求到架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)施這樣一個(gè)完整的閉環(huán)，整體關(guān)系（命名為 ACNA-G2）如圖2所示。

圖 2 ACNA-G2：架構(gòu)持續(xù)演進(jìn)閉環(huán)

下面就來(lái)詳細(xì)介紹架構(gòu)持續(xù)演進(jìn)閉環(huán)的關(guān)鍵輸入和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

1. 關(guān)鍵輸入

1）企業(yè)戰(zhàn)略視角（ACNA-S1）：包括數(shù)字化戰(zhàn)略訴求、技術(shù)戰(zhàn)略（特別是云戰(zhàn)略）訴求、企業(yè)架構(gòu)訴求等，建議量化描述創(chuàng)新效率提升百分比、IT 成本降低值、風(fēng)險(xiǎn)成本降低值等。

2）業(yè)務(wù)發(fā)展視角（ACNA-S2）：包括新業(yè)務(wù)（特別是數(shù)字化業(yè)務(wù)）的技術(shù)訴求、BI/AI（商業(yè)智能 / 人工智能）訴求、IoT（物聯(lián)網(wǎng)）訴求、用戶體驗(yàn)訴求等，建議量化描述業(yè)務(wù)迭代速度提升值、用戶體驗(yàn)改善百分比、業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)效率提升百分比等。

2. 關(guān)鍵過(guò)程

1）識(shí)別業(yè)務(wù)痛點(diǎn)和架構(gòu)債務(wù)（ACNA-S5-P1）：明確并量化業(yè)務(wù)痛點(diǎn)（比如，云上云下一套部署、端到端的可觀測(cè)性等）；技術(shù)債務(wù)依據(jù)各企業(yè)的具體情況而有所不同，通常包含容器化改造、CI/CD 完善、微服務(wù)改造、老應(yīng)用下線、遺留系統(tǒng)集成方案、非 x86 架構(gòu)的轉(zhuǎn)移等。

2）確定架構(gòu)迭代目標(biāo)（ACNA-S5-P2）：建議每次迭代不超過(guò) 1 年，并通過(guò) OKR（ObjectiveandKey Result，目標(biāo)與關(guān)鍵成果法）的方式，在目標(biāo)中描述本次迭代的業(yè)務(wù)目標(biāo)，在關(guān)鍵成果中量化業(yè)務(wù)價(jià)值和技術(shù)價(jià)值。注意，在確定迭代目標(biāo)的時(shí)候，要充分識(shí)別架構(gòu)升級(jí)的利益相關(guān)者（Stakeholder）及其價(jià)值訴求，避免出現(xiàn)項(xiàng)目很成功但是得不到業(yè)務(wù)方認(rèn)同的情況。

3）評(píng)估架構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)（ACNA-S5-P3）：風(fēng)險(xiǎn)和價(jià)值往往是一對(duì)矛盾體，不要因?yàn)轱L(fēng)險(xiǎn)大而不做云原生架構(gòu)升級(jí)，也不要因?yàn)槠惹猩?jí)而忽視風(fēng)險(xiǎn)，建議在風(fēng)險(xiǎn)和價(jià)值間獲得平衡。P3 階段的重點(diǎn)是識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)類別和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，它們會(huì)根據(jù)企業(yè)所在行業(yè)和企業(yè)自身特性的不同而不同。風(fēng)險(xiǎn)類別通常包括組織風(fēng)險(xiǎn)、市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)、實(shí)施落地風(fēng)險(xiǎn)、運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)、IT 文化風(fēng)險(xiǎn)、財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)、數(shù)據(jù)風(fēng)險(xiǎn)、合規(guī)風(fēng)險(xiǎn)等。

4）選取云原生技術(shù)（ACNA-S5-P4）：P4 階段需要從云原生技術(shù)棧中選取在本次迭代中需要采用的云原生技術(shù)，也需要把采用該技術(shù)可能造成的風(fēng)險(xiǎn)和帶來(lái)的價(jià)值放在首位考慮。

5）制訂迭代計(jì)劃（ACNA-S5-P5）：P5 階段需要充分考慮是否每個(gè)里程碑都能夠得到各參與方的認(rèn)同，一定要避免先閉門開(kāi)發(fā)然后期望產(chǎn)出一個(gè)高價(jià)值產(chǎn)品的情況，因?yàn)橄裨圃軜?gòu)升級(jí)這樣的項(xiàng)目，需要與各參與方深度合作，且在執(zhí)行過(guò)程中很可能出現(xiàn)改變計(jì)劃和目標(biāo)的情況。

6）架構(gòu)評(píng)審和設(shè)計(jì)評(píng)審（ACNA-S5-P6）：P6 階段作為改變企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)流水線的重要架構(gòu)升級(jí)，需要在技術(shù)上進(jìn)行架構(gòu)評(píng)審和重要設(shè)計(jì)評(píng)審，讓重要設(shè)計(jì)在各參與方之間得到認(rèn)同，這也是減少整體風(fēng)險(xiǎn)的重要手段。

7）架構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)控制（ACNA-S5-P7）：在 P3 階段確定了風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)之后，就需要馬上設(shè)定這些風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)控方法和預(yù)警閾值，并在架構(gòu)升級(jí)的過(guò)程中不斷監(jiān)控這些閾值的變化情況，做到實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)警。整體而言，在整個(gè)實(shí)施過(guò)程中，企業(yè)需要建立“識(shí)別—監(jiān)控—評(píng)估—預(yù)警—改進(jìn)”的風(fēng)控閉環(huán)。

8）迭代驗(yàn)收和復(fù)盤（ACNA-S5-P8）：為了讓云原生架構(gòu)升級(jí)的下一個(gè)迭代取得成功，即使本次迭代已經(jīng)成功驗(yàn)收，也需要團(tuán)隊(duì)客觀、深入地對(duì)本次迭代的得失進(jìn)行復(fù)盤，特別是在組織能力、項(xiàng)目和產(chǎn)品的管理能力等軟技能。

云原生架構(gòu)成熟度模型

云原生架構(gòu)成熟度模型是一種能夠幫助企業(yè)找到當(dāng)前軟件架構(gòu)與成熟的云原生架構(gòu)之間的差距，從而在后續(xù)的架構(gòu)優(yōu)化迭代中進(jìn)行針對(duì)性改善的評(píng)估模型。ACNA 參考 CMM（Capability Maturity Model，能力成熟度模型）的定義，從主要的架構(gòu)維度定義了云原生架構(gòu)的成熟度模型。我們需要注意到，ACNA 的云原生架構(gòu)成熟度評(píng)估模型不會(huì)幫助企業(yè)從通用技術(shù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)或信息架構(gòu)的維度進(jìn)行評(píng)估，因此它并沒(méi)有幫助實(shí)施者梳理架構(gòu)的核心利益相關(guān)者和架構(gòu)交付合同。同時(shí)，評(píng)估模型本身也沒(méi)有對(duì)團(tuán)隊(duì)核心人員技能以及組織的流程、文化和流水線建設(shè)進(jìn)行評(píng)估，而是從基于云的現(xiàn)代化應(yīng)用這一特定的軟件技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行評(píng)估。雖然這樣的評(píng)估范圍相對(duì)較小，但是更專業(yè)，可操作性更強(qiáng)。

此外，ACNA 云原生架構(gòu)成熟度模型的評(píng)估對(duì)象不是企業(yè)或架構(gòu)實(shí)施人員，而是某個(gè)具體軟件所采用的架構(gòu)。因此，對(duì)于一個(gè)企業(yè)而言，可能部分軟件的評(píng)估結(jié)果是零級(jí)（初始級(jí)），部分軟件的評(píng)估結(jié)果是中級(jí)（發(fā)展級(jí)），這完全取決于每個(gè)軟件自身的架構(gòu)情況。

6 個(gè)評(píng)估維度

ACNA 云原生架構(gòu)設(shè)計(jì)共包含 6 個(gè)關(guān)鍵架構(gòu)維度（Service + Elasticity + Serverless + Observability + Resilience + Automation，簡(jiǎn)寫為 SESORA），在此我們先定義關(guān)鍵維度的成熟度級(jí)別，如圖 3 所示（命名為 ACNA-T1）。