云原生技术实践 白皮书 （ 2019 年 ） （征求意见稿） 云计算开源产业联盟 OpenSource Cloud Alliance for industry，OSCAR 2019年4月 版权声明 本白皮书版权属于云计算开源产业联盟，并受法律保护。 转载、摘编或利用其它方式使用本调查报告文字或者观点的， 应注明“来源：云计算开源产业联盟”。违反上述声明者，本联 盟将追究其相关法律责任。 编写说明 牵头编写单位：中国信息通信研究院 参与编写单位：华为技术有限公司、阿里云计算有限公司、腾讯云计算（北京） 有限公司、毕威拓科技（中国）有限公司、蚂蚁金服、灵雀云、上海道客网络科 技有限公司、中国电信股份有限公司智能网络与终端研究院、中兴通讯股份有限 公司、国际商业机器（中国）有限公司、时速云、博云、烽火通信科技股份有限 公司、无锡华云数据技术服务有限公司、四川长虹电器股份有限公司 编写组成员： 中国信息通信研究院：栗蔚、陈屹力、刘如明、闫丹、郑立 华为技术有限公司：俞岳、张红、高巍 阿里云计算有限公司：李鹏、穆寰、朱松 腾讯云计算（北京）有限公司：黄文俊，卢萌凯，罗茂政，张浩，肖雨浓 毕威拓科技（中国）有限公司:刘鹏 蚂蚁金服：李克鹏、俞仁杰、盛延敏 灵雀云：陈凯、刘嘉伟 上海道客网络科技有限公司：郭峰 中国电信智能终端研究院：陈泳、乔宏明、毛斌宏 中兴通讯股份有限公司：余鹏 国际商业机器（中国）有限公司：郭迎春 时速云：涂家英、魏巍、王金秀 博云：赵安全、李守超、邱世达、刘对 烽火通信科技股份有限公司：田兵 无锡华云数据技术服务有限公司：吴涛 四川长虹电器股份有限公司：李强 前 言 随着云原生技术理念的在行业内进一步的实践发展，云原生架构 完成了 IT 架构在云计算时代的进化升级。以 CI/CD、DevOps、微服务 架构为代表的云原生技术以其高效稳定、快速响应的特点驱动引领企 业的业务发展，帮助企业构建更加适用于云上的应用服务。对企业而 言，新旧 IT 架构的转型与企业数字化的迫切需求也为云原生技术提 供了很好的契机，云原生技术在行业的应用持续深化。 本白皮书重点介绍云原生技术概念、技术实践以及发展趋势。本 书首先梳理了云原生技术理念特点以及与传统架构的对比，然后分析 了深度学习、区块链、边缘计算和传统行业的互联网化应用等典型应 用场景的特征，旨在从架构、研发流程等角度为企业或组织从传统单 体架构过渡到云原生架构提供现参考。本书文末对于云原生技术的发 展趋势做了进一步探讨，并给出了在云原生技术体系里的标准化建议。 目 录 版权声明 .......................................................... 2 一、 (一) (二) (三) 二、 (一) (二) (三) 三、 (一) (二) (三) (四) 四、 (一) (二) (三) (四) 云原生简介................................................... 1 “云原生”为何而生？ ............................................ 1 初识云原生 ...................................................... 2 我国云原生产业现状 .............................................. 3 云原生架构的关键技术 ......................................... 4 云原生架构的关键技术 ............................................ 4 云原生架构的典型技术特征 ........................................ 8 云原生应用的优势 ................................................ 8 云原生技术的典型应用场景 .................................... 10 深度学习应用场景 ............................................... 区块链应用场景 ................................................. 边缘计算场景 ................................................... 传统行业互联网化应用场景 ....................................... 10 12 14 16 云原生产业发展趋势 .......................................... 17 云原生助力人工智能从云端扩展至边缘 ............................. 运营商搭载云原生强化 5G 网络能力 ................................ 云原生领域的标准化进程将持续深化 ............................... 联盟组织在云原生产业中的角色日趋重要 ........................... 17 18 19 20 附录：云原生落地案例.............................................. 21 (一) (二) (三) (四) 招商银行数字化转型实例 ......................................... 云原生技术在网商银行核心系统的应用实例 ......................... 云原生技术助力广汽丰田数字化转型实践 ........................... 中石油梦想云平台在能源行业的落地应用 ........................... 21 25 26 29 云计算开源产业联盟 云原生技术实践白皮书（2019 年） 一、 云原生简介 (⼀) “云原⽣”为何⽽⽣？ 过去十年，云计算技术风起云涌，云的形态也在不断演进。虚拟 化技术助推物理资源上云，然而基于传统技术栈构建的应用包含了太 多开发需求（后端服务、开发框架、类库等），但传统的虚拟化平台 只能提供基本运行的资源，云端强大的服务能力红利还并没有完全得 到释放。从直接具备应用开发环境的 PaaS 平台，再到万物皆服务的 Serverless 平台，云端提供服务逐渐丰富而强大，用户管理的功能则 逐渐下沉化繁为简。云平台可提供整套的开发环境，使用户专注在价 值密度更高的业务逻辑开发上。 另一方面，云平台日益发展丰富的同时，应用开发架构也应逐渐 演进去适应云平台，以便充分发挥云平台的能力。云上的应用应该如 何适应现有的云计算架构？云原生的理念应运而生，Pivotal 的 Matt Stine 于 2013 年首次提出云原生的概念，并一直延续使用至今。 经过几年的发展，云原生的理念不断丰富和落地。中国信息通信 研究院经过多方面研究，总结云原生的概念为“适合云的应用”和“好 用的云架构”。基于云原生的技术和管理方法，更好地把业务生于云 或迁移到云平台，从而享受云的高效和持续的服务能力。 1 云计算开源产业联盟 云原生技术实践白皮书（2019 年） 初识云原⽣ (二) 云原生是一系列云计算技术体系和企业管理方法的集合，既包含 了实现应用云原生化的方法论，也包含了落地实践的关键技术。云原 生应用利用容器、服务网格、微服务、不可变基础设施和声明式 API 等代表性技术，来构建容错性好、易于管理和便于观察的松耦合系统， 结合可靠的自动化手段可对系统做出频繁、可预测的重大变更，让应 用随时处于待发布状态，云原生技术有利于各组织在公有云、私有云 和混合云等新型动态环境中，构建和运行可弹性扩展的应用，借助平 台的全面自动化能力，跨多云构建微服务，持续交付部署业务生产系 统。1 快速响应市场需求已经成为企业竞争的决胜因素，持续交付使开 发人员可以在短时间存在的特性分支上工作，定期向主干合并，同时 始终让主干保持可发布状态，能做到在正常工作时段里按需进行一键 式发布，提升开发的效率。但是复杂传统应用的单体架构模式在代码 维护与集成编译方面困难重重，难以做到持续交付。微服务架构的引 入使复杂应用的持续交付成为可能，服务拆分可以是多个业务团队并 行开发的基础，微服务把同一个小业务的人员汇聚在一起，进一步加 速了开发效率。 在部署方面，虚拟机分钟级的弹性不再满足快速扩缩容的需求， 更加轻量级的容器技术成为微服务部署的最佳载体。容器技术很好的 1 引自 CNCF 对云原生的定义 2 云计算开源产业联盟 云原生技术实践白皮书（2019 年） 解决了应用移植过程的环境一致性问题，使微服务实现快速弹性的部 署。敏捷开发带来应用的快速迭代，同时也增加了版本发布的风险与 业务运维的复杂度。DevOps 理念提倡开发、测试、运维之间的高度 协同，从而在完成高频率部署的同时，提高生产环境的可靠性、稳定 性、弹性以及安全性，这在很大程度上消除了频繁发布的风险。 图 1：基础架构，交付和应用之间的关系图 (三) 我国云原⽣产业现状 云原生理念在我国经过几年的推广普及，已经逐步为企业接受， 云原生产业已步入快速发展期。过去两年，容器技术的应用持续深化， 以容器及其编排技术为核心的生态，逐渐扩展至涵盖微服务、DevOps、 服务监测分析、应用管理的完整闭环。 3 云计算开源产业联盟 云原生技术实践白皮书（2019 年） 图 2：云计算容器技术采纳率2 华为云、阿里云、腾讯云等巨头云服务商以强大的综合云服务能 力推动着云原生技术的发展变革，细分生态领域的企业级产品服务也 不断涌现，提供更加聚焦的精细化服务。在过去几年中国企业的开源 社区贡献率持续增长，不断有新的开源项目反哺社区，已成为国际开 源社区的重要力量。 二、 云原生架构的关键技术 (⼀) 云原⽣架构的关键技术 1. 容器技术 容器是一种轻量级的虚拟化技术，能够在单一主机上提供多个隔 离的操作系统环境3，通过一系列的 namespace 进行进程隔离，每个容 器都有唯一的可写文件系统和资源配额。容器技术分为运行时和编排 两层，运行时负责容器的计算、存储、网络等，编排层负责容器集群 的调度、服务发现和资源管理。 2 3 数据来源：《中国私有云发展调查报告（2018 年） 》 定义引自《中国云计算开源产业发展白皮书第二部分:基于容器技术的产业》 4 云计算开源产业联盟 云原生技术实践白皮书（