云原生之路，漫漫而修遠，因為云在發(fā)展，應用也在發(fā)展。如何讓應用充分利用云的特性煥發(fā)全新面貌，這是每個云原生應用架構領域的人應該思考的問題。
本書分為兩篇，從技術演進講起，讓讀者充分了解系統資源、應用架構和軟件工程的發(fā)展歷程，從而擁有技術角度的全局視野；然后介紹云原生應用的實踐，手把手教你設計一個云原生應用。
本書適合云原生應用開發(fā)人員、架構師、云計算從業(yè)者閱讀，部分章節(jié)對產品團隊、運維人員亦有一定的參考價值。
前言
談到一個應用，我們首先考慮的是運行這個應用所需要的系統資源。其次，關于應用自身的架構模式也要考慮，從傳統的單體架構模式到后來的微服務模式、服務網格，以業(yè)務功能為維度進行分拆更有利于應用的不斷演進。后，還需要從軟件工程的角度來考慮云原生應用的設計、開發(fā)、部署、運維等不同階段。
設計云原生應用需要從以上三個維度進行全方位的思考。所謂原生為云設計的應用，就是指從初便被設計為在云上以方式運行的應用，這種應用能充分發(fā)揮云平臺的各種優(yōu)勢。
架構師是推動上述應用設計、開發(fā)，真正將云原生應用落地的人。那么何為架構師？
架構師的基本職責是在項目早期就設計好基本的框架，這個框架既能夠確保團隊成員順利編寫代碼，滿足近期業(yè)務需求的變化，又能為進一步的發(fā)展留出空間（所謂scalability），即確定技術選型。
20多年前的經典著作DesignPatterns中講過學習設計模式的意義，放在架構師的定義中非常貼切：成為架構師并不是要我們學習一種新的技術或者編程語言，而是要建立一種用于交流的共同語言和詞匯，在設計方案時方便溝通，同時也幫助我們從更抽象的層次去分析問題本質，不被一些實現的細枝末節(jié)所困擾。當把很多問題抽象出來之后，我們也能更深入、更好地去了解現有系統這些意義，對于今天的后端系統設計來說，也仍然是正確的。
總而言之，架構設計對應用有著深遠的影響，它的好壞決定了應用的整體質量，并且決定了開發(fā)人員開發(fā)、維護和擴展應用的難易程度。
對架構師而言，不能為了架構而設計架構，在選擇架構前，要始終理解問題和需求，不要本末倒置。一方面，需要精心設計應用架構；另一方面，需要對前端UI、測試、運維、數據管理等方面都非常熟悉，從而做出正確的決定。
本書將從全棧視角出發(fā)，從系統資源到應用架構，再到軟件工程，深入淺出地講解計算機技術的演進，給架構師或想要成為架構師的人一個非常好的角度來看待不同時代的技術，以及其能解決的問題。本書還會介紹在現有的云原生技術下，如何以的形態(tài)和方式來構建一個應用，使其能夠真正發(fā)揮云的能力，從而達到1 1>2的效果。
本書內容
本書分為技術演進篇和實踐篇兩篇，涉及4個部分，共19章，大概的內容分布及簡介如下。
技術演進篇
第1部分 系統資源（第1~5章）
基礎架構解決的是一些通用性問題，主要涉及應用運行時所需要的系統資源，這些系統資源是設計任何類型的應用都需要重視的內容。針對不同的系統資源，應用的部署、運行方式也不盡相同。這一部分將首先介紹操作系統、虛擬化等基本知識，然后講解云計算相關內容，以及容器與容器編排的核心知識。
第2部分 應用架構（第6~11章）
架構的重要性在于實現應用的非功能性需求。非功能性需求往往能決定一個應用運行時的質量，也能決定開發(fā)時的質量。這一部分將宏觀介紹應用架構的定義、分類、目標等，列舉主流架構視圖，并按照技術演進過程介紹單體架構、分布式架構、SOA架構、微服務架構等內容。
第3部分 軟件工程（第12~16章）
1968年，世界各地的計算機科學家在德國的Garmisch召開了一次國際會議，在會上正式提出了軟件工程一詞。軟件工程管理的核心目的是支撐新的演進式架構。軟件工程的整個流程分為5個階段：應用設計、軟件開發(fā)、開發(fā)運維一體化、SRE運維、數字化運營。在這一部分中，我們將緊密圍繞以上5個技術演進階段，從軟件工程角度講解云原生應用架構的實現。
實踐篇
第4部分 架構、應用落地與中臺構建（第17~19章）
在這一部分中，我們將詳細剖析云原生架構，介紹其定義、涉及的關鍵技術，以及具體的實現過程。本部分還會介紹應用落地的實踐，涉及應用改造、應用拆分、API設計與治理等。此外，中臺這個概念也與云原生密不可分，本部分還會闡述云原生應用與中臺之間的關系，以及如何通過中臺使應用的云原生化更加便捷。
賀阮
攻讀博士期間的主要研究方向是云計算安全。畢業(yè)之后一直深耕于云計算領域，工作內容涉及虛擬化內核、容器、調度、安全、微服務、應用架構、軟件設計開發(fā)等，工作崗位覆蓋科研、開發(fā)、產品架構、售前解決方案、售中售后支持等。曾先后任OpenStack基金會董事、ISO/IEC JTC1/SC38和ISO/IEC JTC1/SC27標樣委員會委員、聯合國國際電信聯盟（ITU）云計算安全組副報告人，以及多個云計算學術會議、期刊編輯等職位，從各個維度見證了云計算行業(yè)的發(fā)展。
史冰迪
2015年畢業(yè)于中央財經大學計算機科學與技術專業(yè)，同年進入中國軟件與技術服務股份有限公司，從事政務信息化相關工作。先后任軟件系統研發(fā)工程師、需求經理、軟件項目經理和集成項目大項目經理等多個職位，參與過軟件系統開發(fā)生命周期全流程相關工作。2020年進入中國信息通信研究院從事政務信息化項目管理工作，從另一個方向繼續(xù)在政務信息化方向發(fā)力，不斷努力將電子政務、數字政府等工作與各類新技術結合。
目錄
技術演進篇
第1部分 系統資源 2
第1章 操作系統 3
1.1 操作系統簡介 3
1.1.1 主要功能 4
1.1.2 系統結構 5
1.2 CPU指令集原理 6
1.2.1 特權指令集和非特權指令集 6
1.2.2 保護模式及內核態(tài)、用戶態(tài) 7
1.2.3 指令工作流程 8
1.3 內核 9
1.3.1 組成模塊化 9
1.3.2 單內核 9
1.3.3 微內核 10
1.3.4 外內核 11
第2章 虛擬化 13
2.1 虛擬化概述 13
2.1.1 直接使用物理設備 13
2.1.2 虛擬化原理 14
2.2 虛擬化指令集 16
2.2.1 敏感指令集 17
2.2.2 虛擬化指令集的工作模式 17
2.3 虛擬化類型 20
2.3.1 全虛擬化 20
2.3.2 類虛擬化 21
2.3.3 硬件輔助虛擬化 22
2.4 虛擬化架構 24
2.4.1 裸金屬架構 24
2.4.2 宿主模式架構 25
2.5 常見的虛擬化產品 25
2.5.1 VMware 25
2.5.2 Xen 26
2.5.3 KVM 26
2.5.4 QEMU 27
2.5.5 NEMU 28
2.5.6 Firecracker 28
2.5.7 VirtualBox 28
2.5.8 Libvirt 29
2.5.9 Vagrant 30
第3章 云計算 32
3.1 云計算概述 32
3.1.1 虛擬化的不足 32
3.1.2 云計算的特點 33
3.2 IaaS 34
3.2.1 云的部署模式 34
3.2.2 IaaS的主要功能 36
3.2.3 IaaS架構 36
3.2.4 云平臺組織架構 37
3.2.5 OpenStack 39
3.2.6 云平臺部署架構 41
3.3 PaaS 42
3.3.1 簡介 43
3.3.2 核心功能 45
3.3.3 微軟Azure 47
3.3.4 PaaS的優(yōu)缺點 48
3.4 SaaS 49
第4章 容器 53
4.1 容器簡介 53
4.1.1 容器技術的優(yōu)缺點 53
4.1.2 大事記 54
4.2 基本技術 55
4.2.1 namespace 56
4.2.2 cgroup 59
4.2.3 rootfs 60
4.3 Docker 61
4.3.1 容器運行時 61
4.3.2 鏡像 63
4.3.3 Docker總結 64
4.4 內核容器技術 64
4.4.1 Kata 64
4.4.2 Firecracker 65
4.4.3 gVisor 66
4.4.4 Unikernel 67
4.5 容器與虛擬機 68
4.6 容器與PaaS 69
第5章 容器編排 70
5.1 容器編排簡介 70
5.1.1 大事記 70
5.1.2 Swarm與Kubernetes之爭 71
5.1.3 容器編排工具的核心功能 73
5.2 Kubernetes 74
5.2.1 設計理念與特性 74
5.2.2 運行架構 76
5.2.4 API對象 80
5.3 容器編排與PaaS 90
5.4 Kubernetes企業(yè)級實戰(zhàn)：OpenShift 91
5.5 實現有狀態(tài)應用和無狀態(tài)應用 91
5.5.1 無狀態(tài)應用與有狀態(tài)應用 92
5.5.2 從無狀態(tài)應用到Severless 92
5.5.3 Kubernetes對有狀態(tài)應用的管理 92
5.5.4 容器編排的終目標 93
第2部分 應用架構 95
第6章 應用架構概述 96
6.1 架構與框架的區(qū)別 97
6.2 狹義的和廣義的應用架構 97
6.2.1 狹義的應用架構 97
6.2.2 廣義的應用架構 98
6.3 應用架構的定義 98
6.4 應用架構的目標 99
第7章 主流架構 101
7.1 4 1架構視圖 101
7.1.1 邏輯視圖 102
7.1.2 開發(fā)視圖 102
7.1.3 進程視圖 102
7.1.4 物理視圖 103
7.1.5 場景視圖 103
7.2 ArchiMate 104
7.2.1 ArchiMate概述 104
7.2.2 業(yè)務層 106
7.2.3 應用層 106
7.2.4 技術層 107
7.3 TOGAF框架 109
第8章 架構詳解 114
8.1 業(yè)務架構 114
8.1.1 業(yè)務場景 114
8.1.2 業(yè)務用例 115
8.1.3 業(yè)務實體 115
8.1.4 業(yè)務流程 116
8.2 應用架構 116
8.2.1 功能架構 117
8.2.2 數據架構 121
8.2.3 實現架構 124
8.3 基礎架構 131
8.3.1 物理架構 131
8.3.2 運行架構 131
第9章 典型的應用架構模式 133
9.1 單體架構 133
9.1.1 單體架構的特點 133
9.1.2 功能架構 134
9.1.3 單體應用的數據優(yōu)化 136
9.1.4 單體架構的優(yōu)缺點 142
9.2 基于組件的架構 143
9.2.1 特性 144
9.2.2 微內核架構 145
9.2.3 兩種基于組件的應用開發(fā)、運行框架 145
9.2.4 組件設計原則 146
9.3 分布式與SOA 148
9.3.1 分布式 148
9.3.2 SOA 150
第10章 微服務架構 160
10.1 微服務架構簡介 160
10.1.1 微服務與應用 161
10.1.2 微服務架構與SOA 162
10.1.3 微服務架構與容器編排 162
10.1.4 微服務架構與組織架構 163
10.2 采用微服務架構的優(yōu)勢與難點 163
10.3 微服務架構詳解 165
10.3.1 功能架構 165
10.3.2 實現架構 166
10.3.3 部署單元 167
10.4 設計原則 167
10.4.1 服務注冊中心 167
10.4.2 API網關 168
10.4.3 跨服務通信 169
10.4.4 API設計 170
10.4.5 數據一致性處理 172
第11章 微服務框架 181
11.1 微服務架構與微服務框架 181
11.2 核心功能 182
11.2.1 服務注冊發(fā)現 182
11.2.2 服務負載路由 183
11.2.3 統一配置 184
11.2.4 服務編排與彈性伸縮 184
11.2.5 流量管控 185
11.2.6 可觀察運維 186
11.3 框架分類 188
11.3.1 業(yè)務處理框架 188
11.3.2 SDK框架 189
11.3.3 服務網格 190
第3部分 軟件工程 195
第12章 應用設計 196
12.1 明確愿景 196
12.1.1 目標對象 197
12.1.2 度量價值 197
12.1.3 詳細描述 198
12.1.4 上下文圖 198
12.2 明確組織架構 200
12.3 頂層業(yè)務建模 201
12.3.1 概述 201
12.3.2 業(yè)務領域 202
12.3.3 業(yè)務場景 205
12.4 應用需求分析 209
12.4.1 概述 209
12.4.2 識別角色 210
12.4.3 業(yè)務實體 210
12.4.4 業(yè)務流程 212
12.5 應用設計建模 214
12.5.1 概述 214
12.5.2 圈定微服務 215
12.5.3 應用架構設計 216
12.6 領域驅動建模 218
12.6.1 分布式應用建模的痛點 219
12.6.2 DDD概述 219
12.6.3 DDD的優(yōu)勢 220
12.6.4 基本概念 221
12.6.5 實施步驟 229
12.6.6 DDD與應用設計 238
第13章 軟件開發(fā) 240
13.1 瀑布模型 240
13.2 敏捷開發(fā)模型 242
13.2.1 敏捷宣言 243
13.2.2 Scrum 244
13.2.3 極限編程方法 245
第14章 開發(fā)運維一體化：DevOps 248
14.1 精益思想 248
14.1.1 起源 248
14.1.2 精益生產 249
14.1.3 精益原則 250
14.1.4 精益軟件開發(fā) 251
14.1.5 價值探索 253
14.1.6 IT價值流 253
14.1.7 精益和敏捷 255
14.2 持續(xù)集成 255
14.2.1 原則 255
14.2.2 步驟 256
14.3 持續(xù)交付與持續(xù)部署 258
14.3.1 持續(xù)交付 258
14.3.2 持續(xù)部署 259
14.3.3 特性發(fā)布 263
14.4 DevOps與CI/CD 269
14.4.1 定義 270
14.4.2 原則與推廣 271
14.4.3 三步工作法 272
14.5 測試 275
14.5.1 概述 275
14.5.2 功能性測試 277
14.5.3 非功能性測試 281
14.6 DevOps與敏捷開發(fā)、Kubernetes、微服務、應用架構模式的關系 283
第15章 SRE運維 286
15.1 SRE運維簡介 286
15.1.1 SLA 287
15.1.2 運維的發(fā)展階段 288
15.1.3 架構層次 288
15.2 監(jiān)控 289
15.2.1 監(jiān)控概述 289
15.2.2 多層監(jiān)控 291
15.2.3 告警 292
15.3 日志 293
15.3.1 日志系統架構 293
15.3.2 日志的采集、匯總與展示 294
15.4 故障排查 295
15.4.1 具體步驟 295
15.4.2 監(jiān)控檢查 296
15.5 作業(yè)運行 296
第16章 數字化運營 298
16.1 數字化運營概述 298
16.1.1 運營數據 298
16.1.2 角色分類 299
16.1.3 用戶畫像 299
16.2 數據處理 300
16.2.1 數據采集 300
16.2.2 數據建模 301
16.2.3 數據分析 301
16.2.4 指標分析 302
16.3 反饋流程 303
16.4 驗證模式 304
16.4.1 A/B測試 304
16.4.2 灰度發(fā)布 305
16.5 平臺架構 306
16.5.1 運維數據平臺 306
16.5.2 智能化運維 306
實踐篇
第4部分 架構、應用落地與中臺構建 310
第17章 云原生架構 311
17.1 云原生的定義 311
17.1.1 12因子應用 311
17.1.2 云原生架構的特征 313
17.1.3 CNCF對云原生的定義 314
17.1.4 本書對云原生的定義 315
17.2 關鍵技術 318
17.2.1 不可變基礎設施（容器） 318
17.2.2 聲明式編排（Kubernetes） 319
17.2.3 微服務架構（解耦性） 320
17.2.4 動態(tài)賦能（服務網格） 320
17.2.5 適應度函數（引導性） 320
17.2.6 領域驅動建模（統一模型） 321
17.2.7 CI/CD/CO 321
17.3 云原生應用的實現過程 322
第18章 應用落地實踐 323
18.1 云原生化條件 323
18.1.1 團隊能力建設 323
18.1.2 推薦引入云原生化的場景 324
18.1.3 不推薦引入云原生化的場景 326
18.2 演進式的流程 327
18.3 應用改造模式 328
18.3.1 雙胞胎模式 328
18.3.2 絞殺者模式 328
18.3.3 修繕者模式 329
18.4 應用拆分原則 330
18.4.1 按業(yè)務能力拆分 330
18.4.2 按DDD子領域拆分 330
18.4.3 其他原則 332
18.5 API設計與治理 333
18.5.1 前后端分離 334
18.5.2 規(guī)范化API 334
18.5.3 并行或異步調用 336
18.5.4 業(yè)務聚合 336
18.6 應用狀態(tài)分1
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