云原生发展白皮书(2020年).pdf
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1、 云云原生原生发展白皮书发展白皮书 (20202020 年)年) 云云原生原生产业联盟产业联盟 Cloud Native Industry AllianceCloud Native Industry Alliance,CNIACNIA 20202020 年年 7 7 月月 版权声明版权声明 本白皮书本白皮书版权属于版权属于云原生产业联盟云原生产业联盟,并受法律保护,并受法律保护。转载、摘编转载、摘编 或利用其它方式使用或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点的,应本白皮书文字或者观点的,应注明注明“来源:来源:云原云原 生生产业联盟产业联盟”。违反上述声明者,本。违反上述声明者,本院院将追究其相
2、关法律责任。将追究其相关法律责任。 编写说明编写说明: 牵头编写单位:牵头编写单位:中国信息通信研究院 参与编写单位:参与编写单位:阿里云计算有限公司、百度云计算技术(北京)有限公司、北京 凌云雀科技有限公司、北京金山云网络技术有限公司、华为技术有限公司、杭州 谐云科技有限公司、上海道客网络科技有限公司、苏州博纳讯动软件有限公司、 腾讯云计算(北京)有限公司、浙江蚂蚁小微金融服务集团。 编写组成员: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 阿里云计算有限公司:易立、李小平、朱松、李鹏、石兵、阚俊宝、王炳燊、黄 玉奇、张大江 百度云计算技术(北京)有限公司:周岳骞、曹剑
3、 北京凌云雀科技有限公司:刘嘉伟 北京金山云网络技术有限公司:赵琦 华为技术有限公司:刘赫伟、马达、张琦、王泽锋、赵华 杭州谐云科技有限公司:王翱宇、才振功、方佳伟 上海道客网络科技有限公司:郭峰 苏州博纳讯动软件有限公司:伞亚鹏、刘欣雨 腾讯云计算(北京)有限公司:罗茂政、邹辉、韩欣、任秀森、陈一苇、王玉君 浙江蚂蚁小微金融服务集团:宋净超 注:注:编写单位按首字母顺序排列 前前 言言 当前全球的数字化浪潮逐步加深,云计算成为当今信息化发展 的重要基础设施,云原生在数字化浪潮中的角色逐步提升,成为业 务创新发展的重要驱动力。 本白皮书是继云原生技术实践白皮书(2019)之后,针对 国内云原生
4、产业发展现状进行梳理,从云原生概念到新技术发展特 征,以及到云原生支撑行业领域发展,最后再总结云原生未来发展 新趋势。 1 目目 录录 一、 新机遇下的云原生 . 2 (一) 重新认识云原生 . 2 (二) “新基建”开启云原生的新篇章 . 3 二、 云原生产业规模持续看涨,生态版图快速扩张 . 5 (一) 云原生产业规模分析 . 5 (二) 云原生产业生态分析 . 6 (三) 云原生技术生态分析 . 9 三、 云原生热点技术井喷式爆发,细分领域发展趋于多元 . 10 (一) 云原生底层技术 . 10 (二) 云原生编排及管理 . 20 (三) 云原生应用 . 32 (四) 云原生安全 . 3
5、5 四、 云原生价值凸显,加速行业创新应用 . 41 (一) 生物医疗 . 41 (二) 智慧交通 . 42 (三) 工业互联网 . 44 (四) 物流 . 46 五、 云原生发展趋势 . 47 (一) Kubernetes 编排统一化,编排对象不断扩展延伸 . 47 (二) 服务治理 Mesh 化,加速传统应用转型 . 48 (三) 应用服务 Serverless 化,更加聚焦业务的核心价值 . 49 (四) 从资源云化到业务云化,最终趋于全面云原生化 . 49 2 一、 新机遇下的云原生 () 重新认识云原 云原生成为近几年云计算领域炙手可热的话题, 但业界普遍存在 对云原生概念理解不清晰
6、、内涵认知不统一的问题,为了更好的推广 云原生理念, 信通院针对云原生概念进行重新梳理, 重点从产业效用、 技术特征和应用价值三个方面进行深入剖析, 以帮助不同领域的受众 群体更好的理解云原生, 进一步推进国内的云原生产业发展和落地实 践。 从产业效用方面来看,云原生极大的释放了云的红利,云原生充 分继承云的设计思想,未来应用将更多基于云上进行本土应用开发, 即云原生应用更加适合云的架构, 而云计算也为云原生应用提供较好 的基础支撑,如资源隔离、分布式、高可用等,云原生最大程度发挥 了云的优势。云计算的拐点已至,云原生成为驱动业务增长的重要引 擎。云计算的发展已进入成熟期,云原生作为新型基础设
7、施支撑数字 化转型的重要支撑技术,逐渐在人工智能、大数据、边缘计算、5G 等 新兴领域崭露头角,成为驱动数字基础设施的强大引擎。伴随全行业 上云的逐步深化,企业云原生化转型进程将进一步加速。 从技术特征方面来看,云原生技术架构具备以下典型特征:极致 的弹性能力,不同于虚拟机分钟级的弹性响应,以容器技术为基础的 云原生技术架构可实现秒级甚至毫秒级的弹性响应; 服务自治故障自 愈能力,基于云原生技术栈构建的平台具有高度自动化的分发调度调 3 谐机制,可实现应用故障的自动摘除与重构,具有极强的自愈能力及 随意处置性;大规模可复制能力,可实现跨区域、跨平台甚至跨服务 商的规模化复制部署能力。 从应用价
8、值方面来看,异构资源标准化,容器技术有效解决了异 构环境的部署一致性问题,促进了资源的标准化,为服务化、自动化 提供了基础;加速数字基础设施升级解放生产力,降低用户数字化技 术的使用门槛,提高资源的复合利用率,变革研发运营的生产方式, 打破组织壁垒,实现研发与运维的跨域协同,提升交付效率,解放生 产力;提升业务应用的迭代速度,赋能业务创新。云原生技术实现了 应用的敏捷开发,大幅提升交付速度,降低业务试错成本,高效响应 用户需求,增强用户体验加速业务创新。 云原生是面向云应用设计的一种思想理念, 充分发挥云效能的最 佳实践路径,帮助企业构建弹性可靠、松耦合、易管理可观测的应用 系统,提升交付效率
9、,降低运维复杂度。代表技术包括不可变基础设 施、服务网格、声明式 API 及 Serverless 等。 () “新基建”开启云原的新篇章 数字“新基建”带来云计算的空前机遇。2020 年的新冠疫情已经 给中国经济发展带来较大冲击,经济下行压力增大,然而数字经济展 现出强大的抗压能力,极大程度上对冲了疫情影响。后疫情时代随着 企业全面复工复产的稳步推进,“上云用数赋智” 已经成为企业共识, 企业上云进入攻坚期,数字化转型进程显著提速。同时为提振国内经 4 济,舒缓疫情压力,中央加紧规划部署“新基建”相关工作,高频发 布相关政策,截止 3 月 6 日各省公布的 2020 年重点项目投资计划约 4
10、0 万亿元,其中“新基建”成重点方向。空前的市场需求刺激和政策 利好引爆数字技术的资本市场, 以云计算为核心的新一代数字技术迎 来新的发展机遇。 后云计算时代的需求从资源优化转向效能提升。 数字化转型大潮 下的企业面临着新旧商业形态的剧变,颠覆和重构时刻都在发生。更 加快速的感知用户侧的需求变化并做出调整, 才能在竞争中持续积累 优势。业务的敏捷、弹性、个性化和智能化需求凸显,应用的交付模 式也发生深刻变化,轻量化、松耦合、灵活弹性的敏捷技术架构成为 主要方向。将支撑业务应用的通用技术模块化、系统化逐渐下沉至云 平台,低心智负担且功能丰富的应用支撑能力成为云的突出需求,云 计算服务重心逐渐上移
11、。 云原生成为下一代云计算的技术“内核”大幅提升用云效能。云 原生技术栈统一的标准化交付能力大幅提升云端效能。 服务架构标准 统一,应用微服务化开发,服务之间使用标准的 API 接口进行通信。 松耦合架构会减轻因需求变更导致的系统迭代成本, 为多团队并行开 发提供基础,并加快交付速度;交付标准统一,标准容器化的打包方 式实现了真正的应用可移植性,不在受限于特定的基础架构环境。并 且容器技术进程级的资源切分粒度,也会降低系统的资源开销;研运 过程标准统一,通过引入 DevOps 理念强化软件研发运营全周期的管 理,从软件需求到生产运维的全流程改进和优化,结合统一工具链, 5 实现文化、 流程、
12、工具的一致性, 降低应用软件高频发布带来的风险, 提升软件产品质量。 二、 云原生产业规模持续看涨,生态版图快速扩张 () 云原产业规模分析 2019 年我国公有云 PaaS 市场规模继续保持高速增长,市场规模 为 41.9 亿元,同比增长 92.4%。私有云市场规模为 645.2 亿元,同 比增长22.8% 1。 云原生产业作为现阶段云计算PaaS市场的重要支点, 也延续了高速增长态势, 根据中国信息通信研究院相关调研数据显示, 2019 年我国云原生产业市场规模已达 350.2 2亿元。数字经济大潮下 传统行业的数字化转型成为云原生产业发展的强劲驱动力,“新基建” 带来的万亿级资本投入,
13、也将在未来几年推动云原生产业的发展迈向 新阶段。 数据来源:中国信息通信研究院,2020 年 5 月 图 1 中国公有云细分市场规模及增速 1 数据来源:中国信息通信研究院云计算发展白皮书(2020) 2 数据来源:中国信息通信研究院中国云原生用户调查报告 2020 42.0 87.4 148.7 270.4 452.6 5.2 7.6 11.6 21.8 41.9 55.3 75.1 104.5 145.2 194.8 0 200 400 600 800 20152016201720182019 SaaS市场规模 PaaS市场规模 IaaS市场规模 6 我国云原生产业发展已呈现几个明显特征:
14、 大中型互联网企业主 导云原生产业发展,技术应用快速向垂直行业扩展。超 6 成的云原生 技术用户为互联网企业,其中千人以上企业规模的企业占比高达 35.11% 3, 互联网头部企业在云原生产业发展中举足轻重。 同时金融、 制造、服务业、政务、电信等垂直行业的应用占比有所攀升,行业数 字化转型的带动效应初步显现; 云原生技术在传统领域尚处发展期IT 技术投入占比较低,技术研发是资金流出的主要方向。80%的调研企 业在云原生技术领域的投入不足整体 IT 投入的 30% 4,云原生架构尚 未成为企业数字基础设施建设的核心支柱, 有近 7 成的用户表示投入 的资金主要用于相关技术的研发; 云原生架构采
15、纳用户的生产集群以 中小型规模为主,规模化应用仍存在较高技术门槛。云原生技术栈在 规模化应用时的安全性、 连续性及性能等因素成为用户侧落地的主要 顾虑(调查占比为 61%),同时陡峭的学习曲线以及与现有平台的整 合演进也成为用户摇摆的重要因素(调查占比分别为 47%和 46% 5)。 () 云原产业态分析 2019 年 Gartner 在容器报告中预测,到 2020 年将有 50%的传统 老旧应用被以云原生化的方式改造,到 2022 年将有 75%的全球化企 业将在生产中使用云原生的容器化应用。云原生已成为新常态,容器 化需求从行业头部企业下沉到中小规模企业, 从领先企业尝鲜变为主 3 数据来
16、源:中国信息通信研究院中国云原生用户调查报告 2020 4 数据来源:中国信息通信研究院中国云原生用户调查报告 2020 5 数据来源:中国信息通信研究院中国云原生用户调查报告 2020 7 流企业必备。 随业务的发展, 服务器规模相较去年却有了一定的缩减, 这一定程度上是容器化带来的效果。K8S 拥有极高的扩展性、自动化 和可伸缩性,通过容器化改造,可以最大化地利用服务器资源,按需 使用,有效节约服务器成本。 在降本增效的目标下, 加快数字化业务发展成为传统企业的必然 选择。由于业务场景、用户习惯迅速变化,许多行业数字化业务出现 急速增长。数字化业务意味着大刀阔斧的企业敏捷文化,只有借助更
17、加快速、灵活的开发和交付模式,才能满足市场快速变化的需求。 通过使用容器、Kubernetes、DevOps、微服务等这些年轻且先进 的技术,能够大大加快软件开发迭代速度,提升应用架构敏捷度,提 高 IT 资源的弹性和可用性,帮助企业客户加速实现价值。对于大部 分传统企业而言,云原生 PaaS 平台是未来企业业务的核心竞争力的 底层支撑,而非核心竞争力本身所在。企业应该将更多的人员、精力 和成本投入到与业务相关的研发上, 而不是重复造底层基础设施的轮 子,造成重复性浪费投资。对于云原生生态中的软件开发商、行业解 决方案商等各个领域的合作伙伴也是如此。 最终用户是推动产业发展的原生需求, 不同的
18、企业在基础设施和 应用架构方面都有自身的个性化差异、任务复杂性等挑战。有的企业 只关注云原生中的某一项技术,解决某个切肤痛点。有的企业则希望 同时考虑完整体系化的解决方案,追求云计算技术生产力的最大化。 每家企业的云原生之路都应该是个性化、 量身定制, 而且循序渐进的。 中国率先控制住疫情为国内企业在数字化转型方面争取到窗口期, 数 8 字化转型在疫情和后疫情时期越发重要。 企业上云已经成为一种必然 趋势。疫情之下,虽然各行各业都受到了不同程度的影响,但那些数 字化能力健全的企业抵御风险的能力更强。 生态伙伴是联接产业供需的重要纽带,最终用户的 IT 应用开发 形式(自研或和第三方技术厂商合作
19、)决定云原生生态的格局。除互 联网企业外,对于更多中大型企业来说,经过仔细调研会发现云原生 技术难度和自研成本很高,大部分企业需要和专业技术厂商合作,共 同落地云原生技术,打造技术中台。专业的技术厂商能够提供完善的 咨询服务、解决方案和方法论。同时云原生技术的部署也一定程度上 伴随着对企业 IT 文化、 流程的变革, 也需要技术厂商和企业的配合。 传统软件服务体系,纷纷与云原生技术对齐,构成云原生生态合作, 其中典型代表有: 独立软件开发商,长期聚焦某些行业或者垂直领域,在技术、产 品和客户方面都有深厚积累的企业, 有能力依托云原生核心技术和平 台优势,开发可规模推广的行业产品或解决方案。 软
20、件集成商,具备系统集成资质,有一定的客户基础和方案整合 能力,为企业提供优质的云原生解决方案和服务。 IT 服务与交付厂商, 有企业信息化实施、 服务和行业客户交付能 力,通过参与云原生产品解决方案完善、项目咨询、项目实施、项目 交付等工作,为企业提供服务。 9 (三) 云原技术态分析 云原生的理念经过几年发展,不断丰富、落地、实践,云原生已 经渡过了概念普及阶段,进入了快速发展期。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。 过去几年中, 云原生关键技术正在被广泛采纳, 如 43.9% 6的用户已在生产环境中采纳容器技术, 超过七成
21、的用户已经 或计划使用微服务架构进行业务开发部署等, 这使得用户对云原生技 术的认知和使用进入新的阶段, 技术生态也在快速的更迭, 特征明显。 图 2 CNIA 中国云原生技术生态图景 云原生技术生态日趋完善,细分项目不断涌现。相较于早年的云 原生技术生态主要集中在容器、微服务、DevOps 等技术领域,现如今 的技术生态已扩展至底层技术、编排及管理技术、安全技术、监测分 析技术以及场景化应用等众多分支, 初步形成了支撑应用云原生化构 建的全生命周期技术链。同时细分领域的技术也趋于多元化发展,如 6 数据来源:中国信息通信研究院中国云原生用户调查报告 2020 10 在容器技术领域,从 doc
22、ker 这种通用场景的容器技术逐渐演进出安 全容器、边缘容器、serverless 容器、裸金属容器等多种技术形态。 开源技术主导生态,本土力量日益凸显。“软件即服务”的概念 逐渐深入人心,在云计算服务化转型的大趋势下,软件开源的经营模 式逐渐成为主流,开源的价值也被国内外的公司所深刻认同:开源技 术也有助于构建高质量的开发人员社区, 实现全球精英人才的协同贡 献,加速技术创新的覆盖率指数级增长。鉴于此,全球云计算厂商都 在积极布局云原生开源项目,加速企业的技术竞争力。我国云原生技 术领域也涌现出大量的国内公司主导的优质开源项目, 本土开源力量 在支撑国内需求的基础上开始反哺国际社区, 如腾讯
23、开源的微服务框 架 TARS 贡献给了 Linux 基金会、阿里开源的分布式服务框架 Dubbo 贡献给了 Apache 基金会、 容器镜像仓库项目 Harbor 已经从 CNCF (云 原生计算基金会)毕业深度应用于企业生产。 三、 云原生热点技术井喷式爆发,细分领域发展趋于多元 () 云原底层技术 1. 云原服务器:兼顾性能与管理的新算载体 传统 IaaS 层计算产品形态主要分为裸金属物理机和云服务器两 大类。两者在计算性能,管理运维方面各有优势,又都存在不足。云 原生服务器则兼顾了物理机的性能优势、 完整特性和云服务器的管理 便利,进一步解决客户对高性能计算的强需求。 11 云原生服务器
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- 原生 发展 白皮书 2020
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