一、云原生七大设计原则

考试经常给一段场景，让判断违反哪条原则；论文写作可以直接作为架构设计的 7 个维度。

1. 服务化原则 将系统按照业务领域拆分为多个自治服务，服务之间通过标准接口交互，每个服务拥有独立的开发、测试、部署生命周期。

• 核心：高内聚低耦合，契约优先，避免过度拆分。
• 反例：所有业务打包一个大程序；服务之间直接访问对方数据库。
• 答题话术：按照 DDD 领域驱动进行业务域划分，实现服务解耦，每个服务独立迭代发布。

1. 弹性原则 系统能够根据业务负载自动完成资源扩缩容，应对流量波峰波谷。

• HPA：水平 Pod 自动扩缩，增减 Pod 实例数量（最常用）。
• VPA：垂直扩缩，修改单个 Pod 的 CPU 内存配置。
• 核心：业务代码无感知，由平台完成弹性。
• 反例：流量暴涨只能人工手动加机器。

1. 可观测原则 不依靠查看代码、登录服务器，从外部就可以判断系统运行状态。

三大支柱：指标 Metrics、日志 Logging、链路追踪 Tracing

• Metrics：数值指标，QPS、错误率、CPU、内存，Prometheus 采集。
• Logging：离散事件文本，异常报错、业务行为日志。
• Tracing：一次请求跨多个服务调用全流程，每个调用耗时、报错位置。
• SLI/SLO/SLA
  • SLI：服务指标（实际测量值，如接口成功率）
  • SLO：服务目标（我们承诺要达到的目标，如接口成功率 99.95%）
  • SLA：服务等级协议，对外合同，达不到要赔偿。
• OpenTelemetry：统一可观测采集标准，一套 SDK 同时输出指标、日志、链路。

1. 韧性原则（高可用、故障隔离） 云原生环境机器、网络随时可能故障，目标：局部故障不能演变为全局故障。 常用手段：熔断、限流、降级、重试、超时、故障转移、多副本。

• 熔断：调用下游持续失败，直接短路，不再调用下游，快速返回。
• 限流：限制请求量，保护系统不被打垮。
• 降级：非核心功能关闭，保障核心业务可用。

注意：韧性不是保证不故障，而是故障发生影响范围可控，具备自愈能力。

1. 所有过程自动化原则 消除人工操作，一切自动化。

• IaC 基础设施即代码：基础设施用代码 / YAML 描述，纳入版本管理，不手工点页面配置。
• CI/CD 流水线：代码提交自动构建、测试、发布。

反例：登录服务器手动改配置、手动部署程序。

1. 零信任原则 核心：永不信任，始终验证。不能内网就默认安全。

• 服务之间访问也要身份认证、加密；最小权限原则。
• mTLS 双向 TLS 加密，服务之间通信加密。

1. 架构持续演进原则 拒绝一次性大重构，架构是持续迭代优化，增量改造。

案例高频：传统系统迁移云原生，不能一刀切重写，逐步改造。

---

二、12‑Factor 十二要素应用

云原生应用开发最佳实践，很多坑考试爱考。

1. 基准代码：一套代码库，多份部署，不要多套代码分支对应不同环境。
2. 依赖声明：所有依赖显式声明，不依赖服务器预装软件。
3. 配置：配置和代码严格分离，通过环境变量传入，禁止硬编码配置。
4. 后端服务：数据库、消息队列等，当做外部附加资源，环境切换只改配置。
5. 构建‑发布‑运行严格分离 构建：代码→镜像；发布：镜像 + 配置；运行：启动实例。

不允许运行时修改程序代码。

1. 无状态进程：进程内部不能保存会话、业务状态；状态放到外部存储（redis、数据库）。

❌错误：把用户 session 保存在本地内存。

1. 端口绑定：应用监听端口对外提供服务，不依赖容器特殊环境。
2. 并发：通过水平多进程实例扩容，而不是单实例内部多线程。
3. 易处置：快速启动，优雅关闭，收到 SIGTERM 信号完成当前请求再退出。
4. 开发、测试、生产环境等价，减少 “本地能跑线上不行”。
5. 日志：日志输出标准输出 stdout，不要在容器本地写日志文件，由平台统一采集。
6. 管理进程：数据库迁移、批量任务，作为一次性进程运行，不常驻后台。

选择题高频错误选项记忆：本地保存会话、本地写日志文件、运行时修改代码。

---

三、K8s 核心资源对象

Pod

K8s最小调度单元，不是容器！一个 Pod 可以包含一个或多个紧密耦合容器。

• 同一个 Pod 内容器：共享网络命名空间、共享存储；本地localhost互相访问。
• 三大探针：

1. livenessProbe存活探针：判断容器是否活着；失败就重启 Pod。
2. readinessProbe就绪探针：判断容器是否准备好接收流量；失败把 Pod 从 Service 后端摘除，不重启 Pod。
3. startupProbe启动探针：针对启动慢的程序，给程序足够启动时间，启动成功后才执行存活探针。

工作负载，分清使用场景

1. Deployment：无状态应用（web 服务、微服务） 支持副本管理、滚动更新、版本回滚。底层通过 ReplicaSet 管理 Pod 副本。

无状态：实例之间没有区别，随便销毁重建。

1. StatefulSet：有状态应用（MySQL、Redis 集群） 特点：稳定网络标识、稳定持久存储；有序部署、有序扩缩容；Pod 有固定名字，不是随机名称。

有状态：每个实例数据不一样，不能随便乱销毁。

1. DaemonSet：集群每个节点运行一个 Pod。典型用途：日志采集代理、监控代理。

2. Job：一次性任务，执行完成就结束。

3. CronJob：定时执行 Job。

Service

一组 Pod 的稳定访问入口，Pod 会动态销毁重建 IP 经常变，Service 提供固定 IP。 四种访问类型：

1. ClusterIP：集群内部访问，默认。
2. NodePort：每个节点开放一个端口，外部通过节点 IP + 端口访问。
3. LoadBalancer：云厂商提供负载均衡，外部访问。
4. ExternalName：把服务映射外部域名。

Service 不直接转发 Pod，通过 kube‑proxy 实现网络规则。

Ingress

Service 是四层网络；Ingress 是七层 HTTP/HTTPS 路由，实现域名、路径转发。

配置管理

1. ConfigMap：普通配置，明文，非敏感信息。
2. Secret：密码、密钥等敏感数据，做简单 base64 编码，不是加密，不能存明文密码直接放 git。

PV / PVC / StorageClass

• PV：集群里的持久存储资源。
• PVC：Pod 申请存储的请求。
• StorageClass：存储动态供给，不需要预先创建 PV，Pod 申请 PVC 自动生成 PV。

K8s 集群组件

• apiserver：集群唯一入口，REST API，所有操作必经。
• etcd：保存集群全部元数据。
• controller‑manager：控制器，不断调谐，让实际状态等于期望状态。
• scheduler：调度器，把 Pod 选合适 Node 节点部署。
• kubelet：每个节点上，管理本机 Pod 生命周期。
• kube‑proxy：实现 Service 网络。

K8s 核心思想：声明式 API，写 YAML 声明想要什么状态，k8s 自动完成，不是告诉它一步步怎么做。

弹性伸缩

• HPA：水平 Pod 自动扩缩，增减 Pod 数量，支持 CPU 内存、自定义指标。
• VPA：垂直扩缩，修改 Pod CPU 内存资源。

Request / Limit

• Request：调度的时候需要的最小资源；调度器看这个选节点。
• Limit：Pod 最大可用资源，超过会被限制。

---

四、服务网格 Service Mesh (Istio)

两大平面

1. 数据平面 Data Plane：由大量 Sidecar（Envoy 代理）组成。

Sidecar 和业务容器部署在同一个 Pod，拦截业务服务全部进出流量；真正执行流量转发、熔断、限流、监控。业务代码零侵入。

1. 控制平面 Control Plane (Istiod)：不处理业务流量。下发配置、策略、证书给所有 Sidecar。

核心能力

1. 流量治理：灰度发布、金丝雀发布、A/B 测试、流量镜像、熔断、重试、超时。
2. 安全：mTLS 双向加密，服务之间通信加密，身份认证授权。
3. 可观测：自动采集指标、日志、调用链。

Sidecar 优缺点

✅优点：业务代码无侵入；微服务治理能力下沉基础设施；多语言服务统一治理。 ❌缺点：每个服务多一个代理，增加资源开销；架构复杂度上升；排障难度提升。

论文答题：传统微服务框架把治理逻辑写业务代码里，多语言支持差；服务网格将治理能力下沉到 Sidecar 代理，业务只关心业务逻辑。

---

五、十二要素延伸：不可变基础设施

虚拟机 / 容器实例一旦运行，绝不登录机器修改配置、修改程序。 所有变更：修改镜像或者配置，重新部署新实例，销毁旧实例。 禁止 ssh 进容器改代码改配置。 配合 IaC 基础设施即代码，资源全部代码管理，版本控制。

---

六、传统应用云原生改造

三阶段渐进改造，禁止一次性大重构。

1. 阶段一：容器化（重新打包，不改业务代码） 把原有单体应用打包 docker 镜像，部署 K8s。解决环境不一致问题。

优点：改动最小；缺点：没有发挥云原生能力，依然是单体。

1. 阶段二：云原生增强

• 配置从代码剥离，使用 ConfigMap/Secret；
• 改造为无状态，会话迁移外部存储；
• 接入监控、日志、链路追踪；
• 使用 HPA 实现弹性伸缩；

应用整体还是单体，充分利用平台能力。

1. 阶段三：微服务化拆分 基于 DDD 领域驱动，按业务域拆分成多个微服务；引入服务网格做流量治理；分布式事务处理。

案例答题模板：采用渐进式迁移策略，分容器化、云原生增强、微服务拆分三阶段，避免一次性大规模重构带来风险。

---

七、Serverless 无服务器

1. FaaS 函数即服务：只写业务函数，不用管理服务器；事件触发执行。
2. BaaS 后端即服务：直接使用云提供后端能力（对象存储、消息）。

✅优点：免运维；极致弹性；按实际使用计费。 ❌缺点：冷启动问题；执行时长限制；厂商绑定；不适合长连接、长时间运行任务。

适用场景：图片处理、定时任务、消息回调、API 短请求。 不适合：长连接、大计算长时间运行服务。

---

八、云原生数据库

核心特征：存算分离架构 计算层无状态，可以弹性扩缩；存储层共享存储，独立扩展。 优势：计算节点快速扩容；存储与计算独立伸缩；故障计算节点重建，数据不丢失。