华为云云原生新范式正式公布

宋奇

数字化转型升级的变革之下，我们迎来云原生时代。如今，Kubernetes（k8s）已成为云原生的标配，其对下封装基础设施的差异，对上支持各种应用的运维部署，如无状态应用、微服务，再如有状态、批处理、大数据、AI、区块链等新技术的应用，在k8s上都有办法部署。但是，k8s和云基础设施过于复杂的特性要求用户学习很多底层细节，由此带来了应用管理成本高、容易出错以及故障频频等一系列问题。那么，如何将k8s等先进技术、DevOps等先进的开发管理模型快捷高效带入千行百业的同时，又能高效解决这一系列问题，成为了先行者们纷纷开始思考的问题。

近日，华为云正式提出了包含“泛在、计算、调度、网络、万物互联、应用、数据、智能、安全、行业使能”十大方面的“云原生2.0”新范式，全方位总结了云原生技术在数字化转型落地过程中的最佳实践路径。

事实上，华为云早在2021年4月发布的《云原生2.0白皮书》中就提出了以应用为中心，建立安全与运营两大体系，从敏捷基础设施、微服务、Devops、数据、智能和安全六大方面着手，赋能企业的运维、安全、基础架构和数据中心四大核心部门数据和平台的融合，为应用提供敏捷、智能、安全的底层数据和基础架构的综合能力支持。

而十大新范式，则是对云原生2.0技术生态体系理论的进一步解读。与之前的体系相比，在新范式中，以开源软件为主的云原生基础设施扮演着重要的角色。一方面，通过泛在、计算、调度、网络和数据等新范式重构云的基础服务能力；另一方面，通过智能新范式、万物互联新范式等聚焦AI、IoT等前沿科技的应用，为技术应用的行业痛点提供行之有效的解决方案。

重构云的基础服务能力

十大新范式中，数据新范式、泛在新范式、计算新范式、调度新范式以及网络新范式等维度，更多是关注在云原生背景下，数字化转型需求之前，如何重构云的基础服务能力。

从数据维度看，在企业数字化转型过程中，数据是企业业务演进、价值挖掘的基石。但是传统烟囱式的本地化封闭独立部署方式无法充分发挥出数据价值。数据新范式的提出，即通过兼容多模引擎、存算分离架构、多元算力、海量扩展存储、Region级高可用、新型商业模式和开放互通生态七大特征，帮助企业安全防护数据资产，更高效的发挥数据价值。

有多核高性能、全链路安全性及智能运维等企业级特性的数据库管理系统openGauss是华为云深耕数据库领域的优秀成果。经过多年的打磨，openGauss已经具备数据新范式提出的云原生数据库能力标准，如今已向市场全面开源。

计算新范式提出通过聚焦业务逻辑、资源无感知、按需供给、按量计费以及无需关注区域的Regionless来提供计算服务；如此一来，企业将无需再面对繁重的资源管理难题，而是将应用在云上所依赖的所有云服务，以可调用的“接口”方式提供，实现将计算的中心真正从资源转向应用。

以近两年最为热门的边缘计算为例。未来，将有越来越多的公司使用边缘计算，K8s容器技术会统一纳管云边缘设备，从而实现统一计算调度。但是，由于边缘计算覆盖范围广、带宽成本高、受环境影响大等部署特点，边缘要求断网状态或者弱网状态下边缘业务仍可以持续運行，这就K8s系统的可用性提出了更高的要求。在这方面，华为云开源的KubeEdge项目就是把K8s应用到边缘计算的经典案例。

首先，KubeEdge对K8s模块化解耦、精简，使KubeEdge最低运行内存仅需70 M，并且实现了云边协同通信、边缘离线自治等功能，可将本机容器化应用编排和管理扩展到边缘端设备。它构建在K8s之上，为网络和应用程序提供核心基础架构支持，并在云端和边缘端部署应用，同步元数据。其次，KubeEdge能够100%兼容K8s原生API，可以使用原生K8s API管理边缘节点和设备。此外，KubeEdge支持MQTT协议，允许开发人员编写客户逻辑，并在边缘端启用设备通信的资源约束。

K8s容器技术的到来，给边缘计算提供了先进的运维思路。但单纯的原生K8s并不能满足边缘侧业务的所有需求。华为云将KubeEdge集成了K8s云原生管理能力，同时对边缘业务部署和管理提供全方位支持，因此被引入到平台中，进行边缘节点管理和应用程序部署，实现无需关注区域的Regionless计算服务。

从调度新范式维度上来看，华为云提出了“应用+资源”融合调度，以实现最佳算力匹配与最优资源利用。所谓“应用+资源”融合调度，即基于统一技术栈、跨集群共享、多元算力共池以及多云/跨域调度等方向融合调度，智能化地为云原生业务提供最佳SLA匹配算力，保障业务稳定性，同时提供最优能效。

在早期的云原生1.0系统中，通常采用以资源为中心的调度，由于多技术栈、割裂资源池、单DC架构等因素限制，资源利用率不到20%。为解决这一痛点，华为云于2019年开源了业界首个云原生容器批量计算项目Volcano。Volcano源自华为在AI、大数据以及HPC等高性能计算场景下多年技术积累，可以提供高性能作业调度引擎、广泛的异构设备管理完整的作业生命周期管理等通用计算能力，通过无缝对接AI、大数据、基因及渲染等诸多行业计算框架服务终端用户。目前，在支撑华为云一站式AI开发平台ModelArts、Servless容器服务CCI等稳定运行中，Volcano都发挥着重要作用。

华为云在2021年4月宣布开源多云容器编排项目Karmada（Kubernetes Armada）是一个Kubernetes管理系统，旨在为多云和混合云场景下的多集群应用程序管理提供turnkey自动化，关键功能包括集中式多云管理、高可用性、故障恢复和流量调度。Karmada可跨多个Kubernetes集群和云运行云原生应用程序，而无需对应用程序进行更改。通过直接使用Kubernetes原生API并提供高级调度功能，Karmada可以实现真正的开放式多云Kubernetes。

在数据、计算、调度等新范式的标准下，重构的云原生2.0基础服务能力将让云无处不在，助力企业实现高效转型打下坚实基础。

聚焦前沿技术落地

数字化转型变革已经进入白热化阶段，未来，先行者们将聚焦于日趋成熟的AI、IoT等前沿科技领域，真正将这些技术应用到千行百业的场景中，赋能企业云上生长。但这个过程也面临着诸多挑战，“云原生2.0”十大新范式针对这些领域发展的痛点提出了可行的解決方案。

在AI领域，智能新范式提出数据模型+机理模型高效智能化模式，通过预训练大模型+AutoML实现AI工业化生产；通过MLOps/DataOps/DevOps协同迭代，实现AI高效建模；通过知识计算等推动AI在行业的广泛落地。这解决了传统手工作坊式AI生产方式采用分段开发，数据模型无法满足快速增长的AI产业发展需求的痛点。

2020年3月，华为正式开源全场景AI计算框架Mind Spore。MindSpore原生适应云边端多场景，并在按需协同的基础上，通过实现AI算法，即代码，使开发生态变得更加友好，显著减少模型开发时间，降低模型开发门槛。

此外，物联网是企业数字化转型的另一关键领域，万物互联新范式提出了降低成本、提高覆盖率、统一标准化的三大行业目标。其做法是通过提供广泛协议、万物抽象建模、沟通协作的平台和标准支撑，将万物接入、数字孪生及智能协作等能力，整合成端到端、开箱即用的行业解决方案。从而解决了目前的物联网场景多局限于单一设备监控，设备、数据、应用强耦合，功能和应用更新迭代慢，批量复制困难，且数据不全，难加以利用的问题。

华为云已开源的物联网操作系统内核LiteOS是这一领域的重要代表，该系统内核提供端云协同能力，集成了LwM2M、CoAP、mbedtls、LwIP全套IoT互联协议栈，且在LwM2M的基础上，提供了AgentTiny模块，用户只需直接使用AgentTiny封装的接口，即可简单快速实现与云平台的高效连接。

产业数字化转型下，越来越多的技术架构向着云原生演进。随着软件复杂性、成本和风险的进一步上升，需要社会化的分工协作才能完成的时代已经到来，积极拥抱开源才是技术发展的最佳途径。华为云作为国际领先的云服务厂商，一直以来也致力于为云原生开源社区贡献项目与代码，为国内产业数字化转型构建开源、开放的协作平台。据OSCI统计的企业开源贡献数据显示，华为云成为首个进入全球开源贡献排行榜前十的中国企业。

未来，会有越来越多的中国企业以开放合作的形式加入“云原生2.0”的生态建设中，华为云也将助力千行百业实现数字化转型升级。