摘要：随着信息技术的飞速发展,云原生技术成为推动数字化转型的重要力量。云原生技术在高校中的应用既能够提高教学、科研及管理的效率,又能优化资源配置,提升创新能力。本文深入探讨了云原生技术在高校中的应用,通过深入研究云原生技术核心概念,结合高校实际需求,阐述了云原生技术在高校应用中的技术优势,并尝试提出了云原生技术在高校中的应用技术框架与技术路径,助力高校随需而变、敏捷迭代,为师生提供更加稳定、高效的信息服务。

　　关键词：云原生技术；高校；应用架构；技术路径

　　0引言

　　云原生技术是一种针对云计算环境的应用架构与开发方式,它的起源与发展离不开云计算的普及。云计算时代之前,应用程序大多是靠单一的、庞大的“单体应用”构建并部署的。这些应用传统架构的程序存在扩展性不强、维护复杂、灾难恢复困难等问题。云原生技术能够解决很多传统应用架构的痛点,优化资源配置,减少建设和运维成本,提升教学与科研效率。

　　1云原生技术概述

　　1.1云原生技术定义

　　云原生技术是一种以云计算环境为基础的设计与开发方法论,其关键是运用容器化、微服务架构和自动化部署等技术,提供较为灵活、高效、可扩展且高可用的应用运行环境,构建并运行应用程序,推动开发、运维和管理流程的自动化与协同工作[1]。

　　1.2云原生技术的核心概念

　　1.2.1容器化

　　容器化是云原生技术的根基,它把应用、代码、库、配置文件等依赖项封装进一个独立的容器里,在开发环境、本地设备、测试和生产环境里无缝迁移,实现资源隔离,资源使用更高效。常见的容器技术有Docker、Podman等。

　　1.2.2微服务架构

　　微服务架构就是把应用拆成若干个小且独立的服务,每个服务一般都负责一个特定的功能模块,通过API通信[2]。微服务能够独立地进行部署、更新与扩展。在云原生环境里,微服务架构能更好地与自动化管理、弹性扩展等技术相结合,提高应用的可维护性与可扩展性。

　　1.2.3 Kubernetes与容器编排

　　Kubernetes最初由Google推出,它能帮助开发者和运维人员管理大量容器,自动化管理容器的部署、扩展和运行,保证在云环境里高可用、负载均衡、自动修复等功能。

　　1.2.4持续集成与持续交付（CI/CD）

　　持续集成（CI）和持续交付（CD）通过自动化构建、测试、部署和发布流程,缩短了开发周期,提高了代码的质量,并确保应用能够在生产环境中快速、安全地发布。

　　1.2.5 DevOps与自动化运维

　　DevOps是一系列流程、方法论以及系统的总称。DevOps倡导开发和运维协同开展。借助自动化工具形成持续集成、持续交付、监控以及反馈机制,缩短开发周期,提升产品质量。云原生部署模式高度自动化,支持跨团队合作,以快速适应变化,让系统更稳定、更可维护。

　　1.2.6云原生存储

　　云原生存储是与云原生应用一起使用的分布式存储技术。它支持对象、块、文件等多种存储形式,与Kubernetes等平台深度集成,提供动态、灵活的存储资源,支持容器化应用的快速部署与数据管理[3]。

　　2云原生技术在高校应用中的技术优势

　　2.1弹性扩展与优化资源

　　高校资源需求在不同时间和阶段会出现波动。在常规教学中,师生使用系统的需求会增多,寒暑假或者课外活动的时候,使用系统的需求就会减少。云原生技术凭借容器化与微服务架构,自动对计算、存储等资源进行调整,实现资源的动态管理与弹性扩展。

　　2.2提升高可用性与容错能力

　　云原生技术借助微服务架构,通过容器化和自动化管理,保证应用开发、测试等不同环境中的一致性,能够分布式部署、跨平台运行,满足高校对信创、异构算力的兼容需求,增强系统高可用性和容错能力。教学、学工等关键应用能够避免单点故障,在系统发生故障时,可自动重启容器或重新调度服务。

　　2.3实现敏捷开发与快速迭代应用

　　应用开发团队采用云原生架构,通过微服务、容器化与CI/CD流程提供定制化服务,快速迭代小版本,提升软件的开发效率,缩短系统开发周期,敏捷应对教育需求和技术的变化。

　　2.4降低建设与运维成本

　　云原生技术可有效削减高校IT基础设施的建设与运维成本。高校借助云部署方式,灵活调配IT资源,防止进行大规模硬件投资。采用按需付费模式,可削减前期投资。凭借容器与云平台运维工具,自动化地对应用的部署、扩展以及负载均衡等功能进行管理,能极大减轻IT运维人员的负担,节省投入。

　　2.5提高数据安全与隐私保护

　　云原生技术能借助容器实现细粒度权限控制与隔离,保障应用数据安全。云平台还提供自动备份与灾备服务,在数据丢失或者系统出故障时,能快速恢复,防止影响高校正常秩序,更有效地保障系统的安全与稳定。

　　3云原生技术在高校中的应用架构

　　根据云原生技术特点及高校实际情况,高校云原生技术的应用架构设计为分层结构,具体层级依次为基础设施层、系统层、业务层以及应用层,如图1所示。

　　基础设施层主要提供底层计算与存储资源,采用一云多芯的云部署方式,使用虚拟化和容器化技术,保障资源弹性扩展,实现高可用性。系统层主要包含Kubernetes、容器镜像仓库等工具,自动化部署、管理以及扩展容器,构建稳定、可靠的运行环境。业务层按照高校的具体业务需求,把应用拆分成多个微服务,每个微服务独立开发、部署和扩展,借助API网关或者服务注册与发现机制来通信,可运用Spring Cloud[4]等微服务框架,再结合CI/CD流程,让应用快速迭代,持续交付。应用层是面向师生的最终服务界面,包含各类应用,以统一的门户或平台来提供服务,借助API调用或者消息队列等方法,达成数据的交互以及业务的协同。安全体系形成了“纵深防御+零信任[5]+安全左移/下移”架构,借助强制签名、漏洞基线、pod安全标准等安全策略,保证云原生应用安全可靠[6]。

　　4云原生技术在高校中的应用技术路径

　　4.1需求分析与架构设计

　　首先,对现有的IT基础设施进行需求分析,了解现有系统的架构、服务负载、性能瓶颈以及扩展需求,从而确定哪些应用适合云原生架构迁移。其次,按照不同部门的需求,明确云原生技术的具体应用场景。最后,以微服务架构、容器化以及Kubernetes等技术设计系统架构,针对多样化的应用场景,选取恰当的架构方案。应用需求分析表如表1所示。

　　4.2平台与工具选择

　　高校可采用公有云、私有云或者混合云部署方式,确保平台具有较好的可扩展性、安全性与合规性。确保云平台兼容Kubernetes,实现现有IT系统无缝集成,提供API接口以方便集成第三方工具。

　　4.3微服务化与容器化

　　通过微服务化设计,将高校传统应用系统拆成小的、独立的服务模块,确保各模块能够解耦并灵活运用。运用容器化技术,把每个微服务以及它们的依赖都打包成容器镜像,保证服务在不同环境里的一致性。

　　4.4 CI/CD流程构建

　　使用GitLab CI、Jenkins等自动化工具构建高校的CI/CD流程,实现代码提交、自动测试、自动部署等功能。在云环境里配置自动化应用部署流程,再结合Kubernetes等编排平台加以监控与管理,以确保应用不断交付、快速迭代。

　　4.5数据存储与管理

　　依据应用需求,再结合PostgreSQL、MongoDB等的特点,选择合适的数据库。云原生技术支持数据库自动扩展。配置自动化数据备份与灾难恢复策略,以保障数据安全,避免数据丢失和服务中断。

　　4.6服务网格与安全管理

　　部署服务网格,让微服务间能实现安全通信、流量管理、负载均衡等功能,有效控制服务通信,提升服务可靠性、可维护性和安全性。强化身份验证与访问控制,保证只有被授权的用户与服务才能访问敏感数据和资源。

　　4.7自动化运维与监控

　　部署Prometheus、Grafana等监控和日志管理工具,对系统性能、健康状态和服务质量进行实时监控及评估,优化性能,控制成本支出,保证系统的高可用性。配置自动故障检测与恢复策略,借助平台自愈功能,服务出现故障时,自动重启或者替换失败的容器。

　　云原生技术在高校中的应用能优化资源配置,提升系统稳定性和可用性,还能推动敏捷开发与快速迭代,支持个性化服务,减少建设与运维成本,推动教育与信息技术深度融合。云原生技术将在高校中发挥越来越重要的作用,促使高校从“资源上云”迈向“教育即云”,构建“绿色、智能、可信、共享”的校园数字新基建,成为教育数字化转型重要引擎,提升高校核心竞争力。

　参考文献

　　[1]云晴.云原生发展趋势浅谈[J].通信世界,2020(33):39-40.

　　[2]张悦.基于云原生的微服务开发运维一体化平台设计与实现[D].济南:山东大学,2021.

　　[3]刘福鑫,李劲巍,王熠弘,等.基于Kubernetes的云原生海量数据存储系统设计与实现[J].计算机应用,2020,40(2):547-552.

　　[4]杨思誉,刘海霞,童基均,等.Spring Cloud云原生应用开发与实现[J].软件导刊,2021,20(6):183-187.

　　[5]宋胜攀,刘振慧,庄东燃.零信任在云原生安全中的应用研究[J].保密科学技术,2021(8):17-23.

　　[6]邓萍萍.云原生技术的安全应对策略[J].通信与信息技术,2021(2):96-98+23.