工研院資通所 楊玉奇、蔣是文、鄧鴻毅
自Cloud Native概念提出後，企業也隨之展開新一代雲端應用服務架構的探索，DevOps、微服務與容器協作技術成為不可或缺的重要角色。歷經數年推動，針對缺點不斷改善，這些新觀念與技術已為更多企業所採用與熟悉，為落實持續交付奠定良好基礎。
雲端服務轉型問題浮現
隨著雲端運算概念普及，許多企業相繼投入搭建雲端平台，開始從雲端化的角度思考服務部署的策略，並且展開將傳統應用搬移到雲端的規劃與執行。或許企業開始受到雲端化吸引的主要因素是成本的降低，但始料未及的卻是雲端化過程中，遭遇到搬移到雲端上的服務，不但運作效率變得遲緩，而且功能故障時，要花上比以往多數倍以上的時間，才能找到問題所在。前述的種種狀況，突顯出服務雲端化成敗的關鍵，就是應用程式與服務是否遵循雲端環境條件設計與開發。
另一方面，服務提供者為了滿足使用者或者用戶多變的需求，必須快速回應並調整修改，而且可能必須在不中斷營運的情況下修改。傳統的雲端應用仍然有缺乏彈性、升級緩慢、架構龐雜的缺點，而且通常必須僵固的按照開發流程進行設計，無論是效率或成本都無法配合快速部署和發布的要求。
隨著客戶因應市場變革速度加快，需要更複雜且更龐大的應用。在敏捷開發管理下，開發人員得以快速發布服務，但卻常出現問題，維運人員必須不定時的救火。這種情況下，開發人員常指責維運人員未備妥IT基礎設施，導致新程式運作失敗；維運人員則認為開發人員只知貪快發布服務，但程式品質漏洞百出。開發與維運部門之間的隔閡極深，而且運作過程中常有衝突。
為了實現雲端應用服務運行時應有的敏捷性、彈性與復原性，可貫穿軟體開發生命週期的Cloud Native概念，指出必須將應用程式發展與運作的各環節自動化，方能有效的持續發布。DevOps、微服務（Micro Services）與容器技術即是實現Cloud Native的文化、架構與工具。
導入DevOps重塑開發文化
DevOps最主要的目標就是加快上線速度但也兼顧品質，從其字面意義Development + Operations，即可約略感覺到此概念有促進開發與維運人員整合的意味。DevOps目前仍未有標準定義，最常見的說法為「軟體開發人員（Dev）」和「IT運維技術人員（Ops）」之間溝通合作的文化、運動或慣例，提供支援ALM（Application Lifecycle Management）全流程的管理工具。
零散的程式開發工作不斷複雜化，成為專案或進而成為產品或形成服務時，開發團隊也必須陸續加入品質確保、版本交付和維運的流程。隨著程式代碼從敏捷開發到持續整合、持續交付進而成為雲端化服務的同時，DevOps也重整了企業以往的破碎流程與工具集。一旦Dev與Ops完美整合貫穿ALM全流程時，應用服務的發布週期不但大幅縮短，也將應用生命週期推升到最高價值的階段，如下圖所示。
圖 1 應用服務開發生命週期價值活動容器化微服務提升開發效率
掌握了DevOps概念對於落實Cloud Native的策略性地位後，另一個值得探討的議題，即是微服務架構對雲端應用服務開發實務面的戰術性影響。傳統應用系統架構中，每部署一套實體主機的應用系統即需要一套對應的作業系統，繼虛擬化技術出現後可在一台實體主機中安裝多台虛擬機器，而且執行不同的應用，實現了一對多的架構，使資源利用率提高並且使應用服務的擴充彈性加大。然而，因應輕量級容器技術如Docker的普及，許多現代化的雲端應用服務開發者，都採用微服務架構進行開發，使得已習慣於以虛擬化整併工作量的多數企業，面臨新型態架構模式部署帶來的改變與挑戰。
微服務架構與DevOps一樣，目前還沒有標準或完整的定義，但顧名思義應是一種分散式的應用架構，而且是由多個小型的服務組成一完整應用系統的概念。如何將一個整體應用切分為多個可獨立部署的服務流程，還要能透過開放程式語言和資料持久化等措施，達到交付速度最大化，是微服務架構規劃時的最大挑戰。許多人質疑微服務是否只是服務導向架構（SOA）雲端化後的名詞，但從其強調智慧端點與管道扁平化的精簡特性，就與SOA架構較複雜的主要技術如Web Service、BPM（Business Process Management System）或ESB（Enterprise Service Bus）明顯不同。
工具市場蓬勃發展
DevOps工具是落實概念不可或缺的關鍵要素，而近年來相關系統工具廠商遍地開花，短時間內應用服務開發流程所需工具產品即相當齊備。初期通常將DevOps工具依開發流程階段概分為建構、部署、維運等三類，隨著對DevOps概念瞭解日深，進而出現了包括建構、持續整合、配置管理、日誌紀錄、監控等更細部的次分類，以及適用於開發與維運部門間協同運作（Collaborate）和測試環節的工具族群。然而，工具雖多，如何選擇與搭配使自動化程序無縫銜接且完整配套的最適解決方案，才是自動化的關鍵成功因素。
另一方面，容器技術的普及快速也不容輕忽，根據Docker的CEO即Ben Golub指出，目前全球採用容器技術的企業已超過70%。自動化資料處理大廠ADP與科技大廠GE相繼部署Docker的消息發布後，更大力的推動了輕量型容器工具普及的趨勢。根據VMfive的調查結果亦可顯示，2017年Docker的使用率已超過Chef與Puppet，後二者皆是2013年即開始流行的容器技術，但過於笨重、導入不易且使用困難的問題也常為人詬病。因此，過去一年間，Docker、Kubernetes和Amazon推出了可託管Amazon EC2實例的Docker高性能容器管理服務，則一舉改善了Puppet和Chef的缺點，企業使用率因而大幅提升。
市場需求快速浮現
DevOps概念提出時間不到10年，但技術層面已針對缺點不斷改善，企業因為已為虛擬化進行了多年的優化，經驗可延伸至容器技術，導入與採用自動化工具的意願也持續提高。初期的DevOps工具如SALTSTACK，雖然已將部份DevOps概念具象化為功能與介面，但運作過程消耗大量資源且需要撰寫程式才能達到自動化功能，而且需要安裝在客戶端，增加了部署的困難。繼Docker推出後，高度的可用性與易用性吸引了大量開發者的支持，輕量化的優勢充份發揮在部署與資源利用的效率提升上，但還無法作到跨機器容器的溝通與管理，而這項需求對於在PaaS（Platform as a Service）環境下自行建置與維護私有雲的企業而言相對迫切。因此，可整合Docker格式與容器資源調度服務將會是下一代自動化工具技術的發展方向，除了跨平台管理的效益外，也可加強與持續整合和自動部署功能之間的連結。
隨著Cloud Native概念的迅速擴散，企業認同其訴求的價值進而紛紛嘗試導入，以回應客戶快速的變化。根據國際調研機構發布研究結果指出，目前約80%企業的應用軟體開發工作已導入DevOps，其中31%用於事業群層級，29%應用於小組專案層級，21%應用於企業整體範圍內。引發企業對導入DevOps感到高度興趣的主要動機有三，分別為速度、價值與成本。近9成企業表示必須加快跟上客戶的布局，可主動提供應產品或服務的價值貢獻，以及可大幅提高效率與降低成本。
圖2 企業採用DevOps現況與考量因素Kubernetes容器協作領航潮流
乘著容器技術快速發展的風潮，容器協作平台Kubernetes自從Google將其開源後，一直受到社群關注，也紛紛吸引許多大廠如VMWare、Microsoft、Amazon等投入由Google主導的CNCF （Cloud Native Computing Foundation）組織。Kubernetes的出現大大強化容器應用程式的管理，縮短並簡化開發與維運的工作時程，加上極佳的效能表現，非常適合應用在微服務架構中。Kubernetes所提供的服務發現（Service Discovery）與負載平衡、服務監控、滾動升級（Rolling upgrade）與降級、自我修復（Self-healing）、自動水平擴展（Horizontal scaling）等功能，讓開發人員有更多時間可以專注在應用服務的開發，不用再煩惱這些功能如何實現，同時也滿足日常維運之所需。除此之外，Kubernetes亦可連結開發測試與維運的平台，無需任何修改，就可由開發測試平台無縫地轉移至維運平台，且可橫跨不同的雲端供應商（GCP、AWS、Azure），達到持續交付（Continuous Delivery）的目的 [1]。
圖3 DevOps技術發展方向台灣軟體產業可分為資訊服務與軟體兩大類，資訊服務為提供基礎架構、開發佈署、商業流程、顧問諮詢、軟體支援與硬體維運等服務，而軟體則是提供企業解決方案（如：應用軟體、資料庫、開發工具、資訊安全等）、大眾套裝軟體（如：生產力軟體、遊戲與影音軟體等）、嵌入式系統等產品。綜觀台灣整體軟體產業現況，台灣本土業者雖比不上外商強勢，但因具有通路優勢，主要有兩種經營型態：（１）以代理國產或外商之資訊服務與軟體產品來營利；（２）依用戶各自的需求提供軟硬體之整合解決方案與後續維運服務，以達到效能最佳化、功能客製化之附加價值。以第二種型態來說，DevOps的發展將有助於提升軟體廠商的開發效率與品質，更快解決客戶的痛點，進而強化市場競爭力。為了推動台灣軟體產業轉型升級，工研院資通所在執行法人科專時，一改過去傳統的瀑布式開發法，採用敏捷開發（Scrum）與DevOps，使軟體研發專案能如期如質的達到專案目標，並持續將DevOps技術能量擴散至產業界。針對軟體測試部分，工研院資通所也研發出了一套測試即服務（Test as a Service；TaaS）的雲端服務，讓為數眾多的中小型軟體專案無需逐一建置專屬的測試流程與環境，只需將測試程式上傳至雲端後，以網頁介面設定好測試腳本與測試環境，即可自動化產生測試報告。除此之外，「參與開源社群，運用開源資源」是近年來全球軟體發展之重要趨勢，投入開源軟體專案已成為全球軟體大廠（如：Google、Facebook、Microsoft、Red Hat）的主要商業策略之一。藉由參與開源軟體專案，軟體公司可以更有效地取得開發人員的支援，以更快速的方式獲得測試客戶，並在開源軟體社群所建立的聲譽/權威也能轉變為實際的商業利益。因此，工研院資通所也積極投入Kubernetes Taiwan User Group社群，於106.4.13與106.9.21舉辦了2場開源社群研討會「虛擬化2.0 “Kubernetes”容器Container再進化」、「Kubernetes 開源容器 技術論壇」，擴展國內Kubernetes使用者社群（User Group），參與技術人員超過550位，以持續提升國內軟體生態之技術水平。
Cloud Native概念指出必須將應用程式發展與運作的各環節自動化，方能有效的持續發布。DevOps、微服務與容器技術即是實現Cloud Native持續整合與持續交付目標的關鍵因素。經過數年發展，目前DevOps各流程階段，已有許多自動化工具支持。截至目前已有80%企業導入DevOps，微服務架構也正逐漸成為雲端應用開發的新主流架構，容器技術也持續針對缺點改善朝向輕量化發展。將機器學習應用於DevOps實務運作，進而降低人力耗損，以及將DevOps概念應用於資安漏洞補強，是DevOps後續發展的可能機會。此外，隨著Kubernetes平台的成熟，降低了DevOps與微服務實現的門檻，正是開始轉型的好時機，加上人工智慧的發展，相信未來必然會產生新的產業潮流。
參考文獻
[1] T. C. Chen, "Adopting containers and kubernetes in production," 2017. [Online]. Available: https://www.slideshare.net/TaChingChen/adopting-containers-and-kubernetes-in-production.
