平台工程侧重于设计和构建自助服务工具和环境，以简化软件开发和部署。通过简化和隐藏底层系统的复杂性，我们可以将精力集中在提供有意义的价值上。
从传统的 IT 运营过渡到集成的 DevOps 基础设施实践优先考虑团队合作、简化的流程和持续交付，从而在开发和运营之间建立无缝连接。
作为开发人员，我们的任务是快速高效地交付高质量的软件，这需要一个强大、敏捷并无缝集成到我们的工作流程中的基础设施。本指南探讨了现代基础设施如何支持平台工程，使我们能够直面这些挑战。
在 Platform Engineering 中定义基础设施
基础设施是平台工程的支柱，提供快速、精确地构建、部署和监督软件应用程序所需的重要支持。它包含由物理硬件、虚拟化技术和云服务组成的动态生态系统，共同支持敏捷且可扩展的开发实践。
与传统 IT 设置相比，现代基础设施具有显著优势：
- 可编程基础设施： 利用基础设施即代码 （IaC），使用代码管理配置，从而实现自动化、版本控制和可重复性。这种方法可以减少错误并加快部署速度。
- 弹性和可扩展性： 根据需求，资源可以纵向扩展或缩减，从而保持最佳性能和成本效益，而无需人工干预。
- 分布式系统和微服务： 应用程序构建为松散耦合服务的集合，增强了可扩展性、弹性和可维护性。Istio 等服务网格可以有效地管理微服务之间的通信。
相比之下，传统的 IT 基础架构通常涉及手动配置、静态资源和孤立的操作，导致效率低下和创新速度慢。
基础设施在成功的平台工程中的重要性
基础设施是平台工程成功的基石，直接影响扩展和优化性能的能力。强大的基础设施使开发人员能够通过水平和垂直扩展来处理不断增加的工作负载，确保我们的应用程序即使在需求量大的情况下也能保持响应。通过利用 Auto Scaling 组和负载均衡器等技术，我们可以有效地分配流量并保持最佳性能水平，这对于提供无缝的用户体验至关重要。
此外，精心设计的基础设施增强了开发工作流程的敏捷性。快速配置可实现快速资源部署，从而加快开发和部署时间。这种敏捷性支持 A/B 测试和功能标记等做法，使开发人员能够在不影响整个系统的情况下试验新功能。由集成的监控和分析工具实现的持续反馈循环为我们提供了推动迭代改进并加快上市时间的见解。
最后，基础设施支持现代开发实践，例如 DevOps 和微服务架构。通过与 CI/CD 基础设施无缝集成，我们可以提高效率并减少错误，这要归功于自动化构建、测试和生产的整个过程。
在支持微服务时，基础设施必须管理高服务间通信，并允许独立扩展服务。此功能不仅提高了系统弹性和可扩展性，还使我们能够快速适应不断变化的业务需求。
平台工程中基础设施的关键组件
了解基础设施的关键组件对于有效的平台工程至关重要。计算能力、存储选项和网络等关键组件在创建弹性和可扩展的系统方面发挥着至关重要的作用。
计算资源
计算资源提供运行应用程序和服务所需的处理能力。
虚拟机 （VM）
VM 使多个操作系统能够在单个物理服务器上运行，从而为各种应用程序提供单独的环境。
- 虚拟机管理程序（如 VMware ESXi 和 Hyper-V）通过高效分配硬件资源来管理 VM。
- Vagrant 等 VM 管理工具可自动创建和配置 VM，从而简化开发工作流程。
容器
容器将应用程序与所有必要的依赖项捆绑在一起，确保不同环境中的性能一致并简化部署流程。
- Docker 等容器引擎支持容器创建和管理，从而提高了可移植性和可扩展性。
- Kubernetes 等容器编排平台管理容器化应用程序的部署、扩展和联网，增强了我们处理复杂分布式系统的能力。
存储解决方案
选择合适的存储解决方案对于确保最佳性能、可扩展性和数据可靠性至关重要。
- 数据块存储非常适合需要低延迟访问 （AWS EBS） 的数据库和事务系统。
- 文件存储适用于共享文件系统和需要文件级访问（NFS、AWS EFS）的应用程序。
- 对象存储非常适合处理非结构化数据，例如图像和备份，非常适合可扩展的存储需求（AWS S3、Azure Blob 存储）。
联网
联网连接所有基础设施组件，实现对应用程序功能至关重要的通信和数据传输。
- 软件定义网络 （SDN） 集中控制网络，提高灵活性，支持可编程配置并简化管理。OpenFlow 协议和思科 ACI 等平台促进了 SDN 的实施。
- 内容交付网络 （CDN） 通过将内容缓存在更靠近用户的位置来提高基于 Web 的应用程序的性能，从而有效减少延迟。Cloudflare 和 Akamai 提供在全球范围内分发内容的服务
- DNS 管理将域名转换为 IP 地址，将流量准确地路由到预期的目的地。
- 动态 DNS 会自动更新 DNS 记录以响应 IP 地址更改。
- DNS 负载均衡服务（如 AWS Route53）根据策略有效地分配传入流量。
网络安全
为了保护数据，安全的网络是必须的。您组织内的用户和利益相关者都依赖于它。
- 防火墙充当网络流量的保护盾，制定安全规则并防止未经授权的用户访问系统。
- SSL/TLS 等加密协议对传输中的数据进行加密，从而保护客户端和服务器之间的通信。
- 入侵检测/防御系统 （IDS/IPS） 密切关注网络流量中是否存在任何可疑活动，发出警报并自动响应潜在威胁。
通过了解并有效管理这些关键组件，我们可以为我们的平台工程基础设施奠定坚实的基础，确保我们的系统稳健、可扩展且安全。
基础设施管理中的挑战和解决方案
管理基础设施会带来一些挑战，需要战略解决方案。
挑战 1：管理复杂性
随着系统的增长，它们会变得更加复杂。采用模块化设计原则和微服务方法，将系统划分为易于管理的组件。利用 Kubernetes 等编排工具来处理部署复杂性。
挑战 2：确保可靠性和正常运行时间
停机会导致重大损失。使用集群和故障转移策略构建冗余，并利用负载均衡器均匀分配流量，从而最大限度地减少单点故障。定期执行灾难恢复演练。
挑战 3：平衡性能和成本
优化性能通常会增加成本。使用基础设施优化技术，例如自动扩展，以便资源能够响应需求。监控资源利用率并相应地调整分配。
挑战 4：安全威胁和合规性
安全漏洞可能会损害声誉并导致代价高昂的处罚。采用具有多重防御措施的分层安全方法，并通过强大的数据处理和隐私实践跟踪对 GDPR 和 HIPAA 等标准的遵守情况。
挑战 5：与快节奏的技术进步保持一致
随着技术的快速发展，保持最新状态可能具有挑战性。通过支持团队参与研讨会、网络研讨会和会议，优先考虑持续学习和专业成长。通过论坛和开源计划积极参与技术社区。
设计和管理基础设施的最佳实践
有效地设计和管理基础设施对于交付您可以依赖的可扩展应用程序至关重要。通过遵循最佳实践，开发人员可以增强我们的平台工程基础设施、简化运营并促进创新。以下是提升基础设施管理的关键策略。
#1 – 采用基础设施即代码 （IaC） 实践
采用基础设施即代码使我们能够使用代码定义和管理基础设施，从而为我们的运营带来一致性、可重复性和可扩展性。这种方法通过版本控制最大限度地减少错误并促进协作。
可操作项
- 选择正确的工具：选择 Terraform、Ansible 或 CloudFormation 等 IaC 工具以与您的环境保持一致。
- 实施版本控制： 将基础设施代码保存在 GitHub 或 GitLab 等存储库中，以实现版本跟踪和团队协作。
- 利用代码审查和测试：对基础设施脚本执行例行代码审查和测试，以保持高标准的质量和合规性。
#2 – 自动化部署和编排
自动化通过简化部署和编排流程来提高效率并减少人工错误。通过自动执行这些任务，我们可以加快交付速度并保持跨环境的一致性，从而促进基础设施自动化工作。
可操作项
- 建立 CI/CD 管道： 使用 Jenkins 或 GitLab、CI/CD 等工具实现持续集成和部署。
- 利用编排平台： Kubernetes 或 Docker Swarm 可以帮助有效地管理和扩展容器化应用程序。
- 自动化配置管理： Chef、Puppet 或 SaltStack 等工具提供一致的服务器配置。
#3 – 建立强大的监控和可观察性
有效的监控和可观测性可维持系统运行状况和性能。它们支持主动检测问题，确保我们的 DevOps 基础设施保持可靠和高效。
可操作项
- 部署监控工具： 集成 Prometheus 和 Grafana 以监控系统性能和资源利用率。
- 建立警报系统： 使用 PagerDuty 等服务配置警报，以及时通知团队重大事件。
- 添加分布式跟踪：Jaeger 或 Zipkin 等工具可以跨微服务跟踪请求并查明性能瓶颈。
#4 – 可扩展性和弹性设计
设计具有可扩展性和弹性的基础设施可确保系统能够应对增长并从故障中恢复。专注于可扩展的基础设施可以增强用户体验，并保持我们云基础设施中的服务可用性。
可操作项
- 实现自动扩展：使用 AWS Auto Scaling 或 Kubernetes Autoscaler 根据需求调整资源。
- 实施负载均衡器： 利用 NGINX 或 HAProxy 等工具以均匀的方式在资源之间分配流量。
- 失败计划：设计具有冗余的系统并定期进行灾难恢复演练。
#5 – 优化成本效率
成本优化对于可持续运营至关重要，尤其是在费用与资源消耗一致的云环境中。实施基础设施优化有助于在不影响性能的情况下减少开支。
可操作项
- 监控资源使用情况和成本： 利用 AWS Cost Explorer 等工具监控费用并发现节省成本的机会。
- 合理调整资源大小： 根据工作负载分析调整资源分配，以避免过度预置或预置不足。
- 利用节省成本的定价模型：利用云供应商提供的预留实例或 Spot 实例。
#6 – 培养 DevOps 文化和协作
培养 DevOps 文化可以增强协作，从而实现更高效的流程和更好的结果。培养这种文化可以改善沟通，减少孤岛，并推动持续改进。
可操作项
- 鼓励跨职能协作： 促进所有相关不同团队之间的团队合作。
- 透明地共享指标和 KPI：让所有团队成员都可以访问绩效指标。
- 投资于团队培训：提供学习机会，使整个组织的技能保持敏锐和最新
#7 – 确保合规性和治理
保持对法规和治理策略的合规性对于降低风险和建立信任至关重要。将合规性整合到我们的流程中可确保运营符合法律和道德标准。
可操作项
- 及时了解法规： 定期更新适用法律和行业标准的知识。
- 实现合规性即代码：使用 Open Policy Agent （OPA） 等工具自动执行合规性检查。
- 维护全面的文档：彻底记录配置和过程以提高透明度。
实施这些最佳实践可以加强平台工程基础设施，并定位以满足现代软件开发的需求。拥抱自动化、促进协作以及优先考虑可扩展性和合规性是推动业务成功的战略举措。
平台工程基础设施的未来趋势
几个新兴趋势有望显著重塑平台工程领域的基础设施格局：
- 无服务器计算为开发人员提供了一种无需服务器管理即可创建和生产应用程序的方法，从而提高敏捷性并最大限度地减少运营开销。
- 边缘计算使处理和存储更靠近数据源，从而减少延迟和带宽需求，这对于实时分析和 IoT 至关重要。
- AI 和机器学习集成通过预测分析和自动化增强了基础设施管理，从而提高了效率、可扩展性和弹性。
- 随着组织努力减少对环境的影响，专注于能源效率、碳中和以及在数据中心使用可再生资源，可持续基础设施实践正成为优先事项。
结论
基础设施是平台工程基础设施的基石，使我们能够构建可扩展、可靠且高效的应用程序。通过采用基础设施即代码、自动化和持续监控等现代实践，我们可以使我们的组织能够满足当前需求并适应未来的挑战。
拥抱无服务器和边缘计算等未来趋势将进一步增强我们的能力。随时了解和活跃地了解基础设施管理，并将其视为一个持续学习的过程。培养 DevOps 文化和优先考虑协作对于成功至关重要。让我们致力于建设基础设施，不仅满足我们今天的需求，而且能够应对未来的挑战。
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