【云駐共創】元宇宙漫游指南-冰山下的云原生開發基礎設施

一 前言

隨著元宇宙概念的火熱，讓我們今天一文探索在支撐元宇宙之下的云原生基礎設施。按照實時性和協同計算的要求，未來整個算力一定是個分布式的網絡，是一個覆蓋到中心、邊緣，甚至端側協同的一個分布式的算力網絡，整個基礎設施是基于云原生的理念來構建的，因為只有基于云原生理念我們才可能做到性能、成本足夠的優化，能夠滿足未來整個元宇宙發展的底層的設施的要求。

二 元宇宙的源起

元宇宙（Metaverse）：出自于1992年出版的科幻小說作家尼爾·斯蒂芬森（Neal Stephenson）的第三部著作《雪崩》（Snow Crash）；

故事背景發生在21世紀初期的美國的洛杉磯，在這個未來中美國聯邦政府將大部分權力給予了私人企業家和組織，國家安全交付給了雇傭軍隊，公路公司之間也相互競爭來吸引司機來上他們的路，政府剩余的權利只是做一些繁瑣的工作而已，社會的繁榮安定與他們無關。政府的大部分的土地被各個大的私人瓜分，并建立了個人領地。在嚴重的惡性通貨膨脹下，美元急劇貶值，一兆美元也是一個會被忽略的數字，而人們交易中通常則使用的是其他的貨幣；

斯蒂芬森創造了一個并非以往想象中的互聯網，而是和社會緊密聯系的三維數字空間——虛擬實境（Metaverse），與現實世界平行，在現實世界中地理位置彼此隔絕的人們可以通過各自的“化身”進行交流娛樂；

在小說中，主角Hiro Protagonist的工作是為已經控制了美國領土的黑手黨送披薩。在不工作的時候，Hiro Protagonist會進入到元宇宙：一個網絡化的虛擬現實。在這個虛擬現實中，人們表現為自己設計的“化身”，從事世俗的（談話、調情）和非凡的（斗劍、雇傭軍間諜活動）活動。像互聯網一樣，元宇宙是一種集體的、互動的努力，總是在進行，并且不受任何一個人的控制。就像在游戲中一樣，人們居住并控制著在空間中移動的角色

三 互聯網發展的終極形態

3.1 互聯網

1969年，克蘭羅克教授實現兩臺電腦連接，阿帕網由此誕生阿帕網加州大學洛杉磯分校第- -節

點跟斯坦福研究院第二節點的連通，實現了分組交換網絡的遠程通訊，標志這互聯網正式誕生

3.2 PC互聯網

1982年TCP/IP協議及1983年全球首臺圉形用戶界面電腦Apple Lisa從PC單機時代到PC局域網時代，再到PC互聯網時代，新型硬件設備訪問/傳輸協議讓各種應用蓬勃發展。

3.3 移動互聯網

2007年蘋果發布iPhone 在3G/4G通信技術基礎上，ARM/高通芯片，蘋果iOS谷歌Andriod操作系統相繼涌現多模態信息綜合體，將人們帶入移動互聯網時代。

3.4 Metaverse

大眾化VR/AR/MR硬件設備5G及一系列音視頻基礎技術已準備好，算力足夠豐富，多界面、

全感官人機自然交互方式即將到來。

? VR：“立體電影”

? AR：“家里放立體電影”

? NFT：“親子鑒定”，唯一性

? 去中心化：“沒有銀行”

? 區塊鏈：“防偽技術”

四 元宇宙的特征

Meta在計算機領域稱之為元，如Metadata元數據，verse是宇宙universe的縮寫，意為探討在現實世界外重建虛擬世界。Metaverse一詞用于形容由共享、3D虛擬空間鏈接的、可感知虛擬世界組成的未來互聯網迭代概念，更具沉浸感、參與感的互聯網。

元宇宙具有8大特征(引自原Facebook)：

身份

擁有一個虛擬身份，無論與現實身份有沒有相關性

社交

在元宇宙當中擁有朋友，可以社交，無論在現實中是否認識。

沉浸感

能夠沉浸在元宇宙的體驗當中，忽略其他的一切

低延遲

元宇宙中的一切都是同步發生的，沒有異步性或延遲性

多元化

元宇宙提供多種豐富內容，包括玩法、道具、美術素材等。

隨時隨地

可以使用任何設備登錄元宇宙，隨時隨地沉浸其中。

經濟系統

與任何復雜的大型游戲一樣，元宇宙應該有自己的經濟系統。

文明

具備虛擬世界的社會、法度、文明

元宇宙產業鏈：體驗 如游戲，社交軟件，在線音樂等應用 <- 發現社區生態，用戶從何處獲取這些體驗? <- 創造者經濟包括設計工具、動畫系統、圖形工具、貨幣化技術等 <- 空間計算虛擬化、AI、3D 引擎、手勢識別、空間映射等） <- 去中心化將生態系統轉移到無權限、分散式結構，如區塊鏈等 <- 人機界面（XR等） <- 基礎設施（網絡+云+…）

五 元宇宙冰山下的世界：數字化云原生基礎設施，算力是一切的基礎

5.1 云游戲的5大支撐技術：

? GPU服務器

? 虛擬化

? 音視頻技術：16K

? 實時網絡傳輸：138Gbps

? 邊緣計算

5.2 VR眼鏡：

? 不產生眩暈感的刷新率：180Hz

六 元宇宙與企業數字化

通過區塊鏈來進行價值傳輸

通過電子游戲等其他游戲形式進行內容體驗

通過5G通訊、云計算、云游戲等進行網絡數據傳輸

通過VR虛擬現實、AR增強現實，全息影像等技術進行交換方式。

元宇宙->數字化：未來企業的核心是:能夠實現規模化倍增創新 Hyperscale, Hyperspeed, Hyperconnected超大規模、超高速度、超廣連接。

七 全球數字化方向已從 Cloud First? 演進到 Cloud Native First

居預測全球數字化方向開始由IT優化到數字化轉型。

由傳統的應用轉化為云原生應用。

企業IT投資重心已逐步向云原生應用傾斜。

企業云原生部署預測，生產系統融入那個錢使用2022年達到75%；混合云容器使用量2022年將達到到50%。

互聯網云原生部署預測，新應用為服務架構比例2022年將達到78%；容器技術采用比例將達到90%。

八 軟件吞噬世界，云原生是軟件發展的必然之路

? 應用獨立開發：微服務特點，將單體應用拆封為單獨服務，小型獨立組件可由小型獨立團隊構建，一個微服務的開發，不會耦合其他服務組建，應用的獨立開發，使得開發人員了解組件的時間大大減少，開發新功能也更容易。

? 應用獨立部署：每個單獨的組件都可以獨立部署。這樣可以以更快的速度和更少的風險發布新功能。

? 彈性伸縮：每個組件可以彼此獨立地進行縮放，在業務高峰時候，可以根據監控指標設置HPA，來動態彈性伸縮服務，從而達到提供海量服務的特點。

? 故障自愈：由于不可變的基礎設施，當單一服務出現故障，會自動化的進行下線，從而替換一個可以正常提供服務的應用，具備服務故障自愈的功能。

九 云原生的核心支撐技術

9.1 容器

? 資源角度：一種更輕量、更細粒度的資源隔離技術

? 應用角度：一種新的軟件打包與交付形態

更細粒度資源隔離，每個應用少一層GuestOS的資源消耗，提升資源利用率，降低成本

輕量級的容器能秒級快速啟動，通過彈性伸縮能力，能有效支撐業務突發峰值訪問

Kubernetes是Google開源的容器集群管理系統；它構建在Docker技術之上，為容器化的應用提供資源調度，部署運行，服務發現，擴容縮容等一整套功能。

9.2 微服務

開源產品：Spring Cloud, Dubbo, ServiceComb…

9.2.1 優勢

? 服務模塊的邊界更清晰：微服務強調模塊化結構（REST接口調用），這對大型團隊非常重要

? 支持獨立部署：簡單服務更易部署，由于服務是自治的，出現問題之后不會引起系統崩潰

? 允許技術多樣性：有了微服務，你可以混合使用多種編程語言、開發框架和數據存儲技術

9.2.2

? 分布式編程難度大、有風險：分布式系統編程難度更大，遠程調用更慢且總存在失敗風險

? 需處理分布式系統的一致性：對于分布式系統來說，保持一致性非常困難，意味著大家都要處理最終一致性

? 需處理分布式系統的一致性：對于分布式系統來說，保持一致性非常困難，意味著大家都要處理最終一致性

9.3 Serverless函數計算

Serverless計算是另外一種形態，開發者在構建和運行應用時無需管理服務器等基礎設施，應用被解耦為細粒度的函數，函數是部署和運行的基本單位。用戶只為實際使用的資源付費。這些代碼完全由事件觸發（event-trigger），平臺根據請求自動平行調整服務資源，擁有近乎無限的擴容能力，空閑時則沒有任何資源在運行。代碼運行無狀態，可以輕易實現快速迭代、極速部署。

9.3.1 傳統模式

? 固定占用資源：包周期/按需

? 人工干預的彈性

? 無免費額度，費用門檻高

? 需要運維底層資源

9.3.2 函數計算模式

? 完全按需，無訪問不占用資源

? 完全的自動彈性，毫秒級完成

? 有免費額度，費用門檻低

? 無需運維底層資源

9.4 DevOps

實踐DevOPS需要一些列條件，例如基礎業務盡量容器和服務話，架構為為服務架構，基礎設施進行IaC編排。

在上層利用一系列流程&工具實現全功能產品團隊的CI/CD。

DevOPS是一種文化，其涉及到多團隊的協作，自動化，精益敏捷等，以及可度量和進行分享。

9.5 數據處理

多個數據系統中的數據分布，與計算能提供面向企業業務場景的一站式大數據分析解決方案，基于大數據、移動互聯網、人工智能等先進技術，全面支撐企業業務創新，隨時隨地透視經營，輔助企業科學決策，加速企業數據化轉型升級，助力企業進行精準營銷、戰略管控、風險預警等。

十 云原生的最佳實踐

? 邁向云原生

? 確保彈性

? 確保安全性

? 處理數據

? 性能和伸縮性

? 函數計算

? 自動化運維

? 可觀測性：日志、監控、告警

? 服務間通信

? 容器

在我們使用云原生的時候，基礎設施不可少，在此我們主要介紹Kubernetes，Kubernetes是Google基于Borg開源的容器編排調度引擎，作為CNCF（Cloud Native Computing Foundation）最重要的組件之一，它的目標不僅僅是一個編排系統，而是提供一個規范，可以讓你來描述集群的架構，定義服務的最終狀態，Kubernetes可以幫你將系統自動得達到和維持在這個狀態。更直白的說，Kubernetes用戶可以通過編寫一個yaml或者json格式的配置文件，也可以通過工具/代碼生成或直接請求Kubernetes API創建應用，該配置文件中包含了用戶想要應用程序保持的狀態，不論整個Kubernetes集群中的個別主機發生什么問題，都不會影響應用程序的狀態，你還可以通過改變該配置文件或請求Kubernetes API來改變應用程序的狀態。

其為我們提供了云原生運行的基礎環境，其可以成為云原生種的Linux。

十一 云原生軟件工程師的修煉

十二 如何看待元宇宙

? Metaverse發展的第一階段會是社交+游戲元宇宙，例如：Roblox，Horizon。

? VR元年：以社交+游戲為核心的Metaverse會持續至少5-10年。

? 生態圈走向成熟需要時間積累：游戲UGC門檻進一步降低，VR硬件普及率提升，游戲性能持續突破，游戲內容膨脹/擴張

結語

元宇宙本質上是對現實世界的虛擬化、數字化過程，需要對內容生產、經濟系統、用戶體驗以及實體世界內容等進行大量改造。但元宇宙的發展是循序漸進的，是在共享的基礎設施、標準及協議的支撐下，由眾多工具、平臺不斷融合、進化而最終成形。

對于元宇宙來說，因為虛擬現實、增強現實對于延時的要求，以及整個3D的內容，對于算力的要求和實時性的要求，都是遠超目前云游戲現狀的。所以從這個角度出發，我們認為對于基礎設施會有非常大的挑戰。同樣，它的基礎設施除了AI，除了區塊鏈，很核心的一塊還是算力和網絡，我們如何為元宇宙的沉浸感的內容和超低延時的要求去提供底層算力和網絡，對于云原生基礎設施的依賴是不可分割的。

本文整理自華為云社區【內容共創系列】活動，

查看活動詳情：https://bbs.huaweicloud.com/blogs/314887

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云原生 分布式

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