【云驻共创】元宇宙漫游指南-冰山下的云原生开发基础设施

一 前言

随着元宇宙概念的火热，让我们今天一文探索在支撑元宇宙之下的云原生基础设施。按照实时性和协同计算的要求，未来整个算力一定是个分布式的网络，是一个覆盖到中心、边缘，甚至端侧协同的一个分布式的算力网络，整个基础设施是基于云原生的理念来构建的，因为只有基于云原生理念我们才可能做到性能、成本足够的优化，能够满足未来整个元宇宙发展的底层的设施的要求。

二 元宇宙的源起

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

故事背景发生在21世纪初期的美国的洛杉矶，在这个未来中美国联邦政府将大部分权力给予了私人企业家和组织，国家安全交付给了雇佣军队，公路公司之间也相互竞争来吸引司机来上他们的路，政府剩余的权利只是做一些繁琐的工作而已，社会的繁荣安定与他们无关。政府的大部分的土地被各个大的私人瓜分，并建立了个人领地。在严重的恶性通货膨胀下，美元急剧贬值，一兆美元也是一个会被忽略的数字，而人们交易中通常则使用的是其他的货币；

斯蒂芬森创造了一个并非以往想象中的互联网，而是和社会紧密联系的三维数字空间——虚拟实境（Metaverse），与现实世界平行，在现实世界中地理位置彼此隔绝的人们可以通过各自的“化身”进行交流娱乐；

在小说中，主角Hiro Protagonist的工作是为已经控制了美国领土的黑手党送披萨。在不工作的时候，Hiro Protagonist会进入到元宇宙：一个网络化的虚拟现实。在这个虚拟现实中，人们表现为自己设计的“化身”，从事世俗的（谈话、调情）和非凡的（斗剑、雇佣军间谍活动）活动。像互联网一样，元宇宙是一种集体的、互动的努力，总是在进行，并且不受任何一个人的控制。就像在游戏中一样，人们居住并控制着在空间中移动的角色

三 互联网发展的终极形态

3.1 互联网

1969年，克兰罗克教授实现两台电脑连接，阿帕网由此诞生阿帕网加州大学洛杉矶分校第- -节

点跟斯坦福研究院第二节点的连通，实现了分组交换网络的远程通讯，标志这互联网正式诞生

3.2 PC互联网

1982年TCP/IP协议及1983年全球首台圉形用户界面电脑Apple Lisa从PC单机时代到PC局域网时代，再到PC互联网时代，新型硬件设备访问/传输协议让各种应用蓬勃发展。

3.3 移动互联网

2007年苹果发布iPhone 在3G/4G通信技术基础上，ARM/高通芯片，苹果iOS谷歌Andriod操作系统相继涌现多模态信息综合体，将人们带入移动互联网时代。

3.4 Metaverse

大众化VR/AR/MR硬件设备5G及一系列音视频基础技术已准备好，算力足够丰富，多界面、

全感官人机自然交互方式即将到来。

• VR：“立体电影”

• AR：“家里放立体电影”

• NFT：“亲子鉴定”，唯一性

• 去中心化：“没有银行”

• 区块链：“防伪技术”

四 元宇宙的特征

Meta在计算机领域称之为元，如Metadata元数据，verse是宇宙universe的缩写，意为探讨在现实世界外重建虚拟世界。Metaverse一词用于形容由共享、3D虚拟空间链接的、可感知虚拟世界组成的未来互联网迭代概念，更具沉浸感、参与感的互联网。

元宇宙具有8大特征(引自原Facebook)：

身份

拥有一个虚拟身份，无论与现实身份有没有相关性

社交

在元宇宙当中拥有朋友，可以社交，无论在现实中是否认识。

沉浸感

能够沉浸在元宇宙的体验当中，忽略其他的一切

低延迟

元宇宙中的一切都是同步发生的，没有异步性或延迟性

多元化

元宇宙提供多种丰富内容，包括玩法、道具、美术素材等。

随时随地

可以使用任何设备登录元宇宙，随时随地沉浸其中。

经济系统

与任何复杂的大型游戏一样，元宇宙应该有自己的经济系统。

文明

具备虚拟世界的社会、法度、文明

元宇宙产业链：体验 如游戏，社交软件，在线音乐等应用 <- 发现社区生态，用户从何处获取这些体验  <- 创造者经济包括设计工具、动画系统、图形工具、货币化技术等 <- 空间计算虚拟化、AI、3D 引擎、手势识别、空间映射等） <- 去中心化将生态系统转移到无权限、分散式结构，如区块链等 <- 人机界面（XR等） <- 基础设施（网络+云+…）

五 元宇宙冰山下的世界：数字化云原生基础设施，算力是一切的基础

5.1 云游戏的5大支撑技术：

• GPU服务器

• 虚拟化

• 音视频技术：16K

• 实时网络传输：138Gbps

• 边缘计算

5.2 VR眼镜：

• 不产生眩晕感的刷新率：180Hz

六 元宇宙与企业数字化

通过区块链来进行价值传输

通过电子游戏等其他游戏形式进行内容体验

通过5G通讯、云计算、云游戏等进行网络数据传输

通过VR虚拟现实、AR增强现实，全息影像等技术进行交换方式。

元宇宙->数字化：未来企业的核心是:能够实现规模化倍增创新 Hyperscale, Hyperspeed, Hyperconnected超大规模、超高速度、超广连接。

七 全球数字化方向已从 Cloud First  演进到 Cloud Native First

居预测全球数字化方向开始由IT优化到数字化转型。

由传统的应用转化为云原生应用。

企业IT投资重心已逐步向云原生应用倾斜。

企业云原生部署预测，生产系统融入那个钱使用2022年达到75%；混合云容器使用量2022年将达到到50%。

互联网云原生部署预测，新应用为服务架构比例2022年将达到78%；容器技术采用比例将达到90%。

八 软件吞噬世界，云原生是软件发展的必然之路

• 应用独立开发：微服务特点，将单体应用拆封为单独服务，小型独立组件可由小型独立团队构建，一个微服务的开发，不会耦合其他服务组建，应用的独立开发，使得开发人员了解组件的时间大大减少，开发新功能也更容易。

• 应用独立部署：每个单独的组件都可以独立部署。这样可以以更快的速度和更少的风险发布新功能。

• 弹性伸缩：每个组件可以彼此独立地进行缩放，在业务高峰时候，可以根据监控指标设置HPA，来动态弹性伸缩服务，从而达到提供海量服务的特点。

• 故障自愈：由于不可变的基础设施，当单一服务出现故障，会自动化的进行下线，从而替换一个可以正常提供服务的应用，具备服务故障自愈的功能。

九 云原生的核心支撑技术

9.1 容器

• 资源角度：一种更轻量、更细粒度的资源隔离技术

• 应用角度：一种新的软件打包与交付形态

更细粒度资源隔离，每个应用少一层GuestOS的资源消耗，提升资源利用率，降低成本

轻量级的容器能秒级快速启动，通过弹性伸缩能力，能有效支撑业务突发峰值访问

Kubernetes是Google开源的容器集群管理系统；它构建在Docker技术之上，为容器化的应用提供资源调度，部署运行，服务发现，扩容缩容等一整套功能。

9.2 微服务

开源产品：Spring Cloud, Dubbo, ServiceComb…

9.2.1 优势

• 服务模块的边界更清晰：微服务强调模块化结构（REST接口调用），这对大型团队非常重要

• 支持独立部署：简单服务更易部署，由于服务是自治的，出现问题之后不会引起系统崩溃

• 允许技术多样性：有了微服务，你可以混合使用多种编程语言、开发框架和数据存储技术

9.2.2

• 分布式编程难度大、有风险：分布式系统编程难度更大，远程调用更慢且总存在失败风险

• 需处理分布式系统的一致性：对于分布式系统来说，保持一致性非常困难，意味着大家都要处理最终一致性

• 需处理分布式系统的一致性：对于分布式系统来说，保持一致性非常困难，意味着大家都要处理最终一致性

9.3 Serverless函数计算

Serverless计算是另外一种形态，开发者在构建和运行应用时无需管理服务器等基础设施，应用被解耦为细粒度的函数，函数是部署和运行的基本单位。用户只为实际使用的资源付费。这些代码完全由事件触发（event-trigger），平台根据请求自动平行调整服务资源，拥有近乎无限的扩容能力，空闲时则没有任何资源在运行。代码运行无状态，可以轻易实现快速迭代、极速部署。

9.3.1 传统模式

• 固定占用资源：包周期/按需

• 人工干预的弹性

• 无免费额度，费用门槛高

• 需要运维底层资源

9.3.2 函数计算模式

• 完全按需，无访问不占用资源

• 完全的自动弹性，毫秒级完成

• 有免费额度，费用门槛低

• 无需运维底层资源

9.4 DevOps

实践DevOPS需要一些列条件，例如基础业务尽量容器和服务话，架构为为服务架构，基础设施进行IaC编排。

在上层利用一系列流程&工具实现全功能产品团队的CI/CD。

DevOPS是一种文化，其涉及到多团队的协作，自动化，精益敏捷等，以及可度量和进行分享。

9.5 数据处理

多个数据系统中的数据分布，与计算能提供面向企业业务场景的一站式大数据分析解决方案，基于大数据、移动互联网、人工智能等先进技术，全面支撑企业业务创新，随时随地透视经营，辅助企业科学决策，加速企业数据化转型升级，助力企业进行精准营销、战略管控、风险预警等。

十 云原生的最佳实践

• 迈向云原生

• 确保弹性

• 确保安全性

• 处理数据

• 性能和伸缩性

• 函数计算

• 自动化运维

• 可观测性：日志、监控、告警

• 服务间通信

• 容器

在我们使用云原生的时候，基础设施不可少，在此我们主要介绍Kubernetes，Kubernetes是Google基于Borg开源的容器编排调度引擎，作为CNCF（Cloud Native Computing Foundation）最重要的组件之一，它的目标不仅仅是一个编排系统，而是提供一个规范，可以让你来描述集群的架构，定义服务的最终状态，Kubernetes可以帮你将系统自动得达到和维持在这个状态。更直白的说，Kubernetes用户可以通过编写一个yaml或者json格式的配置文件，也可以通过工具/代码生成或直接请求Kubernetes API创建应用，该配置文件中包含了用户想要应用程序保持的状态，不论整个Kubernetes集群中的个别主机发生什么问题，都不会影响应用程序的状态，你还可以通过改变该配置文件或请求Kubernetes API来改变应用程序的状态。

其为我们提供了云原生运行的基础环境，其可以成为云原生种的Linux。

十一 云原生软件工程师的修炼

十二 如何看待元宇宙

• Metaverse发展的第一阶段会是社交+游戏元宇宙，例如：Roblox，Horizon。

• VR元年：以社交+游戏为核心的Metaverse会持续至少5-10年。

• 生态圈走向成熟需要时间积累：游戏UGC门槛进一步降低，VR硬件普及率提升，游戏性能持续突破，游戏内容膨胀/扩张

结语

元宇宙本质上是对现实世界的虚拟化、数字化过程，需要对内容生产、经济系统、用户体验以及实体世界内容等进行大量改造。但元宇宙的发展是循序渐进的，是在共享的基础设施、标准及协议的支撑下，由众多工具、平台不断融合、进化而最终成形。

对于元宇宙来说，因为虚拟现实、增强现实对于延时的要求，以及整个3D的内容，对于算力的要求和实时性的要求，都是远超目前云游戏现状的。所以从这个角度出发，我们认为对于基础设施会有非常大的挑战。同样，它的基础设施除了AI，除了区块链，很核心的一块还是算力和网络，我们如何为元宇宙的沉浸感的内容和超低延时的要求去提供底层算力和网络，对于云原生基础设施的依赖是不可分割的。

本文整理自华为云社区【内容共创系列】活动，

查看活动详情：https://bbs.huaweicloud.com/blogs/314887

相关任务详情：元宇宙漫游指南-冰山下的云原生开发基础设施

云原生 分布式

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