Pivotal Cloud Foundry 概述 | AI生成和翻译

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Pivotal Cloud Foundry (PCF) 概览

Pivotal Cloud Foundry (PCF) 是开源 Cloud Foundry 平台的商业发行版，在 VMware 于 2019 年收购 Pivotal 后，现已成为 VMware Tanzu 的一部分。作为平台即服务 (PaaS)，PCF 旨在简化云原生应用的部署、扩展和管理。它抽象了底层基础设施 (IaaS) 的复杂性，让开发人员能专注于代码而非服务器、网络或编排。由于强调安全性、合规性和可移植性，PCF 在银行等受监管行业尤为流行。

PCF 并非像 AWS、Azure 或 GCP 那样的独立云提供商——它是可以运行在这些 IaaS 提供商之上的中间层，同时也能部署在本地数据中心或私有云中。这使其成为应用的”云操作系统”。

PCF/Cloud Foundry 设计与架构

Cloud Foundry 采用模块化设计，遵循”12要素应用”原则构建可扩展、可维护的软件。以下是高层架构解析：

核心组件与流程

1. Diego（运行时引擎）：PCF 的核心。它用基于 Linux 容器（或后续的 Garden/Linux 隔离技术）的现代编排层取代了旧版 Garden 容器系统，跨”单元”（虚拟机或裸金属服务器）管理应用实例，处理应用构建、流量路由和自动扩展组伸缩。

2. 路由与负载均衡：Gorouter（高性能反向代理）根据路由规则将请求定向到对应应用实例，支持会话保持和健康检查。

3. 服务市场：通过”服务代理”模型提供托管服务目录（如 MySQL/PostgreSQL 数据库、RabbitMQ 消息队列或第三方集成），应用可自动绑定服务获取凭证，无需硬编码连接信息。

4. 安全与身份认证：
   • UAA（用户账户与认证）：处理基于 OAuth2 的认证、单点登录和基于角色的访问控制
   • 支持与 LDAP、SAML 或企业身份提供商集成，这对银行至关重要

5. 构建包与运行时：通过预配置的构建包自动识别并打包 Java、Node.js、Python、Go 或 .NET 等语言的应用，支持多语言环境统一平台。

6. BOSH（部署编排器）：底层部署管理工具，通过 YAML 清单实现组件幂等性部署更新，负责虚拟机配置、升级和监控。

7. 监控与日志：集成 Loggregator（结构化日志）和 Firehose（指标流）等工具，可对接 ELK Stack 或 Splunk，内置运维指标提供可观测性。

关键设计原则

• 自助服务与开发者中心：开发者通过 cf push 命令行部署应用，平台自动处理扩展、健康检查和零停机部署
• 多租户架构：通过”空间”和配额实现多团队安全共享平台资源
• 水平扩展：应用实例跨单元复制扩展，具备内置容错能力（如单元故障时自动重新调度任务）
• API 驱动：通过 RESTful API（Cloud Controller）暴露所有功能，支持与 Concourse CI/CD 等工具自动化集成
• 可扩展性：支持 Kubernetes 集成（通过 PKS，现为 Tanzu Kubernetes Grid）和服务网格（如 Istio）

该架构支持水平扩展，可运行在 vSphere、AWS、Azure、GCP 或 OpenStack 等 IaaS 上。典型生产部署需 10-20 台虚拟机，通过网络策略和全链路 TLS 加密实现隔离。

设计挑战包括其 Java 技术栈传统（资源消耗较高）和运维团队的学习曲线，但该系统自 2011 年起已历经实战检验。

银行为何选择 PCF？

汇丰、巴克莱、第一资本等银行选择 PCF 主要基于其与金融业需求的契合：

1. 合规与安全：
   • 支持 PCI-DSS、FIPS 140-2、GDPR 和 SOC 2 等标准，提供加密存储、审计日志和细粒度访问控制
   • 多租户环境通过内核级隔离和漏洞扫描降低风险，优于原始 IaaS 方案
2. 混合云与多云战略：
   • 支持传统系统（如大型机）现代化改造，可在私有/公有云间保持一致性运行
   • 提供气隙部署模式满足高安全环境需求
3. 开发效率与标准化：
   • 为开发提供标准化路径：统一命令行和工作流，加速微服务采纳和 CI/CD 流水线建设
   • 全球团队受益于应用可移植性，例如美国开发的应用可直接部署至欧盟数据中心
4. 供应商生态与支持：
   • Pivotal/VMware 提供含 24/7 SLA 的企业级支持
   • 开源根基避免供应商锁定，同时具备商业保障

典型案例：第一资本于 2015 年率先采用 PCF 实施”云优先”战略，实现应用部署从数周缩短至分钟级；西班牙对外银行通过容器化核心银行应用降低成本 50%。

不过并非所有银行都采用 PCF，它更常见于具有复杂合规需求的企业，而非金融科技初创公司。

为何不直接选择 Azure、AWS 或 GCP？

银行确实广泛使用公有云，但通常将 PCF 作为中间层而非替代品。原生公有云 PaaS（如 AWS Elastic Beanstalk、Azure App Service）适合简单应用，但以下情况优先选择 PCF：

1. 避免供应商锁定：
   • 原生服务绑定特定云厂商，PCF 支持跨云部署（通过各云平台的定制化组件）
   • 当需要因数据主权或成本优化切换云平台时，PCF 应用可无缝迁移
2. 环境一致性：
   • 公有云服务存在碎片化（如 AWS ECS 与 Azure AKS），PCF 标准化 PaaS 层提供统一体验
   • 完美支持混合云部署（据 Gartner 70% 银行采用混合云），无缝连接本地 vSphere 与公有云
3. 高级企业功能：
   • 原生 PaaS 需组合多服务（如 API 网关+容器服务+数据库），PCF 通过服务市场集成这些功能
   • 更好支持遗留系统迁移：构建包支持 COBOL/Java 单体应用无需重写
   • 通过配额管理优化资源使用，结合企业协议实现成本控制
4. 原生服务优势场景：
   • 纯无服务器场景适合选择原生服务（如 GCP Cloud Run）
   • 深度依赖某云特定功能（如 AWS SageMaker 机器学习）时可直接使用原生服务
   • PCF 缺点：初始授权成本较高（10万美元+），配置更复杂，管理性不如 Heroku 等全托管 PaaS

实践中银行常混合使用：核心应用采用 PCF on AWS，分析场景使用原生服务（如 Azure Synapse）。

为何需要 PCF”中间层”？

PCF 在应用层与 IaaS 层之间构建抽象层（PaaS）。云栈结构如下：

• IaaS（基础层）：AWS EC2、Azure VM 等提供原始计算/存储/网络资源
• PaaS（中间层）：PCF 在此层管理 IaaS 上的应用生命周期，处理编排、服务发现和扩展
• 应用层（顶层）：微服务、API 和用户界面

中间层价值：

• 简化开发：开发者无需学习云特定 API，一次部署随处运行
• 可移植性：应用可在 AWS/GCP 间迁移无需修改，满足银行规避锁定和地理冗余需求
• 运维效率：跨云统一治理（安全策略、成本控制）
• 技术演进：从本地 PaaS 起步，现集成 Kubernetes 支持现代工作负载

简言之，PCF 并非与 AWS/Azure/GCP 竞争，而是为其增强企业级可靠性。若为银行进行评估，建议进行概念验证；VMware 通过 Tanzu 提供试用服务。

如需深入了解，可查阅 VMware 文档或 Cloud Foundry 开源代码库。如有具体用例需求，我可进一步细化说明！

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