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# 雲原生軟體開發與最佳實踐 - 黃俊龍、曾建超 (2024 Spring)

## Class info.

[課程資訊](https://timetable.nycu.edu.tw/?r=main/crsoutline&Acy=112&Sem=2&CrsNo=535531&lang=zh-tw)

Temporary Grading Policy:
* Midterm: 35%
* Final Projects: 35%
* Class Participation and Quiz: 30%

## Date

### 2/21

:::info
Cloud Native Course Introduction / The Twelve-Factor App
:::

> Cloud native trail


> Cloud Native Computing Foundation (CNCF)

[How CNCF Enables Crowdsourced Ecosystem Map with Netlify Deploy Previews](https://www.netlify.com/blog/2020/06/04/how-cncf-enables-community-sourced-ecosystem-map-with-netlify-deploy-previews/)

> Sticky session

黏性會話是 Web 應用程式和負載平衡中的常見概念。 它們指的是一種機制，在該機制中，使用者的請求在會話期間一致地路由到同一伺服器實例。 這可確保特定於會話的資料（例如使用者身份驗證、購物車內容或其他上下文）在使用者與應用程式的互動過程中保持可用。

在黏性會話中，一旦使用者的初始請求被定向到特定伺服器，來自同一使用者的後續請求將被傳送到同一伺服器。 這種方法對於維護狀態資訊非常有用，而無需依賴共用儲存或複雜的同步機制。

然而，必須考慮權衡。 雖然黏性會話簡化了會話資料的處理，但它們可能導致伺服器負載分佈不均勻。 如果一台伺服器過載，其他伺服器可能仍未充分利用。 此外，如果伺服器發生故障，該伺服器上具有黏性會話的使用者可能會遇到服務中斷。

現代負載平衡器和應用程式架構通常使用替代方法，例如基於 cookie 或其他請求屬性的會話關聯性。 這些方法可以更均勻地分配請求，同時仍允許有效管理與會話相關的資料。

> Scale up / scale out


1. **Scale up（垂直縮放）**：
- **描述**：擴展涉及向現有系統添加更多資源以提高其運算能力。 這些資源可能包括額外的記憶體、硬碟或處理能力。
- **用例**：
- 當您需要快速解決無法透過經典資料庫最佳化技術（例如查詢變更或索引）解決的效能問題時。
- 處理目前效能等級無法滿足所有需求的工作負載尖峰。
- 當您想要透過調整服務層級來適應不斷變化的延遲要求。
- **好處**：
- 透過增加更多資源輕鬆處理高峰工作負載。
- 當不再需要資源時縮小規模以節省成本。

2. **Scale out（水平擴展）**：
- **描述**：橫向擴展涉及向架構添加更多伺服器，將工作負載分配到多台電腦上。 資料可以分為多個資料庫（分片），每個資料庫都可以獨立擴充。
- **用例**：
- 即使在最高效能等級下，您也無法為工作負載獲得足夠的資源。
- 透過將資料劃分為更小的節點來提高處理能力。
- **好處**：
- 透過在多個伺服器之間分配工作負載來提高可擴展性。
- 每個分片都可以獨立放大或縮小。

> [The 12 factor app](https://12factor.net/)

1. [Codebase](https://12factor.net/codebase)
One codebase tracked in revision control, many deploys
2. [Dependencies](https://12factor.net/dependencies)
Explicitly declare and isolate dependencies
3. [Config](https://12factor.net/config)
Store config in the environment
4. [Backing services](https://12factor.net/backing-services)
Treat backing services as attached resources
5. [Build, release, run](https://12factor.net/build-release-run)
Strictly separate build and run stages
6. [Processes](https://12factor.net/processes)
Execute the app as one or more stateless processes
7. [Port binding](https://12factor.net/port-binding)
Export services via port binding
8. [Concurrency](https://12factor.net/concurrency)
Scale out via the process model
9. [Disposability](https://12factor.net/disposability)
Maximize robustness with fast startup and graceful shutdown
10. [Dev/prod parity](https://12factor.net/dev-prod-parity)
Keep development, staging, and production as similar as possible
11. [Logs](https://12factor.net/logs)
Treat logs as event streams
12. [Admin processes](https://12factor.net/admin-processes)
Run admin/management tasks as one-off processes

### 2/28

放假

### 3/6

:::info
Design Thinking / UX / User Story
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graph LR;
假設-->設計
設計-->MVP
MVP--->驗證
驗證--->假設

> 假設

[Persona](https://welly.tw/digital-marketing/how-to-make-persona) / [User story](https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10282382)

User story: 一句話從用戶角度寫事情 (who/what/why)

graph TD;
Epic--->UserStory_1
Epic--->UserStory_2
UserStory_1--->Task_1
UserStory_1--->Task_2
UserStory_2--->Task_3

> 設計

協作設計 / UI/UX設計

* 閃電型示範
* 四步驟畫圖法
- 筆記
- 構想
- 瘋狂八
- 方案草圖

- UI Flow / Wireframe
- UI Mockup
- UI Library

格式塔理論
- 接近原則
- 相似原則

> MVP (minimum viable product)

用最低沉沒成本，驗證最多 User Story


> 驗證

驗證MVP
建立下一個假設

### 3/13

:::info
Software Architecture Design
:::

> 編程歷史

- 結構化編程
- 物件導向編程
- 軟體架構
- 企業應用架構

> 功能性與非功能性需求

- 功能性需求
- 非功能性需求
- 可用性
- 可維護性
- 可擴充性
- 可測試性
- 安全性
- 效能表現

graph LR;
系統需求--->功能性需求
系統需求--->非功能性需求
非功能性需求--->品質需求
非功能性需求--->外部/其他約束
品質需求--->系統架構
品質需求--->應用軟體架構
系統架構--->可用性
系統架構--->容錯性
系統架構--->伸縮性
系統架構--->可降級性
系統架構--->安全性
應用軟體架構--->可維護性
應用軟體架構--->可擴充性
應用軟體架構--->可測試性
應用軟體架構--->可部屬性

> 架構相關術語

- Daily Active Users (DAU)
- Page View (PV): 網頁被讀者調用瀏覽的次數
- Queries per Second (QPS)
- Transaction per Second (TPS)
- Response Time (RT)

### 3/20

:::info
System Architecture Design
:::

高可用關鍵三要素
- 節點/資料的冗餘 (ex: AP 多個節點、Database的多個 slave/replica)
- 節點健康肚的監控與協調機制 (ex: nginx、heartbeat/keepalive)
- 流量的自動 failover 的機制 (ex: nginx、VIP)

> Load Balancer / Reverse Proxy

- F5

> Scheduling Algorithm

- Random
- Round Robin
- Smart scheduling

> Application Cluster

> 容量評估

1. 評估總訪問量
2. 評估平均 qps
3. 評估高峰 qps
4. 評估單機極限 qps
5. 根據線上系統冗餘進行決策

> NoSQL


> 系統架構演進的各項重點

- 小型 (<十萬)
- 分層架構
- 中小型 (十萬)
- 反向代理/負載平衡
- 資料庫主從架構
- 中型 (百萬)
- 服務化架構
- 資料庫表架構
- 動靜分離/讀寫分離
- 穩定性保障/監控/SRE
- Cache (Redis)
- 大型 (千萬)
- 微服務架構
- Message Queue
- 服務容錯與降級
- 服務災備
- 巨型 (>億)
- 多地多活
- 分庫分表
- ...

### 3/27

:::info
Container / Kubernetes
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- [Container / Docker](https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10199339)
- [Kubernetes](https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10192401)

### 4/3

清明連假

### 4/10

:::info
【Lab 1】Testing
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### 4/17

:::info
【Lab 2】Git + CI
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### 4/24

:::info
【Lab 3】CD + Container
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### 5/8

:::info
Observability
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### 5/15

:::info
Cloud Native
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### 5/22

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TSMC DevOps Case Sharing
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## Reference