クラウドネイティブアーキテクチャ:開発の未来

クラウドネイティブは、ソフトウェア開発の未来であることがすでに証明されています。 2025 年までに、エンタープライズアプリの 80% がクラウドベースになるか、クラウドネイティブアプリに移行中です。

IT 部門は、コストを節約し、設計をオフサイトで安全に保つために、クラウドに移行しています。このような切り替えについて考える前に、そのようなアプリケーションの背後にあるアーキテクチャを理解しておく必要があります。

クラウドネイティブアーキテクチャとは

クラウドネイティブアプリケーションは、クラウドコンピューティングインフラストラクチャ上で実行されるコンテナーにパッケージ化されたマイクロサービスで構成されます。このようなアプリケーションは、クラウドで開発、テスト、および展開されます。したがって、プライベート、パブリック、ハイブリッド、またはマルチクラウドのインフラストラクチャで実行されます。

クラウドネイティブアプリケーションには、マイクロサービスアーキテクチャ設計があります。これは、連携して動作する疎結合サービスのコレクションです。各サービスには独自の機能があり、独立したコンポーネントを表しています。コンテナーオーケストレーションシステムは、これらの再利用可能で回復力があり、スケーラブルな機能モデルを管理します。このようなシステムを導入すると、クラウドネイティブアプリケーションは、必要に応じてリソースを追加または削除することで、リソースを水平方向にスケーリングできます。

クラウドネイティブアーキテクチャを使用してアプリを開発および実行するということは、さまざまなプラットフォームやクラウドプロバイダーと互換性があることを意味します。これにより、ビジネスに必要な柔軟性と、利用できる幅広いリソースが得られます。たとえば、phoenixNAP の Bare Metal Cloud はクラウドネイティブ対応の IaaS プラットフォームであり、既存のインフラストラクチャと統合して使用できます。

このようなシステムは、継続的インテグレーションと継続的デリバリーを保証できるプラットフォームを開発者に提供します。クラウドネイティブアーキテクチャの原則に従ってアプリケーションをセットアップすることにより、開発者はダウンタイムや可用性を気にすることなく、ユーザーエクスペリエンスの向上と新機能の追加に取り組みます。

クラウドネイティブデザインの種類

基本。 基本的なクラウドネイティブ設計では、クラウド上のシステムを定期的にバックアップします。 DNS 経由でアプリケーションに接続します。 DNS は、アプリに移動するロードバランサーの 1 つにアクセスします。重要なデータは、アプリケーションと通信するマスターデータベースとスレーブデータベースに保持されます。
マルチクラウド。 1 つのアプリケーションコンポーネントを複数のクラウドプラットフォームで実行できます。 DNS経由でアクセスします。このようなセットアップでは、システムを複製する必要はありません。コンポーネントが複数の環境で動作している間、データはプラットフォームに保存されます。
ハイブリッド。 DNS 経由でアプリケーションにアクセスします。 DNS は、アプリに移動するロードバランサーの 1 つに接続します。アプリがマスターデータベースにプッシュする間、レプリカはスレーブデータベース、別のクラウドプラットフォーム、または建物に保存されます。

クラウドネイティブアーキテクチャの 5 つの原則

クラウドネイティブアーキテクチャに基づいてアプリケーションを設計および実行することは、最適化されたパフォーマンスと迅速な配信を保証するための特定の原則に従うことを意味します。

自立型コンテナ

クラウドネイティブアーキテクチャは、特定のマイクロサービスに必要なすべて (ライブラリ、依存関係、軽量ランタイム) を保持するコンテナーで構成されます。すべての要件が分離されたコンテナー内にパッケージ化されているため、開発者はコンテナーをある環境から別の環境にすばやく移動できます。

こうした機動性や自立性も、構成を外部化した結果です。コンテナー自体には、特定の環境用に構成された不変のインフラストラクチャがあります。

最も一般的に使用されているコンテナテクノロジーは Docker ですが、Kubernetes はコンテナ化されたアプリケーションのデプロイ、スケーリング、および管理に使用されています。

相互作用とコラボレーションのために設計されたマネージドサービス

クラウドネイティブサービスは、相互に、およびサードパーティアプリケーションと通信する必要があります。クラウドネイティブアプリは、RESTful API などの API を使用して、サービスと外部アプリケーションまたはレガシープログラムとの間の通信を確立します。

内部通信と管理に関しては、マイクロサービスは、すべての内部通信を処理する専用のインフラストラクチャレイヤーを追加する可能性を提供します。このレイヤーはサービスメッシュと呼ばれます。その主な役割は、クラウドネイティブアーキテクチャ内でサービスを接続、保護、監視することです。幅広いオープンソースサービスメッシュの実装があり、Istio が最も一般的な選択肢です。

ステートレスでスケーラブルなコンポーネント

クラウドネイティブアーキテクチャでは、アプリケーションに状態に依存しないコンポーネントが必要です。これは、状態を外部に保存することを意味するため、サービス内の任意のインスタンスが特定の要求を処理できます。分散クラウドネイティブアプリケーションを設計するときは、できるだけ多くのステートレスコンポーネントが必要です。

データの永続性やセッションを維持しなくても、システムは簡単にスケーリング、修復、ロールバック、および負荷分散できます。ワークロードに応じて、クラウドネイティブアプリは水平方向にスケーリングし、必要に応じてインスタンスを追加および削除します。さらに、そのステートレスな性質により、開発者は交換をスピンアップすることにより、最小限のダウンタイムで既存のインスタンスを修復できます。ステートレスコンポーネントを使用すると、インスタンス間の負荷分散だけでなく、アプリケーションの古いバージョンへのロールバックも簡単になります。

自動化されたプロセスと CI/CD パイプライン

クラウドネイティブシステムの主な利点の 1 つは、インフラストラクチャの自動化が容易であることです。開発者は、CI/CD パイプラインを介して自動化を利用して、修復、スケーリング、デプロイを高速化できます。したがって、ビルド、テスト、およびデプロイは自動化する必要があります。さらに、ロールバック、カナリアデプロイ、スケールアップとスケールダウン、モニタリング、リカバリはすべて自動化できるプロセスです。

回復力のあるアーキテクチャ

アプリ開発の主な焦点は、回復力のあるアプリケーションを設計することです。これには、高可用性と効率的な災害復旧計画を備えたシステムの構築と構成が含まれます。失敗は避けられないため、将来の潜在的な問題に対処する最善の方法は、前もって計画を立てることです。

マイクロサービスを中心としたクラウドネイティブアーキテクチャは、回復力を保証する強力なシステムを提供します。自動リカバリとステートレスでスケーラブルなコンポーネントにより、必要に応じて複数のインスタンスがタスクを引き継ぐことができます。したがって、ダウンタイムを最小限に抑え、アプリを実行し続けて、最高のユーザーエクスペリエンスを提供できます。

クラウドネイティブアーキテクチャの利点と欠点

クラウドネイティブアプリケーションの基本原則とアーキテクチャについて学習した後、それらの主な利点と潜在的な問題点を調べます。

メリット:

疎結合のマイクロサービスを使用すると、デベロッパーはアプリ全体に影響を与えることなく、各マイクロサービスを個別に処理できます。
Kubernetes などのコンテナオーケストレーションプラットフォームを使用すると、開発者はアプリケーション全体を分解しなくてもバグを見つけることができるため、トラブルシューティングが簡素化されます。
マイクロサービスはプラットフォームに依存しないため、アプリケーションの要件に最適な言語とフレームワークで記述できます。
中央のコンテナオーケストレータは、需要に基づいてリソースの自動スケジューリングと割り当てを管理することにより、パフォーマンスを向上させます。
企業は単一のプロバイダーに依存する必要はありません。マイクロサービスアーキテクチャにより、マルチクラウドまたはハイブリッドクラウド戦略を採用できる

欠点: