クラウドネイティブアーキテクチャ：モダン開発の未来

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をすでに証明しています。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への移行プロセスにあるでしょう。

IT部門はコスト削減と設計のオフサイトでのセキュアな保管のためにクラウドへ移行しています。そのような切り替えを検討する前に、こ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、デプロイされます。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はマイクロサービスアーキテクチャ設計を持ちます。これは、一緒に動作する疎結合サービスのコレクションです。各サービスは独自の機能を持ち、独立したコンポーネントを表します。コンテナオーケストレーションシステムが、これらの再利用可能でレジリエント、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により、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水平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・実行することは、さまざまなプラットフォームとクラウドプロバイダーとの互換性を意味します。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。例えば、phoenixNAPのベアメタルクラウドは、既存インフラストラクチャと統合可能なクラウドネイティブ対応IaaSプラットフォームです。

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確保するためのプラットフォームを提供します。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で、開発者はダウンタイムや可用性を心配せず、ユーザー体験の改善と新機能の追加に取り組めます。

クラウドネイティブデザインのタイプ

• ベーシック。 ベーシックなクラウドネイティブデザインは、システムを定期的にクラウド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はロードバランサーの1つにアクセスし、アプリに到達します。キーとなるデータはマスターとスレーブデータベースに保持され、アプリケーションと通信します。
• 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が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。このセットアップには重複システムは不要です。データは自社プラットフォームに保存され、コンポーネントが複数の環境で動作します。
• 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はロードバランサーの1つに接続し、アプリに到達します。アプリがマスターデータベースにプッシュする一方で、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、または自社ビルに保存されます。

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・実行することは、最適化されたパフォーマンスと高速デリバリーを確保するために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で構成されます。すべての要件が分離されたコンテナ内にパッケージ化されているため、開発者は環境間でコンテナを迅速に移動できます。

このような移動性と独立性は、設定の外部化の結果でもあります。コンテナ自体は、特定の環境向けに設定されたイミュータブルなインフラストラクチャを持ちます。

最も一般的に使用されるコンテナテクノロジーはDockerで、Kubernetesはコンテナ化アプリケーションのデプロイ、スケーリング、管理に使用されます。

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、互いに、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間の通信を確立します。

内部通信と管理については、マイクロサービスが専用のインフラストラクチャレイヤーを追加してすべての内部通信を処理する可能性を提供します。このレイヤーをサービスメッシュと呼びます。その主な役割は、クラウドネイティブアーキテクチャ内のサービスを接続、保護、監視することです。Istioが最も人気のある選択肢である、幅広いオープンソースのサービスメッシュ実装があります。

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ステート独立のコンポーネントが必要です。これはステートを外部に保存することを意味し、サービス内のあらゆるインスタンスが特定のリクエストを処理できます。分散クラウドネイティブアプリケーションを設計する際は、可能な限り多くのステートレスコンポーネントを持たせたいものです。

データの永続性やセッションを維持しないことで、システムは容易にスケーリング、修復、ロールバック、ロードバランシングが可能になります。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スケーリングし、必要に応じてインスタンスを追加・削除します。また、ステートレスな性質により、開発者は代替インスタンスをスピンアップすることで、最小限のダウンタイムで既存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では、アプリケーションの古いバージョンへのロールバックや、インスタンス間のロードバランシングもよりシンプルです。

自動化プロセスと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パイプラインを通じて自動化を活用し、より迅速な修復、スケーリング、デプロイを実現できます。したがって、ビルド、テスト、デプロイは自動化されるべきです。さらに、ロールバック、カナリアデプロイ、スケールアップ/ダウン、監視、リカバリはすべて自動化可能なプロセスです。

レジリエントなアーキテクチャ

アプリ開発の主な焦点は、レジリエントなアプリケーションの設計です。高可用性と効率的なディザスタリカバリ計画を持つシステムの構築と設定が含まれます。障害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、事前に計画することです。

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、レジリエンス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なスケーラブル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げます。したがって、ダウンタイムを最小限に抑え、アプリを稼働させ続けて最高のユーザー体験を提供できます。

クラウドネイティブアーキテクチャのメリットとデメリット

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んだ後、主な利点と潜在的な困難を検討します。

メリット：

• 疎結合マイクロサービスにより、開発者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独立して作業できます。
• 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、アプリ全体を分解せずにバグを見つけられるため、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。
• 中央コンテナオーケストレーターが、需要に基づいた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でパフォーマンスを向上させます。
• ビジネスは単一プロバイダーに依存する必要がありません。マイクロサービスアーキテクチャにより、マルチクラウドやハイブリッドクラウド戦略を採用できます。

デメリット：

• チームは、マイクロサービスのCI/CDを確保するためにDevOpsパイプラインを確立し、適応する必要があります。
• 急速なスケーリングとクラウドネイティブアーキテクチャの動的な性質によるセキュリティリスクのため、マイクロサービスを監視・管理する必要があります。
• 一部のマイクロサービスは、特定のOSやマシンに依存する特定の機能を必要とする場合があります。

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