サーバーレスコンピューティングを理解する：インフラストラクチャ管理をシンプルに

インフラストラクチャ管理は、モダンなソフトウェア開発ワークフローに複雑さを追加します。サーバーの稼働維持、セキュリティアップデートの適用、リソースのスケーリングは、DevOpsチームから貴重な時間を奪います。サーバーレスコンピューティングでは、すべてのインフラストラクチャ運用がサービスプロバイダによって処理されます。そのため、サーバーレスを使用すると、開発チームはインフラストラクチャ管理に多くの時間を費やす代わりに、コードの記述に集中できます。

この記事では、サーバーレスコンピューティングとは何か、さまざまなクラウド導入モデルとどう比較されるかを説明します。また、サーバーレスの長所と短所、一般的なユースケースについても探ります。

サーバーレスコンピューティングとは？

サーバーレスコンピューティングは、サーバープロビジョニングとインフラストラクチャ管理を扱うことなく、クラウドでコードをデプロイおよび実行する方法です。その名前にもかかわらず、サーバーレスはコード実行のためにクラウドまたは物理サーバーに依存しています。しかし、開発者は基盤となるインフラストラクチャに関与しません。これはサーバーレスプロバイダに任され、ユーザーに代わって必要なコンピュートリソースを動的に割り当て、管理します。

開発者にとってこれは、サーバー管理、メンテナンス、リソーススケーリング、キャパシティプランニングにゼロの時間を費やすことを意味します。彼らは単にコードをアップロードし、プロバイダにさまざまなイベントやリクエストに基づいてサーバーサイドロジックを実行させます。馴染みのあるクラウド課金モデルとは対照的に、サーバーレスサービスはコードの実行回数または特定のイベントの発生に基づいて課金されます。

サーバーレスコンピューティングの仕組み

サーバーレス環境では、コードはイベントによってトリガーされ、関数として実行されます。これがサーバーレスが「Functions-as-a-Service（FaaS）」と関連付けられる理由です。FaaSは、ユーザーからの介入なしにコード実行のサーバーサイドロジックを処理するイベント駆動型クラウドモデルです。これらのイベントは、単純なHTTPリクエスト、APIコール、データベースクエリ、ファイルアップロードなど、あらゆるものになり得ます。

関数はステートレスコンテナで実行されます。これは、関数の実行に必要なコンピュートリソースが呼び出し時にのみプロビジョニングされることを意味します。データはRAMに持続せず、ディスクにも書き込まれません。リクエストが処理されると、アプリの状態はリセットされ、トランザクションの記憶は残りません。新しいリクエストを作成すると、リソースがゼロからプロビジョニングされ、前回の呼び出しを参照せずにコードが実行されます。

このステートレス状態に対応するには、アプリケーションをステートレスコンテナで実行できる関数としてアーキテクトする必要があります。これは通常マイクロサービスを通じて達成されます。大きなモノリシックアプリは、APIを通じて相互接続された小さなセグメントに分割されます。モノリシックアプリを単一の関数として実行することも可能ですが、これは一般的ではありません。リクエストごとに新しいコンピュートコンテナがプロビジョニングされることを考慮すると、大きな関数は実行速度と持続時間に悪影響を与えます。

FaaS関数は無限に実行されるわけではありません。呼び出されてから一定時間後に終了します。ほとんどの場合、関数は呼び出し後約5分でタイムアウトします。つまり、長時間実行タスクを開始するアプリは、終了制限を考慮して再設計する必要があります。

関数実行のためのコンテナのプロビジョニングと初期化にも時間がかかります。これは通常ミリ秒単位で測定されます。しかし、複雑な関数では初期化に数秒かかる場合があり、より大きなレイテンシを引き起こします。

関数の初期化には、ウォームスタートとコールドスタートの2つの一般的な方法があります。ウォームスタートは前回のイベントからリソースを再利用し、コールドスタートは新しいコンテナをデプロイします。関数の初期化と実行にかかる時間は、コード量、プログラミング言語、スクリプトが使用するライブラリの数、その他多くの要因に依存します。レイテンシの観点では、コールドスタートの方が関数開始により多くの時間を要します。

サーバーレスコンピューティングとBaaS、PaaS、IaaSの比較

どのソフトウェアトレンドでもそうであるように、サーバーレスが何であり何でないかを記述する公式な定義はありません。そのため、サーバーレスコンピューティングは他のクラウドサービスや導入モデルと混同されがちです。サーバーレスコンピューティングの概念は、以下の2つの類似した領域を中心に展開します：

Backend-as-a-Service（BaaS） — BaaSは、開発者がフロントエンドインターフェースの記述に集中できるようにし、すべてのバックエンド操作をサービスプロバイダにオフロードします。これらの舞台裏のタスクには通常、すぐに使えるユーザー認証、ストレージ、データベース管理、ホスティングサービスが含まれます。また、開発者はバックエンドを実行するサーバーを管理する必要がなく、より迅速なアプリデプロイが可能になります。

Functions-as-a-Service（FaaS） — このサーバーレスクラウドサービスモデルは、インフラストラクチャ管理を排除します。サービスプロバイダは、ユーザーのコードを実行するために、イベントやリクエストがトリガーされるたびにオンデマンドでコンピュートリソースをデプロイする任務を負います。サーバーレス関数はステートレスコンテナで実行されるため、関数が呼び出されたときのみコンピュートリソースがデプロイされます。

主な混同点は、Backend-as-a-ServiceとPlatform-as-a-Service（PaaS）の間にあります。前者はサーバーレスコンピューティングの手法であり、後者はクラウド導入モデルです。いくつかの基本的特徴を共有しますが、PaaSはサーバーレスの要件とは一致しません。

Platform-as-a-Service（PaaS） — PaaSでは、ユーザーは開発ワークロードに必要なハードウェアとソフトウェアソリューションをサブスクリプション料金でサービスプロバイダからレンタルします。開発者はインフラストラクチャ管理を気にせず、より多くの時間をコーディングに費やせます。一方、BaaSは、すぐに使えるユーザー認証、管理データベース、メール通知などの追加機能を提供します。BaaSを使用すると、開発者はフロントエンドの構築にのみ集中し、さまざまなバックエンドサービスをオンデマンドで統合できます。

Infrastructure-as-a-Service（IaaS） — IaaSは、プロバイダがユーザーに代わってインフラストラクチャをホストするセルフサービスクラウドソリューションを指します。サーバープロビジョニングと管理操作（ソフトウェアインストールを含む）はすべてユーザーが処理します。一部のIaaSプロバイダもサーバーレスソリューションを提供していますが、明確に異なる製品としてです。

一般的なサーバーレスコンピューティングのユースケース

前述の通り、サーバーレスはすべての人に適しているわけではありません。しかし、ニーズが以下のユースケースのいくつかと一致する場合、サーバーレスの恩恵を受けられる可能性があります。

APIの構築

管理するサーバーがないため、高度にスケーラブルでレスポンシブなAPIの構築は、サーバーレスのより一般的なユースケースの1つです。サーバーレスの自動スケーリング機能により、APIは重いトラフィック下でも常に利用可能です。さらに、APIへの呼び出しがないときはアイドルリソースに対して課金されません。

ウェブサイトとアプリケーション

ウェブサイトとウェブベースのアプリをサーバーレスプラットフォームにデプロイするには、事前のインフラストラクチャセットアップが不要です。これにより、完全に機能するWebアプリを立ち上げるまでの時間が大幅に短縮されます。自動スケーリング機能もここで重要な役割を果たします。ユーザーは需要の増加を支えるためにより多くのサーバーをプロビジョニングする心配が不要です。その結果、100%の稼働時間を維持するのがはるかに容易になります。

マルチ言語アプリケーション

サーバーレスでは、単一のアプリをさまざまな言語で記述できます。サーバーレスを使用すると、開発者はモノリシックアプリを小さな部分に分割し、マイクロサービスとして実行できます。それらのマイクロサービスはAPIを通じて相互に通信します。アプリの各セグメントを異なるプログラミング言語で記述できます。

CI/CDパイプライン

自動化は、開発、テスト、統合パイプラインを成功させる鍵です。サーバーレスを使用すると、開発者はコードを自動的にテストし、バグをより速く修正できます。サーバーレスはイベントベースであるため、ユーザーは手動介入なしで自動テストをトリガーするイベントを設定できます。

サーバーレスコンピューティングのメリット

従来のサーバー指向クラウドコンピューティングと比較して、サーバーレスコンピューティングはインフラストラクチャ運用を抽象化します。すべてが最初から機能するため、より速いコードリリースと、より低い価格での自動スケーラビリティが保証されます。

これらはサーバーレスの最も一般的な3つのメリットです：

自動スケーリング

サーバーレスプロバイダは、需要に基づいてインフラストラクチャリソースをスケーリングします。スケーリング操作は、開発者の介入なしに動的かつ自動的に実行されます。

市場投入までの時間短縮

複雑なサーバークラスタをプロビジョニングする必要がないため、開発者はより高いリリース速度の達成に集中できます。これにより、コードを本番環境にリリースしたり、段階的なコード変更を実装したりするのにかかる時間が短縮され、顧客へのアプリ提供が高速化されます。

コストの最適化

すべてがオンデマンドでプロビジョニングされるため、組織は未使用のストレージスペース、コンピュート時間、ネットワーキングに費用を払う必要がありません。サーバーレスサービスの消費は通常ミリ秒単位で測定され、それに応じて課金されます。

サーバーレスコンピューティングのデメリット

どのソフトウェアソリューションにも短所があります。しかし、構築するアプリによっては、これらのサーバーレスの欠点のいくつかをそれほど気にする必要はないかもしれません。

レイテンシ

関数を実行するとき、サーバーレスプロバイダは呼び出しごとに必要なリソースを自動的にデプロイします。ワークロードのサイズに応じて、コンテナは通常ミリ秒でプロビジョニングされますが、数秒かかることもあります。レイテンシは「ウォームスタート」によって削減できます。これは前回の実行からインスタンスを再利用します。

実行時間

サーバーレス関数の実行時間は制限されており、一定期間後に中止されます。これは通常、呼び出し後約5分ですが、プロバイダによって異なります。実行制限は、長時間実行プロセスを開始するアプリにとって大きな欠点です。この問題を緩和するには、コードを小さなチャンクに分割し、マイクロサービスとして実行します。

ベンダーロックイン

プロバイダは通常、サーバーレスサービスを実現するために独自技術を使用します。これにより、ワークロードを別のプラットフォームに移行したいユーザーにとって問題が生じる可能性があります。別のプロバイダに移行する際、コードとアプリのアーキテクチャへの変更は避けられません。

セキュリティ

ユーザーは、自身のコードを実行するインスタンス設定をほとんど制御できません。これはユーザーから隠され、サービスプロバイダの領域にあります。したがって、セキュリティ運用もプロバイダの手に委ねられます。攻撃が発生した場合、ユーザーは無力であり、プロバイダが損害を軽減しシステムを復旧するのを頼るのみです。サーバーレス環境で複数のエントリーポイントを持つアプリケーションは、攻撃対象領域が増えるため脆弱性が高まります。

サーバーレスコンピューティングの将来

サーバーレスコンピューティングはまだ比較的新しいテクノロジーです。その将来は、上記の欠点、特にコールドスタートを解決するサービスプロバイダの能力にかかっています。プロバイダは、アイドル状態がしばらく続いた後に関数を実行するまでの時間を短縮する必要があります。この問題を解決すれば、レイテンシが減少し、シームレスなユーザー体験が保証されます。

サーバーレスは現在、関数実行にステートレスコンテナに依存しています。サーバーレスの未来は、ステートフルアプリがサーバーレスのメリットを活用できるようにする方向に向かっています。これにより、開発者はバックエンドデータ管理を気にせずステートフルアプリを構築できるようになります。

DevOpsの観点では、サーバーレスはNoOpsの拡大につながります。このトレンドは、サーバーレスプロバイダが顧客に代わってすべてのインフラストラクチャ運用を処理するようになることを意味します。このような環境では、企業が社内運用チームを持つ必要はありません。

今後数年間で、Kubernetesがサーバーレスの基盤になることが予想されます。ネットワーキング、アジャイルな自動スケーリング、マルチクラウドデプロイのサポートにより、Kubernetesの移植性はサーバーレスコンピューティングを複数の面で強化します。サービスプロバイダがときにアプリの振る舞いを制限するため、サーバーレスで特定のクラスのアプリを実行するのは非現実的です。Kubernetesを使用すれば、開発者はそれらの制限を克服し、特定のニーズに基づいたサーバーレスプラットフォームを構築できるようになります。

結論

名前はサーバーの不在を示唆していますが、サーバーレスコンピューティングは依然としてクラウドまたは物理サーバーに依存しています。インフラストラクチャ運用を排除し、開発者がアプリの記述とデプロイに集中できるコンピューティングモデルです。サーバーレスモデルは、Backend-as-a-ServiceとFunctions-as-a-Serviceという2つの主要領域を中心に展開します。

前者はユーザーにすぐに使えるバックエンドアーキテクチャを提供し、後者はステートレスコンテナでアプリを実行できるようにします。これらのコンテナは、イベントやトリガーに基づいて自動的にプロビジョニングされます。したがって、サーバーレスは現在のすべての開発問題の銀の弾丸ではありません。マイクロサービスベースのアーキテクチャを採用する非モノリシックアプリに主に向いています。