クラウドネイティブとは？ アプリアーキテクチャ

クラウドネイティブ - 概要

基本的な意味を説明する前に、一点明確にしておく。『クラウドネイティブ』は、人によって様々な意味を持ちます。例えば、約10年前にNetflixがこの用語を作った際は、クラウド技術を指していました。

クラウドの普及が進むにつれ、この用語の意味は広がり、クラウド上に展開されたアプリやソフトウェアも含まれるようになりました。信頼できる情報源であるCNCFによれば、この用語は、どこからでも業務が行えるように、クラウド上でエンタープライズ向けのソリューションを設計するためのアプリ・ソフトウェア開発手法を意味します。

どのクラウドでも作られたアプリはこのカテゴリーに含まれます。プライベート、パブリック、またはハイブリッドクラウドのいずれを利用しても構いません。一般的には、コンテナ、サービスメッシュ、APIなどの不変なインフラを開発する際に用いられます。

この手法では、開発者は自動化を用い、独立したシステム同士を連携させることが可能です。そのため、クラウドネイティブなアプリ開発はエラーが少なく、手間も軽減されます。

企業にとって、クラウドネイティブな手法は、デジタル化を進める中でのスピードと柔軟性の向上を目指します。

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クラウドネイティブアプリとは？

これらのアプリは、完全に独立した機能的なマイクロサービスが組み合わさって、完成されたアプリとなっています。従来のソフトウェアとは異なり、データはローカルに保存されず、どこからでも即時にアクセスできます。

なぜ重要なのか？

企業がクラウドネイティブなソリューションを好む理由を見ると、その重要性について疑問に思うかもしれません。確かに、これにより柔軟性、移植性、そして強靭性が向上します。しかし、それだけでしょうか？ 

いいえ、それ以上のものがあります。

クラウドネイティブアプリが企業にとってどれほど重要かを説明します。

• 大幅なコスト削減

オンサイトや社内アプリと比べ、クラウドネイティブなソリューションの管理、開発、トラブルシューティングはかなり経済的です。クラウドネイティブアプリは、サービス提供者によりあらかじめ管理されたリソースとして提供されるため、運用コストを大幅に削減できます。

• 継続的なサービス提供と生産性向上

クラウドネイティブアプリは、常に機能し続けるよう設計されています。クラウドは場所に依存しないため、必要なツールや機能、ソリューションにどこからでも即時にアクセス可能です。これにより、サービスが常に利用でき、チームの生産性向上に寄与します。

• より高い柔軟性

クラウドネイティブなソリューションは非常に柔軟に設計されており、企業が希望するクラウドを選択できるようになっています。パブリック、プライベート、またはハイブリッドクラウドのいずれでもアプリを運用でき、この柔軟性により最適な結果が得られるリソースを採用できます。 

• 使いやすさ

クラウドネイティブなSaaSソリューションは、非常に使いやすいユーザインターフェイスと簡単な導入プロセスが備わっています。そんなアプリはあまりインストールや設定を必要とせず、ほとんどのソリューションがプラグ＆プレイ形式で、簡単なログイン後にすぐに利用できます。

このように、企業は面倒なトレーニングや設定プロセスから解放され、即時にこれらのアプリを利用できます。

• 自動化されたIT運用

ファイルのアップロードから有益なレポート作成まで、クラウドネイティブなアプリはあらゆる作業に自動化を導入しています。コアなIT運用を自動化することで、故障リスクや人的ミス、抜け穴の可能性が減少します。

セキュリティパッチやソフトウェア・バージョンアップの自動化は大きな変化をもたらします。これにより、チームがこれらの重要な作業を追跡する手間がなくなり、セキュリティも向上します。

これは全体像の一端にすぎません。従来のシステムをクラウドネイティブなソリューションに置き換えた企業は、あらゆる面で優れた成果を実感しています。

クラウドネイティブコンピューティング財団 (CNCF)

CNCFはクラウドネイティブに関連する開発に重要な役割を果たしています。世界的に認められたオープンソース組織であり、クラウドネイティブなアプリや技術の普及を促進しています。

2015年に設立されました。当時は、Kubernetesにアクセスするためのベンダーニュートラルなプラットフォームとして機能していました。ご存知の通り、Kubernetesはコンテナ化アプリ構築の重要なリソースであり、追加リソースなしにスケールアップを可能にします。ここではKubernetesに焦点を当てないことにします。

現在、CNCFはKubernetesとともにPrometheusをサポートしており、クラウドへの移行を加速するための豊富なクラウドネイティブなコンピューティングリソースを提供しています。

多くのクラウドネイティブなコンポーネントが用意されており、企業はクラウドネイティブアプリを構築する際に容易に利用できます。

クラウドネイティブ技術に携わる開発者、ベンダー、エンドユーザーはCNCFのメンバーであり、会議やワークショップの開催にも積極的に参加しています。Linux Foundationの一員であり、世界中で48,000人以上の貢献者を持つコミュニティです。

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クラウドネイティブなアーキテクチャ

この議論を始める前に、何ではないのかを理解しましょう。モノリシックではなく、時間がかかるのです。従来の手法は、新機能を制作・テストしてから対象のアプリやシステムに導入する必要がありました。

そのため、各チームが常に準備を整える必要があり、生産は非常に手間がかかり時間を要しました。チーム間のコミュニケーションミスが、ソリューションの性能に直接影響を及ぼすことがありました。最悪の場合、開発チームは特定のツールのみを使用する制約がありました。

これらすべての煩雑さから、柔軟で、継続的かつスケーラブルな新しいウェブ・ソフトウェア・アプリの開発手法が求められ、その結果としてクラウドネイティブが誕生しました。 

基本的には、クラウドネイティブなアーキテクチャは、クラウドネイティブなアプリやソリューションを開発するための様々なコードや機能要素の組み合わせです。以下は、その代表的な要素の一覧です：

• マイクロサービス、Docker、Kubernetes

この三者はそれぞれ異なる意味を持ち、クラウドネイティブな開発に大きく貢献します。それぞれを簡単に説明します：

マイクロサービス とは、完全に独立した小さなアプリやサービス、ソフトウェアコンポーネントを指し、それらが組み合わさって完全なソリューションを構成します。各マイクロサービスは専用の役割を持つ点に留意すべきです。複雑で手間のかかるアプリの設計には、開発者が段階的に機能を追加できるため、よく利用されます。

クラウドネイティブなサービスにおけるDockerは、マイクロサービスの運用に大いに役立ちます。Dockerコンテナにより、各マイクロサービスを独立して運用できるようになります。

K8sは、マイクロサービスをコンテナ化するための最も好まれる方法の一つで、これにより業務効率が大いに向上します。

• API

おそらく最も有名なクラウドネイティブなアーキテクチャの要素であるAPIは、アプリ間の連携を可能にするため非常に重要です。異なる独立したマイクロサービス間を統合し、包括的なアプリを構築します。APIは、マイクロサービスにどのデータを処理し、どのような結果を出すかを指示します。

• Service Mesh

これはクラウド上に展開されるソフトウェアレイヤーで、クラウドネイティブなアプリやソリューション作成時に展開された各マイクロサービス間の常時通信を確立するために主に用いられます。また、追加コードを作成せずに機能を拡張するためにも利用されます。

• コンテナオーケストレーション

この手法がなければ、マイクロサービスが多用するコンテナの管理が困難となり、スムーズなクラウドネイティブインフラの運用は期待できません。Docker SwarmやK8sといったオーケストレーターは、コンテナを制御するために重要な役割を担います。

• 自動デプロイ

クラウドネイティブアプリの約束されたスピードと柔軟性は、IaC（Infrastructure as Code）による自動化によって実現されます。自動化は、複数の開発段階で連続的に進行します。 

ここでいう『連続的』とは、休みなくコードを構築するという意味ではなく、コードの一行でも変更されればすぐに更新が反映されるということです。

• 監視

クラウドネイティブなインフラでは、コンテナやマイクロサービスが広く用いられるため、それらを継続的に管理するための包括的な監視が必須です。さらに、クラウドネイティブアプリが保持する大規模なデータベースの管理にも監視ソリューションが活用されます。 

理想的には、CNCFにより、Prometheusがクラウドネイティブ環境での監視ツールとして推奨されています。これにより、コンテナベースのマイクロサービスやウェブ・ソフトウェアアプリの監視が効率的に行われます。 

• カルチャーの変革

クラウドネイティブなソリューションの完成度を追求する中で、企業文化を考慮することは、全体の開発プロセスに影響を与えるため必須です。社内チームに、企業文化に合った横断的な手順について情報を共有することが賢明です。

クラウドネイティブとDevOps

クラウドネイティブな手法はDevOpsと密接な関係にあり、次にその関連性を説明します。ご存じの通り、クラウドネイティブな手法は、コンテナ、サービスメッシュ、マイクロサービスなどのリソースに基づき、機能的な小部分を開発し、それらを組み合わせて完全なアプリを構築する方法です。

このため、DevOpsが非常に似た概念であることから、クラウドネイティブとDevOpsを結びつける意見もあります。まず、DevOpsとは何かを理解しましょう。これは、開発者が小さなコードを作成、テストし、本番環境で使用するというソフトウェア開発手法です。

開発と運用が同時に進行します。クラウドネイティブと同様、この手法もコンテナやIaCを利用します。これにより、DevOpsは常にクラウドネイティブであるべきなのでしょうか？

実際のところ、DevOpsとクラウドネイティブが常に直接連携する必要はありません。しかし、両者のメリットを考えると、一緒に活用するのが賢明です。

最近注目されている新しい概念として、Kubernetesを活用したクラウドネイティブなDevOpsがあります。

基本的には、これは企業が迅速なクラウド活用と高いスケーラビリティを実現するための現代的なアプローチを示しています。実行にあたり、注意すべき重要な概念を紹介します。

• 継続的デリバリー

これはすでにクラウドネイティブな手法とDevOpsの一部です。Kubernetesを利用することで、スピードが向上し、参入障壁が低減され、企業は一日中変更を更新することが可能になります。

この方法は、コードが常に最新であるため、長期的にも大きな成果をもたらします。さらに、変更が容易に元に戻せる点も利点です。継続的デリバリーパイプラインの導入は、クラウドネイティブなDevOps開発において、ソースコードの基本的な生産レベルでの修正を可能にするため、必要不可欠です。 

また、不要な変更を排除することも可能です。テストにおいて、継続的デリバリーは大きな役割を果たします。過剰な負担をかけることなく、小規模な顧客セクション向けの個別テストを実施でき、万が一テストで不具合が発生しても、開発者は変更を取り消し、前の状態に戻すことができます。

これはクラウドネイティブなセキュリティにおいても大きな意味を持ちます。開発と同時にテストが行われるため、誤ったコードが使用される可能性は極めて低く、バグやエラーはコードが実際に使用される前に修正されます。

• 継続的インテグレーション

この手法は、複数のチームが作業する中でコード変更の統合を促進するため、クラウドネイティブなDevOpsの中心に位置しています。頻繁に更新されるコードは、このアプローチを用いることで簡単にアプリへ統合されます。

• サーバーレス

開発時間の大部分はサーバ管理に費やされますが、サーバーレスはその問題を解決する手法です。この現代的な戦略は、サーバの状態を気にすることなくコードの設計と運用を可能にするため、クラウドネイティブなDevOpsで広く採用されています。

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クラウドネイティブスタックとは？

クラウドネイティブなソリューション開発を行うなら、クラウドネイティブスタックの理解は必須です。これは、クラウドネイティブ技術の解説とも言えます。さて、どのようなクラウド技術なのでしょうか？

具体的には、クラウドネイティブなアプリを開発・管理・運用するための技術が含まれます。以下に、クラウドネイティブスタックを構成する各層について簡単に説明します。

• 最初の層であり、スタックの核となるインフラ層は、OS、ネットワーク、ストレージ、その他各種のクラウドネイティブなコンピューティングリソースを含み、これらは第三者のクラウドサービス業者が提供します。
• プロビジョニング層は、クラウドエコシステムの構成に関する詳細、技術、および割り当てを扱う層です。
• 三番目の層はランタイム層で、コンテナの動作に不可欠な技術で構成されます。通常、コンテナランタイム、クラウドデータストレージ、ネットワーク機能などのリソースが含まれます。
• 四番目の層であるオーケストレーション & 管理層は、複数のクラウドコンポーネントを統合し、一つの統一されたリソースとして機能させる役割を担います。従来のコンピューティングがOSを持つように、クラウドコンピューティングはオーケストレーションと管理を特徴とし、Kubernetesなどのツールがその要となります。
• 最後に、ソリューションの展開に関連する技術を含むアプリ開発層があります。

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クラウドコンピューティングとは？

この用語は、通常外部のデータセンターでホストされるソフトウェアアーキテクチャを指します。サービスを利用するには、加入費用が必要です。 

この手法では、企業はクラウドアプリをプラグ＆プレイ形式で利用でき、展開、保守、トラブルシューティングの手間がかかりません。  

クラウドネイティブアプリと従来型エンタープライズアプリの比較

クラウドネイティブアプリの意味を十分に理解するためには、従来型アプリと比較してその優れた点を把握することが重要です。以下に、両者の主な違いを簡単にまとめます。

クラウドネイティブのメリットとは？

クラウドネイティブな手法の採用は、様々な面での改善につながります。例えば：

• 企業はオンデマンドなスケーリングを実現できます。 コードが継続的に変更されるため、無限の拡張が可能です。最も優れている点は、クラウドネイティブな手法に備わるスケーラビリティが新たなリソースやインフラを必要とせず、既存のリソースで目的の成果を発揮することです。
• ベンダーロックインを回避できます。 提供されたものに縛られる必要はなく、クラウドネイティブは優れたマルチクラウドツールの統合を実現しており、使用するものを自由に選択できます。
• 環境間の簡単な移行が保証されます。
• 既存のパブリッククラウドが十分でない場合、クラウドネイティブなデータベースやリソースは自動的に移行されるため、大きな手間をかけずにプライベートまたはハイブリッドクラウドへ切り替えることができます。
• タイム・トゥ・マーケットの短縮は、この手法の主要な利点の一つです。必要なリソースに即時にアクセスでき、手間のかかる設定なしに利用可能なため、開発プロセスのスピードが大幅に向上します。

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クラウドネイティブの課題

多くの利点がある一方で、この手法にも課題は存在します。クラウドネイティブな運用に踏み切る際は、その伴う主要な課題を把握する必要があります。

• 最適なツールと技術の選定

豊富なリソースが存在するため、どのクラウドネイティブなツールや技術が最適かを決定するのは非常に難しく、現時点で約52%のクラウドネイティブ利用者がこの点に頭を悩ませています。手法の成功は使用するツールや技術の質に大きく依存するため、軽率な選択は避けるべきです。

• 極めて複雑なアーキテクチャ

認めざるを得ません。クラウドネイティブは、モノリシックなアプリを複数の小規模なサービスに分割するため、非常に複雑なアーキテクチャとなり、多くの人にとって扱いづらい場合があります。

• インフラの最新状態の維持

クラウドインフラはコンテナとKubernetesを中心とし、そのオーケストレーターの管理が大きなチャレンジとなります。各マイクロサービスに対して完全なコンテナオーケストレーションが要求されるのは大変なことです。

これらの課題は一見大きく見えますが、適切な計画と管理により対処可能です。問題を解決するためのチームを整え、常に先を見据えた計画を立て、貴社のニーズを十分に把握した上でクラウドネイティブな運用を採用してください。

これらを念頭に置けば、従来型から現代的なクラウドネイティブアプリのエコシステムへの移行が円滑に進むと確信しています。