Cloud-native Architektur: Die Zukunft moderner Entwicklung

Cloud-native hat bereits bewiesen, die Zukunft der Softwareentwicklung zu sein. Bis 2025 werden 80% der Enterprise-Apps cloud-basiert sein oder im Prozess der Migration zu Cloud-nativen Apps.

IT-Abteilungen migrieren in die Cloud, um Geld zu sparen und ihre Designs sicher Off-Site zu halten. Bevor Sie über einen solchen Wechsel nachdenken, stellen Sie sicher, die Architektur hinter solchen Applikationen zu verstehen.

Was ist Cloud-native Architektur?

Cloud-native Applikationen bestehen aus Microservices, die in Container gepackt sind und auf Cloud-Computing-Infrastruktur laufen. Solche Applikationen werden in der Cloud entwickelt, getestet und deployed. Daher laufen sie auf Private, Public, Hybrid oder Multi-Cloud-Infrastruktur.

Eine Cloud-native Applikation hat ein Microservice-Architekturdesign – eine Sammlung lose gekoppelter Services, die zusammenarbeiten. Jeder Service hat seine Funktionalität und repräsentiert eine unabhängige Komponente. Ein Container-Orchestrierungssystem managt diese wiederverwendbaren, resilienten und skalierbaren Funktionalitätsmodelle. Mit einem solchen System kann eine Cloud-native Applikation Ressourcen horizontal skalieren, indem sie diese bei Bedarf hinzufügt oder entfernte.

Das Entwickeln und Betreiben einer App mit Cloud-nativer Architektur impliziert Kompatibilität mit verschiedenen Plattformen und Cloud-Providern. Dies gibt Ihrem Business die benötigte Flexibilität sowie ein breites Array an Ressourcen, die es nutzen kann. Beispielsweise ist phoenixNAPs Bare Metal Cloud eine Cloud-native IaaS-Plattform, die Sie in Ihre bestehende Infrastruktur integrieren können.

Ein solches System bietet Entwicklern eine Plattform, mit der sie Continuous Integration und Continuous Delivery sicherstellen können. Durch das Einrichten einer Applikation nach den Prinzipien der Cloud-nativen Architektur arbeiten Entwickler an der Verbesserung der User Experience und dem Hinzufügen neuer Features, ohne sich um Downtime oder Verfügbarkeit sorgen zu müssen.

Arten von Cloud-nativen Designs

• Basic. Das Basic Cloud-native Design backed das System periodisch in der Cloud. Sie verbinden sich via DNS mit einer Applikation. Der DNS greift auf einen der Load Balancer zu, der Sie zur App führt. Schlüsseldaten werden in der Master- und Slave-Datenbank gehalten, die mit der Applikation kommunizieren.
• Multi-Cloud. Eine Applikationskomponente kann auf mehreren Cloud-Plattformen laufen. Sie greifen via DNS darauf zu. Ein solches Setup erfordert keine duplizierten Systeme. Die Daten werden auf Ihrer Plattform gespeichert, während die Komponenten in mehreren Umgebungen arbeiten.
• Hybrid. Greifen Sie via DNS auf Ihre Applikation zu. Der DNS verbindet mit einem der Load Balancer, der Sie zur App führt. Während die App zu einer Master-Datenbank pusht, werden Replikate in eine Slave-Datenbank, eine andere Cloud-Plattform oder Ihr Gebäude gespeichert.

5 Prinzipien der Cloud-nativen Architektur

Das Designen und Betreiben einer Applikation basierend auf Cloud-nativer Architektur impliziert das Befolgen bestimmter Prinzipien, um optimierte Performance und schnelle Delivery zu gewährleisten.

Selbstständige Container

Die Cloud-native Architektur besteht aus Containern, die alles enthalten, was für einen spezifischen Microservice benötigt wird – Libraries, Dependencies und eine leichte Runtime. Mit allen Anforderungen, die im isolierten Container gepackt sind, können Entwickler diesen schnell von einer Umgebung in eine andere verschieben.

Diese Mobilität und Unabhängigkeit resultieren auch aus externalisierter Konfiguration. Der Container selbst hat unveränderliche Infrastruktur, die für eine spezifische Umgebung konfiguriert ist.

Die am häufigsten genutzte Container-Technologie ist Docker, während Kubernetes zum Deployen, Skalieren und Managen containerisierter Applikationen verwendet wird.

Managed Services für Interaktion und Kollaboration designed

Cloud-native Services müssen miteinander und mit Drittanbieter-Applikationen kommunizieren. Eine Cloud-native App nutzt APIs wie RESTful API, um Kommunikation zwischen einem Service und einer externen Applikation oder Legacy-Programm herzustellen.

Für interne Kommunikation und Management bieten Microservices die Möglichkeit, einen dedizierten Infrastruktur-Layer hinzuzufügen, der die gesamte interne Kommunikation handhabt. Dieser Layer heißt Service Mesh. Seine primäre Rolle ist es, Services innerhalb der Cloud-nativen Architektur zu verbinden, zu sichern und zu beobachten. Es gibt eine breite Palette an Open-Source-Service-Mesh-Implementierungen, wobei Istio die beliebteste Wahl ist.

Stateslose und skalierbare Komponenten

Cloud-native Architektur erfordert, dass eine Applikation zustandsunabhängige Komponenten hat. Das bedeutet, sie speichert State extern, sodass jede Instanz innerhalb des Services eine gegebene Anfrage verarbeiten kann. Beim Designen einer verteilten Cloud-nativen Applikation wollen Sie so viele zustandslose Komponenten wie möglich.

Ohne Aufrechterhaltung von Datenpersistenz oder Sessions kann das System leicht skalieren, reparieren, rollbacken und load-balancen. Abhängig vom Workload skaliert eine Cloud-native App horizontal, indem sie Instanzen bei Bedarf hinzufügt und entfernt. Zusätzlich erlaubt ihre zustandslose Natur Entwicklern, existierende Instanzen mit minimalem Downtime durch das Spinnen von Replacements zu reparieren. Mit zustandslosen Komponenten ist es auch simpler, zu einer älteren Version der Applikation zurückzurollen sowie zwischen Instanzen zu load-balancen.

Automatisierte Prozesse und CI/CD-Pipeline

Einer der Hauptvorteile Cloud-nativer Systeme ist, dass ihre Infrastruktur einfacher zu automatisieren ist. Entwickler können Automatisierung durch eine CI/CD-Pipeline für schnellere Reparaturen, Skalierung und Deployment nutzen. Daher sollten Building, Testing und Deploying automatisiert sein. Zusätzlich sind Rollbacks, Canary-Deployments, Scaling up und down, Monitoring und Recovery Prozesse, die alle automatisiert werden können.

Resiliente Architektur

Ein primärer Fokus in der App-Entwicklung ist das Designen einer resilienten Applikation. Es involviert das Bauen und Konfigurieren eines Systems mit hoher Verfügbarkeit und einem effizienten Disaster-Recovery-Plan. Da Ausfälle unvermeidbar sind, ist der beste Weg, mit potenziellen zukünftigen Problemen umzugehen, vorauszuplanen.

Die Cloud-native Architektur, zentriert um Microservices, bietet ein starkes System, das Resilienz gewährleistet. Mit automatisierter Recovery und zustandslosen skalierbaren Komponenten können mehrere Instanzen Tasks übernehmen, wenn nötig. Daher können Sie Downtime minimieren und die App am Laufen halten, um die beste User Experience zu bieten.

Vorteile und Nachteile der Cloud-nativen Architektur

Nach dem Lernen der grundlegenden Prinzipien und Architektur Cloud-nativer Applikationen, betrachten Sie ihre Hauptvorteile und potenziellen Schwierigkeiten.

Vorteile:

• Mit lose gekoppelten Microservices arbeiten Entwickler an jedem Microservice unabhängig, ohne die gesamte App zu beeinträchtigen.
• Die Nutzung einer Container-Orchestrierungsplattform wie Kubernetes vereinfacht Troubleshooting, da Entwickler Bugs finden können, ohne die gesamte Applikation auseinanderzunehmen.
• Da Microservices plattform-agnostisch sind, können sie in der Sprache und dem Framework geschrieben werden, das den Applikationsanforderungen am besten entspricht.
• Ein zentraler Container-Orchestrator verbessert Performance durch automatisches Scheduling und Allokation von Ressourcen basierend auf Demand.
• Businesses müssen nicht von einem einzelnen Provider abhängen. Die Microservice-Architektur erlaubt ihnen, eine Multi-Cloud- oder Hybrid-Cloud-Strategie zu verfolgen.

Nachteile:

• Das Team muss eine DevOps-Pipeline etablieren und sich anpassen, um CI/CD von Microservices zu gewährleisten.
• Microservices müssen aufgrund von Sicherheitsrisiken durch schnelles Skalieren und die dynamische Natur der Cloud-nativen Architektur überwacht und gemanagt werden.
• Einige Microservices können spezifische Capabilities erfordern, die sie von einem Betriebssystem oder einer Maschine abhängig machen.

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