Cloud-native Architektur:Die Zukunft der Entwicklung

Cloud Native hat sich bereits als die Zukunft der Softwareentwicklung erwiesen. Bis 2025 werden 80 % der Unternehmens-Apps cloudbasiert sein oder dabei sein, auf Cloud-native Apps umzusteigen.

IT-Abteilungen migrieren in die Cloud, um Geld zu sparen und ihre Designs extern sicher aufzubewahren. Bevor Sie über einen solchen Wechsel nachdenken, stellen Sie sicher, dass Sie die Architektur hinter solchen Anwendungen verstehen.

Was ist Cloud-native Architektur?

Cloud-native Anwendungen bestehen aus Microservices, die in Container verpackt sind, die auf einer Cloud-Computing-Infrastruktur ausgeführt werden. Solche Anwendungen werden in der Cloud entwickelt, getestet und bereitgestellt. Daher werden sie auf einer privaten, öffentlichen, Hybrid- oder Multi-Cloud-Infrastruktur ausgeführt.

Eine Cloud-native Anwendung hat ein Microservice-Architekturdesign – eine Sammlung von lose gekoppelten Diensten, die zusammenarbeiten. Jeder Dienst hat seine Funktionalität und stellt eine eigenständige Komponente dar. Ein Container-Orchestrierungssystem verwaltet diese wiederverwendbaren, stabilen und skalierbaren Funktionsmodelle. Mit einem solchen System kann eine Cloud-native Anwendung Ressourcen horizontal skalieren, indem sie bei Bedarf hinzugefügt oder entfernt werden.

Das Entwickeln und Ausführen einer App mit der Cloud-nativen Architektur impliziert, dass sie mit verschiedenen Plattformen und Cloud-Anbietern kompatibel ist. Dies gibt Ihrem Unternehmen die Flexibilität, die es benötigt, sowie eine breite Palette von Ressourcen, die es nutzen kann. Zum Beispiel ist die Bare Metal Cloud von phoenixNAP eine cloudnative IaaS-Plattform, die Sie verwenden können, um sie in Ihre vorhandene Infrastruktur zu integrieren.

Ein solches System bietet Entwicklern eine Plattform, mit der sie eine kontinuierliche Integration und kontinuierliche Bereitstellung sicherstellen können. Durch die Einrichtung einer Anwendung nach den Prinzipien der Cloud-nativen Architektur arbeiten Entwickler daran, die Benutzererfahrung zu verbessern und neue Funktionen hinzuzufügen, ohne sich Gedanken über Ausfallzeiten oder Verfügbarkeit machen zu müssen.

Arten von Cloud-nativen Designs

• Einfach. Das grundlegende Cloud-native Design sichert das System regelmäßig in der Cloud. Sie verbinden sich über DNS mit einer Anwendung. Das DNS greift auf einen der Load Balancer zu, der Sie zur App führt. Schlüsseldaten werden in der Master- und Slave-Datenbank gespeichert, die mit der Anwendung kommunizieren.
• Multi-Cloud. Eine Anwendungskomponente kann auf mehreren Cloud-Plattformen ausgeführt werden. Der Zugriff erfolgt über DNS. Ein solches Setup erfordert keine doppelten Systeme. Die Daten werden auf Ihrer Plattform gespeichert, während die Komponenten in mehreren Umgebungen funktionieren.
• Hybrid. Greifen Sie über DNS auf Ihre Anwendung zu. Das DNS stellt eine Verbindung zu einem der Load Balancer her, der Sie zur App führt. Während die App in eine Master-Datenbank pusht, werden die Replikate in einer Slave-Datenbank, einer anderen Cloud-Plattform oder in Ihrem Gebäude gespeichert.

5 Prinzipien der Cloud-nativen Architektur

Das Entwerfen und Ausführen einer Anwendung basierend auf der Cloud-nativen Architektur erfordert die Einhaltung bestimmter Prinzipien, um eine optimierte Leistung und eine schnelle Bereitstellung sicherzustellen.

Eigenständige Container

Die Cloud-native Architektur besteht aus Containern, die alles enthalten, was für einen bestimmten Microservice erforderlich ist – Bibliotheken, Abhängigkeiten und eine schlanke Laufzeit. Da alle Anforderungen im isolierten Container verpackt sind, können Entwickler ihn schnell von einer Umgebung in eine andere verschieben.

Diese Mobilität und Unabhängigkeit sind auch das Ergebnis einer externalisierten Konfiguration. Der Container selbst hat eine unveränderliche Infrastruktur, die für eine bestimmte Umgebung konfiguriert ist.

Die am häufigsten verwendete Containertechnologie ist Docker, während Kubernetes zum Bereitstellen, Skalieren und Verwalten containerisierter Anwendungen verwendet wird.

Managed Services für Interaktion und Zusammenarbeit

Cloudnative Dienste müssen miteinander und mit Anwendungen von Drittanbietern kommunizieren. Eine Cloud-native App verwendet APIs wie die RESTful-API, um eine Kommunikation zwischen einem Dienst und einer externen Anwendung oder einem Legacy-Programm herzustellen.

Für die interne Kommunikation und Verwaltung bieten Microservices die Möglichkeit, eine dedizierte Infrastrukturschicht hinzuzufügen, die die gesamte interne Kommunikation abwickelt. Diese Ebene wird als Service Mesh bezeichnet. Seine Hauptaufgabe besteht darin, Dienste innerhalb der Cloud-nativen Architektur zu verbinden, zu sichern und zu überwachen. Es gibt eine große Auswahl an Open-Source-Service-Mesh-Implementierungen, wobei Istio die beliebteste Wahl ist.

Zustandslose und skalierbare Komponenten

Cloud-native Architektur erfordert, dass eine Anwendung zustandsunabhängige Komponenten hat. Das bedeutet, dass der Status extern gespeichert wird, sodass jede Instanz innerhalb des Dienstes eine bestimmte Anfrage verarbeiten kann. Beim Entwerfen einer verteilten Cloud-nativen Anwendung möchten Sie so viele zustandslose Komponenten wie möglich.

Ohne die Datenpersistenz oder Sitzungen aufrechtzuerhalten, kann das System problemlos skalieren, reparieren, zurücksetzen und Lasten ausgleichen. Je nach Workload skaliert eine Cloud-native App horizontal und fügt bei Bedarf Instanzen hinzu und entfernt sie. Darüber hinaus ermöglicht seine zustandslose Natur Entwicklern, vorhandene Instanzen mit minimaler Ausfallzeit zu reparieren, indem sie Ersatz bereitstellen. Mit zustandslosen Komponenten ist es auch einfacher, auf eine ältere Version der Anwendung zurückzusetzen sowie die Last zwischen Instanzen auszugleichen.

Automatisierte Prozesse und CI/CD-Pipeline

Einer der Hauptvorteile von Cloud-nativen Systemen ist, dass ihre Infrastruktur einfacher zu automatisieren ist. Entwickler können die Automatisierung über eine CI/CD-Pipeline für schnellere Reparaturen, Skalierung und Bereitstellung nutzen. Daher sollten das Erstellen, Testen und Bereitstellen automatisiert werden. Darüber hinaus sind Rollbacks, Canary-Bereitstellungen, Hoch- und Herunterskalieren, Überwachung und Wiederherstellung Prozesse, die alle automatisiert werden können.

Resiliente Architektur

Ein Hauptaugenmerk bei der App-Entwicklung liegt auf dem Design einer robusten Anwendung. Dazu gehört der Aufbau und die Konfiguration eines Systems mit hoher Verfügbarkeit und einem effizienten Disaster-Recovery-Plan. Da Ausfälle unvermeidlich sind, ist der beste Weg, mit potenziellen Problemen in der Zukunft umzugehen, vorausschauend zu planen.

Die Cloud-native Architektur, die sich auf Microservices konzentriert, bietet ein starkes System, das Ausfallsicherheit gewährleistet. Mit automatisierter Wiederherstellung und zustandslosen skalierbaren Komponenten können bei Bedarf mehrere Instanzen Aufgaben übernehmen. Daher können Sie Ausfallzeiten minimieren und die App am Laufen halten, um die beste Benutzererfahrung zu bieten.

Vor- und Nachteile der Cloud-nativen Architektur

Nachdem Sie sich mit den Grundprinzipien und der Architektur von Cloud-nativen Anwendungen vertraut gemacht haben, untersuchen Sie deren Hauptvorteile und potenzielle Schwierigkeiten.

Vorteile:

• Bei lose gekoppelten Microservices arbeiten Entwickler unabhängig voneinander an jedem Microservice, ohne die gesamte App zu beeinträchtigen.
• Die Verwendung einer Container-Orchestrierungsplattform wie Kubernetes vereinfacht die Fehlerbehebung, da Entwickler Fehler finden können, ohne die gesamte Anwendung auseinandernehmen zu müssen.
• Da Microservices plattformunabhängig sind, können sie in der Sprache und dem Framework geschrieben werden, die den Anwendungsanforderungen am besten entsprechen.
• Ein zentraler Container-Orchestrator verbessert die Leistung, indem er die automatische Planung und Zuweisung von Ressourcen basierend auf dem Bedarf verwaltet.
• Unternehmen müssen sich nicht auf einen einzigen Anbieter verlassen. Die Microservice-Architektur ermöglicht es ihnen, eine Multi-Cloud- oder Hybrid-Cloud-Strategie einzusetzen.

Nachteile:

• Das Team muss eine DevOps-Pipeline einrichten und anpassen, um CI/CD von Microservices sicherzustellen.
• Microservices müssen aufgrund von Sicherheitsrisiken durch schnelle Skalierung und die dynamische Natur der Cloud-nativen Architektur überwacht und verwaltet werden.
• Einige Microservices können bestimmte Funktionen erfordern, die sie von einem Betriebssystem oder Computer abhängig machen.

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