クラウドネイティブテクノロジーとは何でしょうか?

クラウドネイティブテクノロジーは、現代のエンタープライズアーキテクチャに欠かせない要素になりつつあります。これは単なる技術ではなく、企業がデジタル化に向けて変革するための大きな一歩でもあります。この記事では、クラウドコンピューティングの進化と変革、クラウドネイティブの出現の背景、クラウドネイティブの定義と目的、代表的なクラウドネイティブテクノロジー、まとめの 5 つの側面から、クラウドネイティブテクノロジーについて詳しく説明します。

1. クラウドコンピューティングの進化

1.1 仮想化技術の成熟

2000 年頃、仮想化技術が急速に発展し、特に VMware は 2001 年に最初の x86 サーバー仮想化製品 ESX をリリースし、ハードウェアリソースの利用率が大幅に向上しました。仮想化技術が成熟するにつれて、ソフトウェア定義ネットワーク (SDN) やソフトウェア定義ストレージ (SDS) などの概念が登場し、データセンターの運用効率と柔軟性がさらに向上しています。これらのテクノロジーの発展はクラウドコンピューティング時代の到来を意味し、IT インフラストラクチャの構築と管理の方法を完全に変えました。

1.2 クラウドコンピューティングの進化

仮想化技術の成熟に伴い、クラウドコンピューティング市場が活況を呈し始め、IaaS、PaaS、CaaS、FaaS などのさまざまなクラウドサービスモデルや、パブリッククラウド、プライベートクラウド、ハイブリッドクラウドなどのさまざまな展開モードが生まれました。これらのサービスモデルとテクノロジの開発により、クラウドコンピューティングの人気と革新が大きく促進され、企業に柔軟性と拡張性ももたらされました。

IaaS (Infrastructure as a Service): 仮想化されたコンピューティングリソースをサービスとして提供することで、企業は物理ハードウェアへの依存を減らし、設備投資を運用費に変換できます。
PaaS (Platform as a Service): 開発プラットフォームとソリューションをサービスとして提供し、開発者がオペレーティングシステム、データベース、その他の開発ツールを管理することなく、アプリケーションの構築と開発に集中できるようにします。
OpenStack などのオープンソース IaaS により、大企業は独自のプライベートクラウドを構築および管理できるようになり、柔軟性と制御性が向上します。
Docker や Kubernetes などのオープンソース PaaS およびコンテナテクノロジの登場により、アプリケーションのデプロイ、スケーリング、管理のプロセスがさらに簡素化されました。
CaaS (Container as a Service): コンテナ管理とオーケストレーションをサービスとして提供し、コンテナ化されたアプリケーションの展開と操作を簡素化します。
FaaS (Function as a Service): 開発者はサーバーの管理やメンテナンスを気にすることなくコード関数を記述してデプロイできるため、開発の効率と弾力性が大幅に向上します。

1.3 クラウドコンピューティングの第 2 の進化 - コンテナテクノロジー

コンテナテクノロジーはソフトウェア開発に大きな変化をもたらし、Docker (2013) がコンテナの導入を先導し、アプリケーションの展開を柔軟にしました。その後、Kubernetes (2017 年後半) がコンテナオーケストレーションのリーダーとなり、クラウドコンピューティングをより効率的な管理と自動化へと推進しました。 Istio (2018) のリリースにより、サービスメッシュテクノロジーがさらに成熟し、サービスガバナンスの新たな可能性が開かれました。これらのテクノロジーを組み合わせることで、ソフトウェア開発とクラウドコンピューティングの近代化が推進されます。

1.4 クラウドコンピューティングの進化の概要

XaaS の進化は、次のように簡単にまとめることができます。

IaaS を使用すると、顧客は物理マシンについて心配する必要がなく、インフラストラクチャとアプリケーションにのみ集中する必要があります。
PaaS を使用すると、顧客はインフラストラクチャについて心配する必要がなく、アプリケーションにのみ集中できます。
SaaS を使用すると、顧客はデータにのみ集中できます。
CaaS では…

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2. クラウドネイティブの出現の背景

2.1 ソフトウェアは世界を変える

2023年までに、インターネットの影響はあらゆる産業に浸透し、多くのソフトウェアが道路や橋、電力網と同様に国民経済のインフラとなっているでしょう。著者はインターネットの将来規模を予測し、今後 10 年間で、世界中で少なくとも 50 億人がスマートフォンを使用するようになると考えています。つまり、誰もがいつでもどこでも携帯電話を通じてインターネットにアクセスできるようになるということです。

質問: モバイルインターネットの巨大なユーザーベースはソフトウェア開発にどのような影響を与えるでしょうか?
質問：社会インフラとなっているソフトウェアがクラッシュしたらどうなるでしょうか？アリババクラウド、滴滴出行…

2.2 モバイルインターネットが変化を加速させる

モバイルインターネット時代に成功する企業には、成功の礎となるいくつかの共通した重要な特徴があります。

迅速な反復と継続的なイノベーション: これらの企業は、市場の変化に迅速に適応し、新しい製品やサービスを継続的に発売し、競争力を維持することができます。
サービスの継続性を確保する: 高いサービス可用性を確保し、さまざまなエラーや中断に効果的に対応し、ユーザーへの影響を軽減するためにリソースを投資します。
弾力性と拡張性: ユーザーベースが急速に拡大する中、これらの企業は変化するニーズに合わせて柔軟に拡張できるシステムを構築しました。
モバイル中心のユーザーエクスペリエンス: モバイルユーザーのエクスペリエンスを重視し、モバイルユーザーの特別なニーズを満たすためにモバイルファーストの原則に基づいて製品とサービスを設計します。

2.3 ソフトウェアアーキテクチャの変更の傾向

「現在の問題」を解決するという目標を掲げ、ソフトウェアアーキテクチャは徐々にクラウドネイティブアーキテクチャのあるべき姿へと進化しました。

現代のソフトウェア開発の実践では、アプリケーションの規模と複雑さが増すにつれて、さまざまなレベルの課題に対処するために一連の対策が講じられます。

モノリシックアーキテクチャの複雑さを解決するためにマイクロサービスアーキテクチャを採用: 大規模なアプリケーションを小さな独立したサービスに分割することで、各サービスが単一のビジネス機能を実行し、システムの保守性とスケーラビリティが向上します。
分散ガバナンスの問題を解決するためのガバナンスフレームワークと監視の導入: サービスの数が増えるにつれて、これらのサービスを効果的に管理および監視するために、システムの健全性とパフォーマンスを確保するためのガバナンスフレームワークと監視ツールが採用されます。
コンテナを使用してマイクロサービスのデプロイメントの問題を解決する: Docker などのコンテナテクノロジは、マイクロサービスをパッケージ化してデプロイするための軽量で一貫性のある環境を提供し、デプロイプロセスを簡素化し、環境の一貫性を向上させます。
Kubernetes を使用してコンテナオーケストレーションとスケジューリングの問題を解決します。Kubernetes はコンテナオーケストレーションの事実上の標準となっています。コンテナの展開、拡張、管理を自動化し、運用・保守の効率を大幅に向上します。
サービスメッシュを使用して、サービスガバナンスの侵入的な問題を解決します。Istio などのサービスメッシュは、サービス自体のコードを変更することなく、サービス間の通信、監視、セキュリティを処理するための透過的なレイヤーを提供し、開発の負担を軽減します。
プロジェクトの全体的な複雑さをクラウドインフラストラクチャに引き渡す: AWS、Azure、Google Cloud などのクラウドサービスを使用することで、開発チームはクラウドプラットフォームによって提供される「マネージドサービス」を活用して、基盤となるインフラストラクチャの管理を簡素化し、ビジネスロジックの開発に集中できます。サーバーレスアーキテクチャと Infrastructure as Code により、リソース管理がさらに簡素化され、アプリケーションの展開と運用および保守がより柔軟かつ効率的になります。

2.4 クラウドネイティブの誕生

ソフトウェアがあらゆる分野に浸透し、世界にもたらした変化、そしてモバイルインターネット時代の巨大なユーザーベースがソフトウェア開発方法に大きな推進力をもたらし、次のような変化が見られます。

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3. クラウドネイティブの定義と目標

クラウドネイティブの概念は時間の経過とともに進化し、その意味は変化し、マーケティング用語と混同されることも少なくありません。 CNCF によって定義されたクラウドネイティブは現在バージョン v1.0 ですが、将来的には技術の進歩を反映して更新される可能性があります。これは、テクノロジーコミュニティがソフトウェア開発の効率と信頼性の向上を継続的に追求していることを反映しています。

3.2 クラウドネイティブの目標

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4. クラウドネイティブの代表的な技術

クラウドネイティブテクノロジーは、クラウドコンピューティングの柔軟性、スケーラビリティ、俊敏性を最大限に活用するように設計された、ソフトウェアの開発、展開、管理に対する新しいアプローチを表します。クラウドネイティブテクノロジーとその進化の主な方向性は次のとおりです。

コンテナ技術

コンテナテクノロジーは、ソフトウェアをパッケージ化する軽量で移植可能な方法を提供し、アプリケーションとその依存関係をリソースが分離された環境で実行できるようにします。 Docker の登場によりコンテナ技術の普及が大きく促進され、その後の containerd や CRI-O などの技術によりコンテナのランタイムインターフェースがさらに標準化されました。

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コンテナ技術の進化

コンテナテクノロジーの進化には、コンテナオーケストレーションおよび管理ツールの開発が含まれます。その中でも Kubernetes は事実上の標準となり、アプリケーションコンテナを自動的にデプロイ、スケーリング、実行する機能を提供しています。

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CNCF エコシステム

Cloud Native Computing Foundation (CNCF) は、クラウドネイティブテクノロジーエコシステムの開発を推進し、Kubernetes、Prometheus、Envoy などの複数のオープンソースプロジェクトをサポートおよび育成し、包括的なクラウドネイティブテクノロジースタックを形成してきました。

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不変のインフラストラクチャ

不変インフラストラクチャの概念は、事前に構成されバージョン管理されたイメージを使用してインフラストラクチャを展開および管理することを指し、これによりシステムの信頼性とセキュリティが向上します。

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イメージをビルドしてコンテナを実行した後、問題が発生した場合には、コンテナ内で修正・解決するのではなく、コンテナの構築フェーズで解決します。コンテナの観点から見ると、イメージは不変のインフラストラクチャです。コンテナ技術の登場により、さまざまな環境の標準化された構成が可能になりました。何千もの同一サービスを素早く呼び出すことができ、サービスバージョンのアップグレードとロールバックが標準になっています。不変のインフラストラクチャで大規模なサービスを機動的に管理することが徐々に可能になってきました。

マイクロサービスの進化

マイクロサービスアーキテクチャは、アプリケーションを一連の小さな独立したサービスに分割することで、保守性とスケーラビリティを向上させます。このアーキテクチャパターンを採用すると、開発および展開プロセスの俊敏性が向上します。

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マイクロサービスガバナンスが再び進化

Kubernetes の登場により、コンテナオーケストレーションと管理機能が提供され、マイクロサービスアーキテクチャに新たな章が開かれましたが、マイクロサービス間の複雑な相互作用の分散問題に対処する場合、その機能は依然として限られています。これらの問題は、多くの場合、アプリケーションシステムとインフラストラクチャ間のインターフェイスに存在し、よりきめ細かいサービス管理ソリューションを必要とします。

この需要により、サービスメッシュテクノロジーが誕生しました。サービスメッシュは、各サービスの横に軽量ネットワークプロキシ (通常はサイドカーと呼ばれます) を展開して、サービス検出、安全な通信、負荷分散、障害回復などの機能を実装することで、サービス間の通信を管理します。これにより、基盤となるインフラストラクチャがこれらの高度な機能を直接サポートしていない場合でも、アプリケーションは複雑なサービス間相互作用を実装できるようになります。

サービスメッシュは、コンテナの下およびアプリケーションレベルできめ細かいサービス管理を実行する方法を提供し、開発者はビジネスロジックの開発に集中し、ネットワーク通信の複雑さをサービスメッシュに任せることができます。このアーキテクチャは、アプリケーションレベルで分散システムの問題を解決し、サービス依存関係のネットワークを形成することで、より効率的で信頼性の高いマイクロサービス管理を実現します。

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サービスメッシュの進化

サービスメッシュは、マイクロサービスアーキテクチャにおけるサービス検出、負荷分散、障害回復、セキュリティ、構成管理などの問題を解決し、マイクロサービス展開の重要なコンポーネントになります。

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デブオプス

DevOps の文化と実践は、ソフトウェア開発 (Dev) と IT 運用 (Ops) の人材、プロセス、ツールを統合し、俊敏性、スピード、効率性を高めます。クラウドネイティブテクノロジーは、DevOps プラクティスの導入を加速します。

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マイクロサービスアーキテクチャ、コンテナテクノロジー、クラウドコンピューティングの発展により、DevOps の実装が簡素化され、近年では企業に広く関心が寄せられ、採用されるようになりました。これらのテクノロジーにより、ソフトウェアの開発と展開の柔軟性と効率性が向上し、DevOps コンセプトの普及が促進されます。

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クラウドネイティブテクノロジーの概要

クラウドネイティブテクノロジーは、コンテナー、マイクロサービス、DevOps、継続的インテグレーション/継続的デプロイメント (CI/CD)、サービスメッシュなどのテクノロジーを通じて、効率的で信頼性が高く、スケーラブルなソフトウェア開発とデプロイメントを可能にします。これらのテクノロジーを組み合わせることで、アプリケーションを最適なタイミングと規模で実行できる柔軟で動的なクラウドコンピューティング環境がサポートされます。

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