企業がクラウドネイティブ分散データベースを検討すべき3つの理由

1. クラウドネイティブ

「クラウド ネイティブ」の概念の創始者である Matt Stine 氏は、2017 年にクラウド ネイティブをモジュール性、可観測性、展開可能性、テスト可能性、置き換え可能性、処理可能性という 6 つの特性にまとめました。クラウド ネイティブ分野で最も権威と影響力のある組織である CNCF は、これを次のように定義しています。

クラウド ネイティブ テクノロジーにより、組織はパブリック クラウド、プライベート クラウド、ハイブリッド クラウドなどの新しい動的環境で、弾力的にスケーラブルなアプリケーションを構築および実行できるようになります。代表的なクラウドネイティブ テクノロジーには、コンテナー、サービス メッシュ、マイクロサービス、不変インフラストラクチャ、宣言型 API などがあります。

これらの技術により、フォールト トレラントで管理しやすく、監視しやすい疎結合システムの構築が可能になります。信頼性の高い自動化と組み合わせたクラウドネイティブ テクノロジーにより、エンジニアはシステムに頻繁かつ予測可能な重大な変更を加えることが容易になります。

クラウド ネイティブの「クラウド」とは、従来のオンプレミスでの展開ではなく、クラウド内に存在することを意味します。たとえば、クラウド ディスク内のファイルは、ユーザーのコンピューターのハード ドライブに保存されるのではなく、クラウド内にあります。 「ネイティブ」とは、アプリケーションが設計段階からクラウド環境の要素を考慮し、クラウド用に設計され、クラウド上で実行されることを意味します。

一言でまとめると、「クラウド ネイティブ」は「クラウド」向けに設計されており、「クラウド」に適しています。クラウド ネイティブは、クラウドで生まれ、クラウドで成長し、クラウドで適用されるとさえ言われています。

2. クラウドネイティブデータベース

クラウドネイティブ データベースは、クラウド プラットフォームを通じて構築、展開、配布されるサービスです。このクラウド ネイティブな特性は、他の種類のデータベースと比較した最大の特徴です。クラウド プラットフォームとして、クラウド ネイティブ データベースは PaaS (Platform-as-a-Service) の形式で配布され、DBaaS (DataBase-as-a-Service) と呼ばれることもあります。ユーザーは、データの保存、管理、抽出など、さまざまな目的でプラットフォームを使用できます。

クラウドネイティブ データベースは通常、クラウド インフラストラクチャにデータベース ソフトウェアをインストールすることによって実装されます。このアプローチにより、クラウド ネイティブ データベースは、従来のデータベースにはない直接アクセスと実行時のスケーラビリティを実現できます。

1 つ目は、ユニバーサル アクセシビリティと高可用性です。クラウドネイティブ データベースは完全にクラウド内に存在するため、いつでもどこからでも複数のフロントエンドからアクセスでき、クラウド サービス用のコンピューティング ノードを提供します。クラスターはクラウド上に展開されるため、単一障害点がサービスに与える影響は特に小さくなります。さらに、サービスをアップグレードまたは置き換える必要がある場合、サービスを中断することなくノードを段階的にアップグレードできます。

2つ目は、高いスケーラビリティと移植性です。クラウドネイティブ データベースは、基盤となるクラウド コンピューティング インフラストラクチャから分離されているため、容量の拡張や削減のためにリソースを柔軟かつタイムリーに動員して、トラフィックの急増によって生じる可能性のある負荷や、トラフィックの谷間の余分なリソースによって生じる無駄に冷静に対処することができます。容量を柔軟に拡張できるため、クラウドネイティブ データベースは移植性も優れています。大まかに言えば、新しい場所では容量が 100% 拡大し、古い場所では容量が 50% 縮小する、ということになります。

さらに、クラウドネイティブ データベースは、高いスケーラビリティ、高可用性、移植性などの機能に基づいて、監視可能性とセキュリティの特性も備えています。

一方、ブラックボックス状態では、容量拡張やノード障害などの要求や問題のタイムリーな処理を保証することはできません。一方、ディスク全体がクラウド上に展開され、各サービスは互いに独立しているため、アプリケーションやサービスに対してより多くのセキュリティ保護層を提供し、多くの新しいフォールト トレラント サービスを実装できます。

最後に、進化的な設計と迅速な反復があります。クラウドネイティブ データベース内のさまざまなサービスは互いに独立しています。問題が発生するとサービス全体が停止するのではなく、個々のサービスを更新することで他の部分に悪影響を与えることはありません。さらに、クラウドネイティブの研究開発、テスト、運用および保守ツールは高度に自動化されているため、アプリケーションの更新がより迅速かつ頻繁に行われます。

ネットワーク リソースとクラウドをより適切に統合し、独立しながらも自然に接続することによってのみ、クラウド上のデータベースの利点を最大限に活用し、より高い効率を実現できます。

クラウドネイティブ データベースには次の利点があります。

（１）廃棄可能性簡単に言えば、廃棄可能性とは、データベースがクラッシュに対処したり、事前の通知なしに即座にプロセスを再開したりする能力を指します。現在利用可能な高度なテクノロジにもかかわらず、ディスク障害、ネットワーク分離障害、仮想マシンの異常は依然として避けられません。

（2）これらの障害は、データベース全体が単一のマシン上で実行され、小さな問題であってもすべての機能に影響を及ぼす可能性があるため、従来のデータベースにとって特に有害です。クラウドネイティブ データベースは優れた廃棄性を考慮して設計されており、仮想マシンをいつでも再起動したり、スケジュールを変更したりできます。実際、廃棄可能性は個々の仮想マシンからデータセンター全体にまで及びます。私たちの環境がより安定した方向へ進むにつれて、クラウドネイティブ データベースは、そのような障害に気付かないレベルまで進化するでしょう。

（3）強化されたセキュリティ DBaaSは、マルウェア対策ソフトウェア、ウイルス対策ソフトウェア、ファイアウォールによって保護された、高度に監視された安全な環境で実行されます。 24 時間 365 日の監視と定期的なソフトウェア アップグレードに加えて、クラウド環境は追加のセキュリティも提供します。対照的に、従来のデータベースは、データ損失や無制限のアクセスの影響を受けやすくなります。サービス プロバイダーがインスタント スナップショット コピーを通じて提供するデータ機能に基づいて、ユーザーは「RPO = 0、RTO < 60 秒」という目標を達成できます。

（4）スケーラビリティ実行時にオンデマンドで拡張できる能力は、あらゆるビジネスの成長の前提条件です。この機能により、企業はストレージ容量の制限を気にすることなく、ビジネス目標の追求に集中できるようになります。

（5）従来のデータベースはすべてのファイルとリソースを同じホストに保存しますが、クラウドネイティブデータベースは異なります。さまざまな方法で保存できるだけでなく、保存の問題の影響も受けません。

（6）アクセス性の向上従来のデータベースの最も重要な制限の1つは、データベースシステム自体に接続することによってのみアクセスできることです。クラウドネイティブ データベースでは、データベースに 24 時間 365 日アクセスできるため、いつでも変更を加えることができ、インターネットにアクセスできるコンピューターのみが必要です。これにより、発生する可能性のある遅延が排除され、複数の開発者間のコラボレーションの道も開かれます。

（7）大幅なコスト削減：データセンターの構築は独立した完全なプロジェクトであり、ハードウェアへの多額の投資と、データセンターを確実に管理および保守できる十分に訓練された運用および保守担当者が必要です。さらに、継続的な運用とメンテナンスにより、財務に大きな負担がかかる可能性があります。クラウドネイティブの DBaaS プラットフォームを使用すると、初期コストを抑えながらスケーラブルなデータベースを入手できるため、より最適化されたリソース割り当てを実現できます。

クラウドの恩恵を最初に受けるのはアプリケーション側です。従来のアーキテクチャでは、容量の拡張には数日かかっていましたが、クラウドでは数秒で容量の拡張を実現できるようになりました。これにより、ソフトウェアとハ​​ードウェアのコストが削減されると同時に、システムの容量を迅速に拡張する能力が向上し、「Double Eleven」などの予測可能な短期的な要求量のピークに対応できるようになります。ただし、一部のクラウド アプリケーションは依然として従来のデータベース アーキテクチャにアクセスしており、データベース層はクラウドのメリットを享受できません。現在、このクラウドネイティブ データベースがこの問題を解決しました。コンピューティングとストレージを分離することで、クラウドからデータベース リソースを柔軟に拡張し、障害からの迅速な回復、信頼性の向上、データの迅速な移行が可能になり、さまざまなビジネス ニーズに迅速に対応できるようになります。

3. クラウドネイティブ分散データベース

分散データベースは、ユーザー用の単一のデータベースを形成するために結合された、相互接続された複数のデータベースの集合です。実際には、それらは複数のデータセンターに分散され、中央サーバーを介して通信します。

著名な Microsoft エンジニアである Brendan Burns 氏は、著書『分散システムの設計』の中で次のように述べています。「これらのシステムの重要性が増すということは、これらのオンライン システムを冗長性、フォールト トレランス、高可用性を考慮して構築する必要があることを意味します。これらの要件が収束した結果、構築する必要のある分散システムの数が桁違いに増加しました。」

クラウドネイティブ データベースは、クラウド プラットフォームを通じて構築、展開、配信されるデータベース サービスです。これは通常、DBaaS (Database-as-a-Service) の形式をとり、データベースの基盤となる詳細を隠し、弾力的にスケーラブルで、可用性と信頼性が高く、いつでもどこからでもアクセスできるデータベース サービスをユーザーに提供します。データベースの開発動向を表します。クラウドネイティブ データベースの利点と分散データベースの効率性を組み合わせることで、将来に向けた理想的なソリューションが実現します。

分散データベース システムの導入を検討する理由は、次のとおりです。

（１）水平スケーラビリティ適切なデータ保存方法を選択する際には、スケーラビリティが重要な考慮事項となります。そのため、クラウドネイティブの分散データベースは、企業が簡単に拡張できるため、理想的なソリューションです。分散データベースの主な特徴の 1 つは、異なるデータ ソース間の計算プロセスが互いに独立しているため、ノードを追加したり、必要に応じて機能を調整したりすることが非常に簡単になる点です。このように大規模にコンピューティング能力を高めるオプションは、成長のための強力な手段であり、現代の企業がこれまでにない方法で世界的に成長することを可能にします。

（２）単一障害点がない。アプリケーションのパフォーマンスを測る唯一の基準は、エンドユーザーに提供されるユーザー エクスペリエンスのレベルです。従来のデータベースでは、高い相互依存性のため、中央サーバーの 1 つの問題によってワークロードの可用性が損なわれる可能性があります。 1 台 (のみ) のサーバーに障害が発生すると、アプリケーション全体がダウンし、ユーザー エクスペリエンスの指標が急落する可能性があります。データベース システムの複雑さを考えると、サーバーのクラッシュは避けられず、従来のデータ保存方法をさらに損ないます。対照的に、数百台のコンピュータ サーバーが連携して動作する分散データベースでは、複数のノードに障害が発生してもアプリケーションが引き続き正常に機能することが保証されます。一部の機能が影響を受けても、全体的な機能は正常に動作します。

（３）パフォーマンスの向上の可能性アプリケーションは毎秒何百ものデータベースへのリクエストを処理するため、多くの処理能力が必要になります。従来の方法では、パフォーマンスの問題やユーザー インターフェイスの遅延などが発生し、全体的なユーザー エクスペリエンスに影響を与える可能性があります。たとえば、リクエスト数が異常に多いと、アプリケーションがクラッシュする可能性もあります。クラウドネイティブの分散データベースでは、ワークロードとアクセス要求が複数のサーバーとコンピューター システムに分散されます。つまり、各タスクは単一のシステムによって処理されるのではなく、特定のシステムによって処理されます。その結果、データベースはシームレスに動作し続け、生産性が向上します。分散データベース内のすべてのリクエストとワークロードは並列で完了し、その実行結果が中央サーバーに返され、データベースのユーザー側でリアルタイムに更新されます。

国内のデータベースはクラウドへの道を模索しており、今後のデータベースの発展方向も徐々に明らかになってきました。しかし、学習者としては、落ち着いてしっかりとした基礎を築き、実際のニーズに基づいて的を絞って挑戦し、流行に盲目的に追随することは避ける必要があります。