CNCF TOC 委員会メンバー Zhang Lei: 進化するクラウド ネイティブは私たちに何をもたらしたのでしょうか?

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クラウドネイティブとは何ですか?

「クラウド ネイティブ」という用語はしばらく前から使われていますが、多くの人がまだ「クラウド ネイティブとはいったい何なのか」という疑問を抱いています。あるいは、クラウド ネイティブの正確な定義は何でしょうか?

実際、多くのクラウドネイティブのオープンソーステクノロジーや製品に触れると、クラウドネイティブは本質的にそれほど明確な対象ではないという現象が徐々に発見されます。つまり、クラウド ネイティブには具体的な定義はありません。それは進化のプロセスを指します。クラウド ネイティブの本質について語るのではなく、一連のビジョンとして理解する必要があります。

それで、このビジョンの内容は何でしょうか?

将来のクラウド時代では、ソフトウェアやアプリケーションはクラウド内で自然に生まれ、成長するようになります。このような現象や事実が生じる理由は、クラウド コンピューティングによってこれらのソフトウェアのコストが最大限に削減され、効率性が向上し、ソフトウェア自体のビジネス価値が最大限に引き出されるためです。これはクラウド ネイティブが本当にやりたいことなので、特定のテクノロジーでも、特定の方法でも、特定の科学研究プロジェクトでもありません。

進化するクラウドネイティブ

次の図は、クラウドネイティブの全体的な形がどのように進化、発展していくかを直感的に説明できます。

クラウド ネイティブでは、クラウドの特性を活用することに重点が置かれているため、その中核となる方法論と中核となる概念は、ソフトウェアとアプリケーションがクラウドの特性を活用できるようにする方法にすべて重点が置かれています。では、クラウドの特徴は何でしょうか?たとえば、クラウドは無限の弾力性を備え、クラウド リソースを迅速に提供でき、クラウドの使用量は従量課金制で支払うことができます。これらはすべてクラウドの非常に重要な特性です。

これらのクラウドの特性に基づいて、クラウド ネイティブには一連の基本的な方法論と概念があります。たとえば、不変インフラストラクチャという言葉を聞いたことがあるかもしれません。アプリケーションがクラウドにデプロイされると、アプリケーション キャリアが不変であると仮定すると、いつでも削除または置き換えることができるため、アプリケーションの更新が非常に簡単になります。アプリケーションをアップグレードする場合は、アプリケーション内の構成を動的に変更したり、それを実現するためにコードを動的に変更したりするのではなく、古いアプリケーションを直接削除して新しいアプリケーションを起動することができます。したがって、不変のインフラストラクチャは、クラウドの迅速なリソース配信機能を活用することをベースとした非常に典型的な方法論です。

たとえば、クラウド ネイティブでは、自己運用と保守、さらには自己修復を実現するために高度な自動化の必要性が強調されています。実際、ソフトウェア自体もクラウドの特性をより有効に活用できるようになることを期待しています。クラウドは非常に強力で、さまざまな運用および保守機能を提供できるため、アプリケーションやソフトウェアを開発するときは、最初にアプリケーションを開発してからクラウドの機能を運用および保守にどのように使用するかを考えるのではなく、クラウドが実際にアプリケーション層に多くの機能を提供できることを考慮する必要があります。これではクラウドネイティブアプリケーションの構築にはつながりません。

たとえば、クラウド ネイティブ アプリケーションでは、どの言語やフレームワークで記述されているかは問題ではありません。これも明らかな特徴です。クラウド自体はインフラストラクチャ機能であるため、特定の言語やフレームワークにロックされるべきではなく、ロックされることもありません。また、クラウドが特定の言語だけをサポートするのではなく、世界中のすべてのソフトウェアがクラウドのパワーを活用できるようになることを願っています。

上記は、クラウドのコンテキストにおいてクラウド ネイティブによって提案された非常に重要な概念の一部です。これらの概念自体は、私たちの技術研究において、一連のシステム、つまりアーキテクチャのアイデアにマッピングされます。たとえば、前述の不変インフラストラクチャでは、アプリケーションの古いインスタンスを削除し、新しいインスタンスに置き換えることができます。このような方法をどのように実装しますか?それはコンテナ技術に依存します。コンテナ テクノロジーは基本的にコンテナ イメージを提供します。コンテナ イメージは、アプリケーション自体を含む、アプリケーション用の自己完結型オペレーティング環境です。このイメージ バージョンはいつでも置き換えることができ、新しいバージョンを起動できます。これは実際には、不変のインフラストラクチャとしてのコンテナの非常に優れた実装を表しています。

ということは、将来的には不変のインフラストラクチャをより適切に実装できるテクノロジーが登場するということでしょうか?これは非常に可能であり、このテクノロジーは確かにクラウドネイティブです。将来、不変のインフラストラクチャを実現する新しいテクノロジーが登場するかもしれませんし、不変のインフラストラクチャをより良く実現するテクノロジーが登場するかもしれません。その場合、そのようなテクノロジーもクラウド ネイティブの中核カテゴリに属する​​必要があります。同様に、現在クラウドネイティブが重視しているサイドカーアーキテクチャは、ビジネス自体をカスタマイズしてミドルウェアを統合して問題を解決するのではなく、サイドカーコンテナと呼ばれる方法を通じてミドルウェアの機能をビジネスコンテナに接続するというものです。これは実は、私たちが重視する言語非依存、フレームワーク非依存の方法論を実践することを目指して提案されたアーキテクチャです。このアーキテクチャの特徴は、ミドルウェアの機能を言語やフレームワークの形でビジネス コード自体に埋め込む必要がなくなり、Sidecar とコンテナーでこのような一連のメソッドを実装できることです。

これらは、クラウド ネイティブ メソッドの背後で絶えず進化している一連のテクノロジとアーキテクチャであり、これらのテクノロジとアーキテクチャは、多くの場合、オープン ソース テクノロジ プロジェクトとしてクラウド ネイティブ エコシステムのすべての人に提供されます。例えば、先ほど述べたコンテナはDocker上にプロジェクトが作られ、先ほど述べたSidecarや自己運用・保守といった考え方は、最終的にはKubernetesによって実現されることになります。

もう 1 つの例は、最近人気の Service Mesh です。これは基本的にミドルウェアの構築に役立ちますが、言語に依存しない Sidecar を通じて構築されます。もう 1 つの例としては、eBPF と WASM が挙げられます。これらは、将来的にすでに普及しているものや、ユーザーが使用するシナリオに対応するために、クラウド ネイティブ システムの背後にある特定のアイデアとアーキテクチャをオープン ソース方式で実際に実践しているものです。この一連のオープンソース プロジェクトがあるからこそ、ユーザーがこのようなオープンソース プロジェクトやテクノロジを入手したときに、クラウド ネイティブの概念を真に実践し、前述の 2 種類のクラウドがもたらす重要な効果を実現できるという目標を達成できるのです。

1つ目は、研究開発効率、配送効率、運用効率などの効率性を向上させることです。たとえば、アプリケーション自体がコンテナを通じて不変のインフラストラクチャの概念を実装している場合、その配信は非常に簡単になります。イメージを作成するだけで、イメージを配信した後はどこでも実行できます。例えば、当社の運用・保守では、お客様のソフトウェア自体がセルフ運用・保守を実現すれば、その運用・保守の難易度やコストは確実に下がり、クラウドの機能を活用して効率化を図ることができるようになります。

2つ目は、資源コストや人件費などのコストを削減することです。たとえば、Kubernetes やコンテナなどのプロジェクトを通じて、アプリケーションはクラウド サービスをより適切かつ完全に統合し、クラウド サービスを使用して運用および保守コストと人的投資を削減できます。これらは明らかなコスト削減です。たとえば、私のアプリケーションはクラウド ネイティブを通じてクラウド上に配置され、クラウド ネイティブ アーキテクチャを通じてリソースを非常に迅速に配信および更新できるため、アプリケーション全体のリソース コストが非常に低くなります。これは、クラウド ネイティブ テクノロジを使用して、アプリケーションがクラウドの重要な機能をより有効に活用できるようにする非常に優れた具体化と実践でもあります。

一般的に、このクラウド ネイティブ メソッドのセットは、実際には非常に完全なクローズド ループであることがわかります。まず、クラウドの特性を活用してユーザーの効率を向上し、コストを削減する方法を継続的に模索し、探求します。次に、この一連の方法やアイデアをクラウド ネイティブの概念と方法論にまとめ、一連の対応するアーキテクチャと対応するオープン ソース プロジェクトを通じて実装します。最後に、ユーザーがこれらのテクノロジを使用できるようにすることで、クラウド コンピューティングの利益を解放するという本来の目的を達成します。

したがって、クラウド ネイティブには具体的な定義はありません。それは実際には、常に自己進化する理論体系とベストプラクティスの組み合わせです。

今日のクラウドネイティブ

今日のクラウド ネイティブは、コンテナーと Kubernetes を中心に構築される可能性があり、そのようなプロジェクトは、不変のインフラストラクチャや自動化など、クラウド ネイティブの背後にある重要なアイデアの多くを実践するのに実際に役立っています。今日、Kubernetes はクラウド時代のユニバーサル コントロール プレーンと見なされています。これをオペレーティング システムと呼ぶ人もいます。つまり、Kubernetes の助けを借りて、すべての操作をクラウド上で均一に完了できるということです。

1. KubernetesプロジェクトのAndroid化

Kubernetes プロジェクトの役割は、Android の役割にますます似てくるかもしれません。たとえば、今日の Kubernetes は普及しつつあります。 Kubernetes はあらゆる場所、あらゆるクラウド層に存在します。エンドユーザーやエッジ環境に展開することも一般的です。 Android と同じように、車やテレビ、さらにはエアコンにも Android が搭載されているかもしれません。

Operator は Kubernetes の中心的な概念です。つまり、あらゆるアプリケーションとそれが必要とする機能は、Kubernetes API オブジェクトとして定義できるということです。コントローラーと呼ばれる仕組みを通じて、クラウドの機能を活用し、さまざまなインフラに接続することができます。このオペレータ化の直接的な結果として、アプリケーション自体が、自己修復、堅牢性、信頼性、運用の決定論など、高度に自動化され、これらすべてが現在 Kubernetes によって解決できるようになりました。ユーザーやアプリケーションの所有者は、これらの問題について心配する必要がなくなりました。

これは、K8s Android 化のコンテキストで現在見られるもう 1 つのトレンドです。つまり、アプリケーション自体とビジネスに必要な機能は、自動化の方向に進化し続けるということです。これはクラウド ネイティブの概念とも非常に一致しています。アプリケーションの自動化と自己修復機能が強力であればあるほど、クラウドとの接続性が向上し、手動で記録を保持するコストが削減され、時間も短縮されるからです。自動化機能をクラウドに接続し、クラウドを利用してすべての問題を解決できるようにすることが目的です。

3. アプリケーションミドルウェアの機能はさらに「埋もれ」ている

もう 1 つの傾向は、アプリケーション自体に必要なミドルウェア機能が低下していることです。つまり、以前の集中型ミドルウェアは、ここ数年で実際にマイクロサービス アーキテクチャへと進化したのです。

マイクロサービス アーキテクチャは、基本的に、以前の集中型ミドルウェアを分解してビジネス コードに配置するため、それをインポートして使用する必要があります。一般的に言えば、より重いクライアントまたはライブラリが提供されます。これは、マイクロサービス時代におけるミドルウェアの典型的な使用方法です。しかし、クラウドネイティブの人気が高まる今日、Sidecar のようなメカニズムはあるのでしょうか?

昨今のミドルウェアは、実は Sidecar 方式で大量に使われているので、自分のアプリケーション自体が、多くのことを行うためにライブラリや特定のフレームワークを導入する必要がなく、意識する必要すらありません。たとえば、今日トラフィックを分割したい場合、それを行うためにアプリケーションにそのようなライブラリを導入する必要はなく、インフラストラクチャとクラウドに完全に任せることができます。

アプリケーションとクラウド間のやり取りは、アプリケーション自体に必要な受信トラフィックと送信トラフィックをプロキシする Sidecar と呼ばれるバイパス コンテナーを介して実行されます。したがって、クラウドはこのようなプロキシを介してトラフィックを簡単に調整および分割できます。これは、サービス メッシュの非常に単純な原則です。

今日、ミドルウェアの機能は絶えず低下しており、非常に明白な傾向が生まれています。つまり、ミドルウェアはもはやビジネスとは関係がなく、プログラムのプログラミング言語とも関係がなく、フレームワークへの依存も必要ありません。その実装は、K8s コンテナ化システムと密接に統合されます。また、Sidecar への依存度も高まるため、Sidecar の管理機能に対する要件も徐々に高まっています。これをまとめると、アプリケーション ミドルウェア機能のさらなる低下と言えます。

クラウドネイティブサービスの無限の流れ

さらに、クラウドネイティブ システム全体の継続的な発展に伴い、クラウド サービスがクラウドネイティブ エコシステムに大量かつ頻繁に近づき、革命的な影響をもたらすようになることが予想されます。

たとえば、今日の Alibaba Cloud クラウドネイティブ データベースは、実際には、無限の弾力性や高いスケーラビリティなど、クラウドネイティブで言及されている中核的なアイデアと概念に基づいています。これは、データベース自体の拡張が非常に簡単になり、非常に高い、極めて要求の厳しいトラフィックと大量のデータ処理のニーズに対応できる新しいデータベース アーキテクチャを提案し、今日の最新のインターネット アプリケーションのデータベース使用要件を満たします。

もう 1 つの例は Alibaba Cloud インフラストラクチャです。これにより、極めて高いリソース利用効率が実現し、多くの仮想化レイヤーのパフォーマンス損失が軽減され、コンテナー自体が柔軟になり、操作、展開、管理が非常に簡単になります。さらに、安全なコンテナとより強力なセキュリティ境界により、コンテナ間の分離を確保し、十分な分離を実現できます。極めて重要な、極めて高度な物理レベルのネットワーク ストレージとコンピューティング パフォーマンスをコンテナーにもたらすことができます。これは、クラウド ネイティブ コンセプトを通じてクラウド コンピューティング サービスを使用する当社のアプリケーションの典型的な例でもあります。

たとえば、Amazon Web Services を使用すると、当社のチップはコンテナ化されたアプリケーションの使用に、より簡単に、または直接的に適応できるようになります。コンテナでは非常に独立したプロセスまたは非常にモジュール化されたプロセスのみが実行される可能性があるため、チップのコアを使用してそのようなビジネスに適応し、インフラストラクチャの機能を強化し、機能を最大限に活用できます。同時に、このようなコア間の干渉がほとんどないことを確認します。これは、コンテナ化されたマイクロサービス アプリケーションの使用に適しています。

たとえば、Amazon Web Services は最近、私たちと同じ方法であらゆるクラウド サービスやコンテナ サービスを展開できるクラウド ネイティブ アプリケーション展開エンジンをリリースしました。これは、クラウド機能を活用してアプリケーションの管理、配信、運用の効率を向上させるのに役立つ典型的な製品です。

したがって、これらの製品やいわゆるオープンソース プロジェクトを見ても、自分のクラウド製品がいわゆるクラウド ネイティブであるかどうか、あるいはクラウド ネイティブ テクノロジーであるかどうかといった疑問について考える場合、それは実は非常に簡単です。自社のアプリケーションがクラウドコンピューティングを最大限に活用してコストを削減し、効率化を図るのに役立つかどうか、そしてそのようにして最大のビジネス価値を引き出せるかどうかを判断する限り、これは製品がコンテナであるかどうかではなく、技術や製品をクラウドネイティブとして位置付けるかどうかを判断するための非常に中核的な基準です。

アリババクラウドネイティブ

Alibaba 自体の例に戻ると、現在 Alibaba のインフラストラクチャは、Kubernetes コンテナなどの一連のテクノロジに基づいて、いわゆるクラウド ネイティブを実現していることがわかります。この件を本当に振り返ってみると、クラウド ネイティブ自体が Alibaba 自体に非常に重要な変化をもたらしたことがわかります。

まず、ビジネスの研究開発に関しては、先ほど述べたクラウドネイティブの考え方によって、関心の分離がうまく図られ、研究開発がビジネスにさらに集中できるようになりました。クラウドネイティブの標準配信方式を通じて、ユーザーエクスペリエンスと柔軟性を考慮した標準化されたモジュール方式で持続可能な配信を行うクラウドネイティブ標準配信などの仕様も提案し、企業の研究開発効率を大幅に向上させ、複雑なインフラストラクチャを扱うことなく自社のビジネスに完全に集中できるようにしています。これが、クラウド ネイティブがビジネスの研究開発にもたらす最大の価値です。

たとえば、多数の業務オペレーションや SRE にとって、クラウド ネイティブ システムが提供するアジャイルなオペレーションと効率的なオペレーションの概念、および軽量コンテナの不変性、インフラストラクチャ、高度に自動化されたアプリケーション自体、および前述の運用と保守の方法を含むその技術的実装により、今日のソフトウェアの運用と保守は極めてシンプルかつ効率的に行うことができます。特に、従来の方法と比較すると、コンテナベースの自動化された方法は、運用と保守の自動化レベルを大幅に向上させ、手動介入を大幅に削減し、運用の同時実行性を向上させることができます。本当の意味で、複雑さはシステムに任せ、シンプルさはユーザーに委ねるという、いわゆる「シンプルさ」を実現できます。これが現在の当社のクラウドネイティブ システムです。

言うまでもなく、コンテナ化後の今日では、Taobao などのアプリケーションでは、水平方向の拡張とアップグレードが非常に迅速かつ効率的になっています。クラウドネイティブ時代では、Taobao をアップグレードするとモバイル アプリケーションがクラッシュするといったことは起こりません。

もう一つの例はインフラです。 Alibaba が現在使用している Shenlong ベアメタルの強みと当社の安全なコンテナを組み合わせることで、今日のデータセンターにおけるリソースの使用効率を大幅に向上させることができます。これをリソース効率の向上と呼びます。特に、非常に高密度で安全なコンテナを展開し、規模の経済性を活用し、リソースの断片化を減らすことをサポートします。ワークロードのさまざまな形式に応じて、リソース フラグメントを自信を持って埋めることができます。 Shenlong Metal のおかげで、そうすることで、業務運営の効率が依然として非常に高く、相互に干渉しないことを保証できます。これらはすべて、今日のクラウドネイティブ環境においてこのインフラストラクチャがもたらす非常に重要な変更です。アリババのような組織にとっても、クラウドネイティブ技術の導入と開発は非常に良い変化をもたらし、アリババの技術スタックは標準化されオープンになり、エコシステムとシームレスに統合できるようになり、研究開発コストが削減され、システム全体の信頼性と研究開発効率が大幅に向上しました。

一方、自社インフラの標準化により、アリババの技術は急速にオープンソースコミュニティに浸透しつつある。現在、Alibaba は CNCF で最も多くのオープンソース プロジェクトを抱えており、他のどのメーカーや他の組織よりもはるかに多くなっています。ここで重要な理由は、現在、アリババの技術がエコシステムとシームレスに統合されているため、より広範なオープンソース エコシステムに積極的に参加し、アリババのオープンソース 技術を輸出し、さらには業界全体のエコシステムの開発プロセスを主導し、影響を与えることができることです。これは、Alibaba のクラウドネイティブ化後に私たちが目にした本当の変化です。

要約する

今日お話ししたクラウドネイティブの概念を振り返ってみると、実際にはアーキテクチャからテクノロジー、そして製品へと継続的に進化するプロセスであることがわかります。アーキテクチャの観点から見ると、クラウド ネイティブでは、ソフトウェアはクラウド上で自然に生まれ、成長し、クラウドの機能を最大限に活用できると考えています。一方、従来のモデルとは異なり、クラウド ネイティブでは開発者が利益を享受でき、ソフトウェアとアプリケーションを継続的に最新化することができます。

当社には、オープンソースや自社開発のものも含め、このアーキテクチャとコンセプトに基づいた一連のテクノロジーがありますが、その背後にあるロジックとアイデアは非常に一貫しています。インフラストラクチャ、アプリケーション アーキテクチャ、開発、運用、保守配信のシナリオに重点を置き、クラウド ネイティブ テクノロジを使用して、システムの信頼性、弾力性、耐障害性を高めます。コンポーネントは疎結合されており、管理が容易で、可観測性が向上するため、クラウドの機能が最大限に発揮されます。クラウド ネイティブは、クラウドの潜在能力を最大限に引き出すことができます。実際、クラウド ネイティブの本質の背後にある概念とテクノロジのサポートは切り離せないことがよくあります。コンテナや不変のインフラストラクチャなど、これらの概念とアーキテクチャは、実際にはクラウド ネイティブを実装するための効率的な手段です。

これらの手段に基づいて、クラウドネイティブデータベース、クラウドネイティブサービス製品、ミドルウェア、機能コンピューティング、コンテナ、その他のオープンスタンダードなど、クラウドネイティブコンセプトでサポートされるさまざまな製品があります。これらの製品は柔軟性があり、クラウドの価値を活用し、アプリケーションの研究開発、運用と保守、アプリケーション配信の担当者がクラウド自体からより優れたサービスを受けられるようにします。これらの製品は、従来のクラウド コンピューティング サービス プロバイダーとは明らかに異なります。

したがって、将来のクラウドはサービス、SaaS、サービス指向のアプローチへと進化し、インフラストラクチャ層への重点は低くなると考えられます。なぜなら、実際のユーザーの焦点は、そのアプリケーションがビジネス価値を最大化できるかどうかにあるからです。

今後の全体的な進化の傾向には、実は非常に重要な点が伴います。つまり、クラウドの機能がどんどん豊かになってきており、これは非常に重要です。過去にソフトウェア アーキテクチャ全体に、ソフトウェアをより適切に管理するために従来のミドルウェア、さらにはマイクロサービス フレームワークや PaaS が大量に必要だったのは、クラウドやインフラストラクチャの機能が十分に強力ではなかったためです。たとえば、今日ブルーグリーン リリース機能が欲しいのですが、多くのクラウドには長い間この機能がないため、解決するために何らかのミドルウェアやフレームワークを使用する必要がありますが、これは現時点では当てはまりません。現在、当社のクラウドは、想像できるほぼすべてのアプリケーションに必要な管理機能を提供できます。クラウドの機能は、今日のソフトウェア アーキテクチャの要件のほとんどを超えているとさえ言えます。したがって、この場合、ソフトウェアの要求とインフラストラクチャのギャップを埋めるために、従来のミドルウェア、従来のマイクロサービス フレームワーク、または PaaS などの追加レイヤーは絶対に必要ありません。

このギャップが縮まるにつれて、さまざまなクラウドネイティブテクノロジーが登場し始めます。したがって、あらゆる種類のクラウド ネイティブ テクノロジーは、もはや特定の機能を補完するものではなく、クラウドの機能をよりシンプルかつ効率的にアプリケーションで利用できるようにするものになっています。コンテナ、K8、サービス メッシュのいずれであっても、それらはすべて、さまざまな段階でアプリケーション自体がクラウド サービスをより有効に活用するのに役立ちます。つまり、クラウドの背後にあるインフラストラクチャ機能を利用できるのです。たとえば、K8s を使用すると、クラウド コンピューティング機能を使用して、アプリケーションが非常にシンプルかつシームレスにクラウドのストレージとネットワークにアクセスできるようになります。 Service Mesh は Sidecar を完全に非侵入的な方法で使用するため、マイクロサービス ガバナンスにクラウドのトラフィック制御機能を使用できます。

クラウド ネイティブに重点を置いた、当社のクラウド コンピューティング全体の今後の展開は、間違いなくこのようになるでしょう。クラウド コンピューティングのインフラストラクチャ機能を、ソフトウェアの研究開発と配信、さらにはライフサイクル全体に継続的かつ継続的に完全にリリースすることが非常に重要です。クラウドの機能は今後ますます強力になるため、この傾向に伴い、クラウド ネイティブが徐々にクラウド コンピューティング エコシステム全体をリードしていくことになるでしょう。