Qu’est-ce que le cloud native ? Architecture, applications et définition

Les entreprises cherchent en permanence des moyens plus évolutifs et agiles pour développer et déployer leurs applications. Le cloud native s'est imposé comme une approche essentielle pour répondre à ces exigences. Cette page explique ce qu'est le cloud native, comment fonctionne son architecture, quels sont ses avantages et comment déployer des applications cloud natives dans des environnements hybrides et multicloud.

Que signifie être cloud native ?

Le cloud native est une approche de conception logicielle qui consiste à créer, déployer et exécuter des applications spécifiquement pensées pour les environnements cloud. Plutôt que d'adapter des applications traditionnelles au cloud, le cloud native s'appuie sur un ensemble de technologies — conteneurs, microservices, orchestration via Kubernetes, intégration et déploiement continus (CI/CD) et infrastructure programmable — pour livrer des applications évolutives, résilientes et faciles à mettre à jour.

Une application cloud native présente les caractéristiques principales suivantes :

1. Conteneurisation — le code applicatif est découpé et empaqueté dans des conteneurs légers et portables.

2. Architecture en microservices — l'application est composée de services indépendants, faiblement couplés, qui peuvent être développés et déployés séparément.

3. Approche DevOps — les équipes de développement et d'exploitation collaborent dans un modèle agile intégré, soutenu par l'automatisation CI/CD.

4. Infrastructure cloud flexible — le déploiement et la gestion s'appuient sur une infrastructure programmable, capable de s'adapter dynamiquement à la charge.

5. Automatisation orientée par les politiques — l'allocation des ressources d'infrastructure est automatisée et pilotée par des règles déclaratives.

L’architecture cloud native : définition

L'architecture cloud native s'appuie sur les conteneurs et l'orchestration Kubernetes pour construire des applications modulaires. Ces applications sont composées de microservices indépendants et composables qui apportent : 

• une évolutivité horizontale à la demande,
• des mises à jour continues sans interruption de service (zero-downtime),
• une portabilité applicative entre environnements on-premises, cloud public et multicloud.

Cette technologie cloud native est économique et offre une sécurité accrue, ainsi qu’une automatisation flexible.

Les conteneurs cloud native, applications et bénéfices

Les entreprises qui se lancent dans des transitions cloud native adoptent les conteneurs et Kubernetes, mais ce n’est pas tout !

Un vaste écosystème de technologies open source et commerciales — orchestration, observabilité, sécurité, CI/CD — fait également partie de la démarche cloud native.

Les conteneurs et les technologies cloud native (applications, architecture) permettent aux entreprises d’accélérer le développement d’applications, mais aussi :

• de les mettre à niveau sans interruption,
• de les faire évoluer efficacement et de les porter facilement dans différents environnements.

Ces capacités bénéficient à l'entreprise, en renforçant son agilité et en lui apportant un avantage concurrentiel.

Les conteneurs cloud native résolvent certains problèmes critiques pour les entreprises. Ils fournissent, dans une solution unique et indépendante de tout fournisseur :

• des progiciels fiables et utilisables partout pour les développeurs,
• les mises à niveau de services,
• l'évolutivité,
• la disponibilité,
• et l'efficacité des ressources.

Kubernetes et le cloud native

Depuis sa sortie en 2015, Kubernetes a connu une croissance fulgurante qui a vu la concrétisation de plus de 100 distributions et plateformes hébergées. L'écosystème Kubernetes s'étend des offres des géants de la technologie jusqu'aux solutions de startups. Ces entreprises combinent la base de code de Kubernetes avec d'autres projets. Parmi ceux-ci : des piles réseau, des outils de gestion de clusters, de journalisation et de monitoring, pour créer une distribution.

Nutanix propose une plateforme Kubernetes intégrée pour simplifier le déploiement et la gestion à l'échelle.

Ce qu’apporte Kubernetes aux solutions cloud native

Kubernetes fournit au cloud native une couche d'infrastructure que le service informatique peut exploiter à grande échelle de manière programmatique et reproductible. Ce fonctionnement est finalement opposé à la gestion plus manuelle, bien souvent appliquée dans les entreprises.

Kubernetes peut être déployé sur site et dans le cloud public. Ainsi, il fournit un modèle d’exploitation commun à tous les environnements. Tout cela fait de cette solution cloud native une plateforme idéale pour les entreprises opérant dans les deux environnements.

La pile Kubernetes sur site

Plus en détail, la pile Kubernetes cloud native sur site se compose de différentes couches :

• l'infrastructure sur laquelle fonctionne la plateforme elle-même,
• les services qui s'y rattachent, et que les développeurs peuvent exploiter pour accélérer la mise en œuvre des applications.

Il est à noter que certains composants peuvent être inclus dans plusieurs parties de la pile Kubernetes sur cloud native. Par exemple, une distribution Kubernetes peut inclure un registre de conteneurs tel que Harbor ou Quay. Par ailleurs, un registre de conteneurs peut être proposé comme un service hébergé ou managé pour être utilisé avec n'importe quelle distribution.

Applications cloud natives : la plateforme de calcul

Kubernetes peut être déployé dans des environnements très variés et l’innovation élargit le champ des possibilités quant à la manière et à l'emplacement où la solution cloud native peut être utilisée. En règle générale, Kubernetes nécessite un minimum de 3 nœuds avec une connectivité réseau complète entre eux et un stockage associé. Aujourd'hui, cette plateforme est le plus souvent déployée sur une infrastructure virtuelle. Le bare metal et le HCI constituent deux autres choix courants.

Des fonctionnalités supplémentaires peuvent simplifier le provisionnement et les opérations liées à un cluster Kubernetes. Une infrastructure contrôlée via une API (par exemple, Cluster API, Terraform, etc.) facilite le provisionnement et la connexion de nouveaux nœuds. Les hyperviseurs personnalisés peuvent offrir une isolation de la charge de travail. Ceci permet de combler les failles de sécurité présentées par les conteneurs. Un équilibreur de charge extérieur au cluster Kubernetes est utile pour rendre les charges de travail disponibles. Il permet également de transférer ces charges et de les mettre à l'échelle de manière dynamique. Certaines charges de travail peuvent bénéficier d'un matériel personnalisé tel que des GPU ou des TPU. En outre, si de nombreux clusters doivent être gérés en plusieurs endroits (par exemple, dans des magasins), une fonctionnalité de gestion distribuée pour l'infrastructure sous-jacente peut s'avérer judicieuse.

Architecture cloud native et services de conteneurs

Outre la plateforme elle-même, une solution cloud native efficace requiert des services d'infrastructure supplémentaires. Il arrive que ces derniers soient fournis avec les déploiements ou ajoutés en tant que services distincts. Ils comprennent bien souvent certaines fonctionnalités de base, comme :

• le registre de conteneurs,
• un Ingress,
• l'équilibreur de charge,
• les objets secrets,
• le gestionnaire de certificats, etc.

Les applications cloud natives sur Nutanix

De plus en plus d'entreprises créent et déploient des applications cloud natives sur la plateforme Nutanix. À ce titre, bon nombre des services de base dont elles dépendent sont désormais exécutés sur la plateforme. Il s'agit notamment :

• des bases de données (par ex., Redis, Postgres),
• Pub/Sub (Kafka),
• de l’indexation (ElasticSearch),
• des services CI/CD (Gitlab, Jenkins),
• du stockage (Portworx, MayaData, Minio, Red Hat).

Différentes entreprises ont développé des offres permettant de gérer ou prendre en charge ces applications cloud natives sur la distribution Kubernetes du choix du client. L'exemple le plus connu est peut-être celui des services de données Microsoft Azure Arc. Ils proposent Postgres et MS SQL en tant que services managés dans les environnements des clients, mais il en existe aussi beaucoup d'autres. Par exemple : Confluent pour Kafka, Crunchy Data pour Postgres, Redis Enterprise pour Redis, Percona, ElasticSearch, Minio, Mayadata, etc.

Le rôle des conteneurs dans un système cloud native

Les conteneurs constituent l’unité atomique des logiciels cloud native. Un conteneur comprend un morceau de code empaqueté avec toutes ses dépendances (binaires, bibliothèques, etc.). Il est exécuté en tant que processus isolé et il en résulte alors un nouveau niveau d'abstraction. À l'instar de la machine virtuelle (VM) qui extrait les ressources de calcul du matériel sous-jacent, un conteneur extrait une application du système d’exploitation (OS) sous-jacent.

Les conteneurs diffèrent des machines virtuelles sur plusieurs aspects. Leur empreinte est considérablement réduite en termes de ressources, et ils peuvent être créés plus rapidement. Ils sont aussi plus faciles à transférer d'un environnement cloud native à un autre. Contrairement aux VM, ils sont éphémères de nature.

Les conteneurs ouvrent la voie à l'architecture logicielle en microservices, soit l’architecture cloud native. Les applications traditionnelles sont monolithiques par nature. Les applications cloud natives, quant à elles, sont construites comme des collections de pièces plus petites et composables (services). Elles peuvent ainsi évoluer indépendamment et permettre des mises à niveau non perturbatrices. Un service comprend un ou plusieurs conteneurs qui remplissent une fonction commune.

Les applications conteneurisées et basées sur des microservices permettent des pratiques de développement logiciel rationalisées et accélérées. Ces pratiques requièrent une intégration et une coordination plus étroites entre les développeurs et l'équipe chargée des opérations informatiques. Ensemble, ils forment ce qu'on appelle le DevOps informatique.

Plateforme open-source et applications cloud natives

Les applications cloud natives se prêtent aux environnements distribués. Elles utilisent les ressources de calcul, de stockage et de réseau différemment des applications traditionnelles. Ainsi, elles nécessitent une couche d'infrastructure dédiée à l'orchestration des charges de travail conteneurisées.

Kubernetes est une plateforme open source. Elle s'est désormais imposée comme la plateforme dominante dédiée à l'orchestration de conteneurs. Par ailleurs, ce système est souvent considéré comme le système d'exploitation du cloud native par excellence. Il s’agit d’une plateforme portable, extensible et open source destinée à la gestion des charges de travail et des services conteneurisés. Elle facilite à la fois la configuration déclarative et l’automatisation.

Plus spécifiquement, la plateforme :

• assigne des conteneurs aux machines (planification) ;
• démarre les conteneurs spécifiés via l'exécution du conteneur ;
• gère les mises à niveau, les restaurations et la nature en constante évolution du système ;
• répond aux défaillances (plantages de conteneurs, etc.) ;
• crée des ressources de cluster telles que la découverte de services, la mise en réseau inter-VM, l’entrée/sortie de cluster, etc.

Cette plateforme est conçue pour l'évolutivité, la disponibilité, la sécurité et la portabilité. Elle optimise le coût de l'infrastructure en répartissant les charges de travail entre l'ensemble des ressources disponibles. Chaque composant d'un cluster de ce type peut également être configuré pour la haute disponibilité.

La fonctionnalité Kubernetes évolue rapidement grâce aux contributions continues de sa communauté mondiale particulièrement active. Il existe maintenant une variété de distributions Kubernetes disponibles pour les utilisateurs. Les déploiements certifiés par la CNCF sont le choix idéal (car la conformité garantit l'interopérabilité). Toutefois, l'automatisation intelligente des fonctions de gestion du cycle de vie, ainsi que l'intégration aisée des capacités de stockage, de mise en réseau, de sécurité et de surveillance, sont cruciales pour les environnements cloud native au niveau de la production.

Défis liés à l'adoption du cloud native

L’architecture cloud native constitue la nouvelle devise de l’agilité et de l’innovation des entreprises. En revanche, sa configuration, son déploiement et sa gestion peuvent s'avérer difficiles pour certaines entreprises. 

Tout d’abord, Kubernetes et son écosystème d'applications cloud natives sont profonds et évoluent rapidement. De plus, l'infrastructure traditionnelle n'est pas adaptée aux utilisations que cette plateforme et les conteneurs font des ressources informatiques. Il s’agit là d’un obstacle important pour les développeurs de logiciels, qui ont souvent besoin de ressources à la demande, ainsi que de services faciles à utiliser pour leurs applications cloud natives.

Enfin, chaque entreprise finit par recourir à un mélange d'environnements Kubernetes sur site et basés sur le cloud public. Toutefois, bénéficier d'une flexibilité multicloud dépend de la capacité à gérer et à surveiller efficacement tous les déploiements.

Cloud native et bonnes pratiques

La création d’une pile Kubernetes d’entreprise dans le datacenter est une tâche d'envergure pour les équipes chargées des opérations informatiques. Pour prendre en charge un système dynamique et distribué, il est essentiel d'exécuter Kubernetes et des applications conteneurisées sur une infrastructure résiliente et capable d'évoluer de manière réactive.

L’infrastructure hyperconvergée (HCI) Nutanix pour Kubernetes est la base d’infrastructure idéale pour les charges de travail cloud native à grande échelle. Nutanix offre une meilleure résilience pour les composants de la plateforme Kubernetes et les données des applications. Elle propose aussi une évolutivité supérieure aux infrastructures en bare metal. Nutanix simplifie par ailleurs la gestion du cycle de vie de l'infrastructure et le stockage persistant pour les conteneurs à état. De ce fait, elle élimine certaines des plus grandes difficultés rencontrées par les entreprises lors du déploiement et de la gestion des applications cloud natives. 

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