クラウドネイティブとは？基礎からわかるアーキテクチャと特徴

クラウドネイティブとは

クラウド ネイティブとは、開発速度、スケーラビリティ、柔軟性、回復力を重視したモジュール型アーキテクチャを用いて、アプリケーションを構築・実行する最新のアプローチです。
クラウド ネイティブ アーキテクチャは、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といった動的なクラウド環境に適しており、データサービスを含む再利用可能なコンピューティングリソースやプラットフォームリソースを、ビルディングブロックとして活用します。

さらに、マイクロサービス、Linuxコンテナ、Kubernetesなどのオーケストレーションプラットフォームを組み合わせることで、拡張性が高く、障害に強く、俊敏なアプリケーションを実現します。

このアーキテクチャにより、開発チームは各サービスを独立して継続的に開発、展開、更新できるようになり、変化するビジネスニーズへの迅速な対応とイノベーションの加速が可能になります。

クラウドネイティブアプリケーションとは

クラウドネイティブアプリケーションとは、動的なクラウドインフラストラクチャに最適化された分散システムとして動作するよう設計されたアプリケーションです。

これらのアプリケーションは、静的なサーバーや密結合されたコンポーネントに依存するのではなく、モジュール化されており、可能な場合はステートレスで、特定のインフラストラクチャに依存しない設計が採用されています。

また、マネージドデータベース、メッセージングシステム、自動スケーリンググループなどのクラウドサービスと緊密に連携することで、弾力性、フォールトトレランス、運用効率を高めています。

クラウドネイティブアプリケーションは、自動化、可観測性、迅速な導入サイクルを重視しており、チームがシステムの信頼性とパフォーマンスを大規模に維持しながら、機能追加や修正を継続的に提供できるようにします。

クラウドネイティブとクラウド対応ソリューション

「クラウドネイティブ」と「クラウド対応」は、同じ意味で使われることがありますが、実際には異なる概念を指します。

クラウド対応とは、既存のアプリケーションをクラウド環境で動作させるために、変更や改良を加えることを意味します。クラウド対応アプリケーションは、もともとオンプレミス環境で稼働していたシステムを、クラウドプラットフォーム向けに再設計または再構築したものです。この再設計には多くの工数が必要となる場合があり、オンプレミス向けに設計されたアプリケーションをクラウドで運用する際には、さまざまな制約や課題が生じることがあります。その結果、クラウド対応アプリケーションでは、クラウドネイティブアプリケーションに見られる俊敏性や柔軟性を十分に発揮できない場合があります。

また、クラウド対応アプリケーションはクラウドサービスを利用することはありますが、多くの場合、設計や運用の前提としてオンプレミスのインフラストラクチャへの依存が残っています。

一方、クラウドネイティブアプリケーションは、クラウドサービスやクラウド技術の活用を前提として、最初から設計されています。マイクロサービスを用いた分散型アーキテクチャが一般的であり、従来型のアーキテクチャを基盤とするクラウド対応アプリケーションとは、設計思想や構造が異なります。

リソースの利用方法にも違いがあります。クラウドネイティブアプリケーションは、動的なスケーリングや柔軟なリソース割り当てを前提に設計されており、クラウド環境の特性を活かした効率的な運用が可能です。これに対し、クラウド対応アプリケーションは、クラウドのリソース最適化機能を十分に活用できるようには設計されていません。

回復力の面でも差があります。クラウドネイティブアプリケーションでは、冗長構成や自動フェイルオーバーといった信頼性を高める仕組みが、設計段階から組み込まれていることが一般的です。

一方、クラウド対応アプリケーションでは、再設計の過程で意図的に実装されない限り、同等の回復力を備えていない場合が多くなります。

クラウドネイティブアプリケーションの例

クラウドネイティブアプリケーションは、柔軟な展開、高可用性、高速なスケーラビリティが求められる環境に適しています。こうした特性は、アプリケーションを構成する各コンポーネントを独立して設計・運用できる点により実現されます。

クラウドネイティブアプリケーションでは、マイクロサービスアーキテクチャと継続的インテグレーションおよび継続的デプロイメントが活用されます。アプリケーションを小さな独立したサービスの集合として構成することで、他の部分に影響を与えることなく、個別の機能を更新できます。これにより、迅速かつ継続的な機能追加やバグ修正が可能になります。

また、クラウドネイティブアプリケーションは、需要やトラフィックの変動に応じて迅速にスケールアップやスケールダウンを行えます。特定の時期にアクセスが集中するビジネスにおいても、安定したサービス提供を維持できます。

以下は、クラウドネイティブアプリケーションの特性を活かし、大きなメリットを得られる代表的なユースケースです。

• 電子商取引プラットフォーム
  アクセス数やユーザー需要が大きく変動する環境において、柔軟なスケーリングによって安定したサービス提供を実現します。

• ストリーミングメディアプラットフォーム
  音楽、映画、ゲームなどの配信サービスでは、時間帯やイベントによるトラフィックの集中に対応しながら、24時間365日の配信を可能にします。

• ライブチャットプラットフォーム
  トラフィックが突発的に増減する状況でも、サーバーリソースを動的に割り当てることで、ユーザー同士の継続的なコミュニケーションを支えます。

• デジタルバンキング
  マイクロサービスにより、口座管理や決済などの機能を柔軟に提供できます。コンテナ技術は、セキュリティと迅速なソフトウェア更新の両立にも貢献します。

• 医療用画像およびデータ分析プラットフォーム
  高い回復力と拡張性を備えたクラウドネイティブ 技術により、大量の医療データを高速に処理・分析し、医療の質向上を支援します。

• 不動産賃貸プラットフォーム
  大規模なリスティングを動的にスケーリングしながら管理できます。コンテナとマイクロサービスにより、高い可用性と信頼性を維持します。

• リアルタイムデータ分析
  多様なデータソースから大量のデータをリアルタイムで処理するために、分散型アーキテクチャが活用されます。

• カスタマイズされた消費者向け推奨システム
  ユーザーの行動や嗜好を分析し、パーソナライズされた製品やサービスの提案を行います。

• スマートホームシステム
  複数のAPIを通じて接続された機器を管理し、ユーザーがインターフェースから操作できる自動化された環境を実現します。

• 位置情報対応サービスの統合
  地図サービスなどのAPIを活用することで、実証済みの位置情報機能を新しいアプリケーションに組み込むことができます。

クラウドネイティブアプリケーションアーキテクチャの特徴

従来のアプリケーションは、必要なすべての機能を単一のインスタンスにまとめて実行するよう設計されていました。需要の増加に対応する場合は、より大規模で高性能なサーバーへ移行することで対応するのが一般的でした。こうしたアプリケーションは、特定のプラットフォームやオペレーティングシステムを前提として作成されることが多く、機能の追加や改善、更新には多くの時間と労力を要していました。

これに対し、クラウドネイティブアプリケーションはモジュール化された設計が採用されています。マイクロサービスを用いて構築されているため、従来のアプリケーションと比べて、柔軟性、拡張性、回復力に優れています。各機能は独立したサービスとして構成され、必要に応じて個別に開発や更新を行うことが可能です。

クラウドネイティブアプリケーションアーキテクチャには、こうした特性を支えるいくつかの主要なコンポーネントが含まれます。

マイクロサービス

クラウドネイティブアプリケーションでは、すべての機能を単一のサービスにまとめるのではなく、マイクロサービスを用いて構築されます。アプリケーションは複数の独立したコード単位に分割され、それぞれが特定のビジネス機能を担います。

これらのマイクロサービスは疎結合で設計されており、連携しながら全体として一つのアプリケーションを構成します。各マイクロサービスは通常コンテナとして実行され、必要に応じてアプリケーションプログラミングインターフェイスを通じて、他のマイクロサービスと通信します。

コンテナ

コンテナは、個々のマイクロサービスと、それに必要なシステムツール、ライブラリ、その他の依存関係をまとめた、軽量で分離されたランタイム環境です。

コンテナ化されたマイクロサービスは、基盤となるハードウェアやオペレーティングシステム、さらに他のコンテナからも独立して動作します。そのため、さまざまな環境に一貫してデプロイでき、他のマイクロサービスに影響を与えることなく実行できます。

API

アプリケーションプログラミングインターフェイス（API）は、ソフトウェア同士が相互に通信するための標準化された仕組みです。API により、コンテナ化された各マイクロサービスは、他のマイクロサービスやアプリケーションを構成するサービスと連携できます。

マイクロサービスアーキテクチャにおいて、API は各サービスをつなぐ役割を果たします。クラウドネイティブアプリケーションでは、API を通じて、各マイクロサービスが必要とするデータや機能をやり取りし、全体として一貫した動作を実現します。

オーケストレーション

コンテナ化されたマイクロサービスや API は、Kubernetes などのオーケストレーションツールによって動的に管理されます。これらのツールは、クラウド ネイティブ アプリケーションの複雑なライフサイクル全体を管理する役割を担います。

オーケストレーションツールは、リソースの割り当てを最適化し、必要に応じて負荷を分散します。また、障害が発生した場合にはコンテナを自動的に再起動し、トラフィックの増加に応じてアプリケーションをスケールアウトします。さらに、コンテナ化されたマイクロサービスの展開やプロビジョニングを自動化することで、安定した運用と効率的な管理を可能にします。

クラウドネイティブアプローチを採用する利点

クラウドネイティブアプローチを採用することで、アプリケーションの設計、開発、運用において多くのメリットが得られます。

• スケーラビリティの向上
  各マイクロサービスを個別にスケーリングできるため、需要に応じた柔軟な拡張が可能です。これにより、プロビジョニング不足や過剰を避けながら、リソースを効率的に割り当てられます。

• 回復力の向上
  マイクロサービスを分離することで、特定のサービスに障害が発生しても、他のサービスへの影響を最小限に抑えられます。Kubernetesなどの一部のコンテナプラットフォームでは、自己修復や自動復旧の仕組みにより、高い回復力が維持されます。

• 効率性の向上
  継続的インテグレーションや継続的デリバリーを含むDevOpsアプローチを採用でき、クラウドサービスや自動化ツールを活用することで、開発と運用のプロセスを効率化できます。

• 異なるインフラストラクチャ間での移植性
  コンテナを利用することで、特定のクラウドプロバイダーに依存せず、アプリケーションを柔軟に移動できます。これは、ハイブリッドマルチクラウド環境において特に有効です。

• 導入と管理の簡素化
  自動化されたデプロイや更新により、運用負荷を軽減できます。CI/CDを活用することで、ユーザー体験を中断することなく、継続的な改善が可能になります。

• コストの削減
  開発、テスト、ホスティングをクラウド上で行うことで、ハードウェアへの過剰投資や管理コストを抑えられます。従量課金モデルにより、必要なリソースを必要な分だけ利用できます。

• 可用性の向上
  ダウンタイムを最小限に抑えながらアプリケーションを更新でき、需要が急増する状況でも安定したサービス提供を維持できます。

• 俊敏性と生産性の向上
  モジュール化されたクラウドネイティブアプリケーションにより、新機能の開発、テスト、展開を迅速に行えます。これにより、変化する市場や顧客ニーズにも素早く対応できます。

クラウドネイティブアプリケーションの設計、移行、展開

クラウドネイティブアプリケーション開発は、スケーラブルで柔軟性が高く、回復力のあるアプリケーションを構築するための最新のアプローチです。オンプレミス環境からの移行や、クラウド上で新しいワークロードを設計する場合でも、適切なプラクティスを採用することで、プロセスを簡素化し、リスクを軽減できます。

計画と準備

アプリケーションの移行は、特にオンプレミス環境からクラウドへ移行する場合、課題となることがあります。しかし、事前に十分な計画と準備を行うことで、移行プロセスをより簡単かつスムーズに進めることができます。

計画フェーズでは、主に以下の点を検討します。

• ポートフォリオ評価
  組織が現在保有しているアプリケーションを評価し、クラウド移行に適したものを特定します。評価の基準には、移行によって得られるビジネス価値、アプリケーションの複雑さ、技術的な実現可能性などが含まれます。

• 必要な変更の評価
  どのアプリケーションを再設計、リファクタリング、または再構築する必要があるかを判断します。この評価には、アプリケーションをマイクロサービスに分割する方法や、コンテナをどのように導入するかといった検討も含まれます。

• クラウドプロバイダーの選定
  アプリケーションの移行先となるクラウドプロバイダーを決定します。選定にあたっては、サポート体制、価格、提供されるサービス、コンプライアンス要件などを総合的に考慮することが重要です。

アーキテクチャとツール

計画が完了したら、適切なアーキテクチャとツールを用いて、アプリケーションの移行または新規構築を進めます。

• マイクロサービスへの分割とコンテナ化
  アプリケーションをマイクロサービスに分解し、必要な依存関係を含めてコンテナにパッケージ化します。これにより、環境間での移植性と動作の一貫性が確保されます。

• Kubernetesによるオーケストレーションの実装
  Kubernetesなどのコンテナオーケストレーションプラットフォームを利用することで、デプロイ、スケーリング、ライフサイクル管理を自動化できます。これにより、リソース割り当ての最適化とアプリケーションの回復力維持が可能になります。

• 移行先アーキテクチャの準備
  ワークロードを効果的に処理するために、パフォーマンス、帯域幅、冗長性、セキュリティ要件に合わせて、クラウド環境を適切に設計・構成します。

• マイクロサービスと軽量コンテナの活用
  マイクロサービスとコンテナを採用することで、開発と運用が簡素化され、アプリケーションの長期的な管理、更新、改善が容易になります。

• 効率を高めるツールの選定
  テクノロジースタックは、アプリケーションの要件に合致している必要があります。データ処理に適したツールもあれば、マイクロサービスの構築や管理に適したツールもあり、目的に応じた選択が重要です。

展開とベストプラクティス

既存のアプリケーションを移行する場合でも、新しいアプリケーションを導入する場合でも、ベストプラクティスを採用することで、長期的な回復力を確保しやすくなります。

• 生産性向上のためのCI/CD
  継続的インテグレーションにより、開発者は常に最新のコードを基に作業できます。継続的デリバリーにより、本番環境への展開が自動化されます。これにより、コミュニケーションが改善され、バグの削減や市場投入までの時間短縮につながります。

• IaCによる不変のインフラストラクチャ
  コードとしてのインフラストラクチャは、リソース管理を自動化および標準化し、予測可能で安定したデプロイを実現します。既存のインスタンスを変更するのではなく、新しいインスタンスを作成する運用により、安全性と効率性を高められます。

• サーバーレスによる管理負荷の軽減
  サーバーレスを採用すると、サーバーを直接管理する必要がなくなります。利用したリソースに対してのみ支払い、スケーリングも迅速に行えます。また、コンプライアンスやセキュリティ機能が組み込まれている場合もあります。

• セキュリティの優先
  開発全体を通じて、アクセス制御、暗号化、ネットワークセキュリティ、侵入検知を統合します。シフトレフトのセキュリティアプローチにより、早い段階から回復力を確保できます。

• 可観測性による迅速な問題検出
  アプリケーションとインフラストラクチャ全体のログ、メトリック、トレースを収集し、障害や脆弱性をリアルタイムで診断します。

• サービスメッシュによる通信の最適化
  サービスメッシュは、サービス間通信を簡素化します。開発者が複雑なネットワークの詳細管理に追われることなく、機能の開発に集中できるようになります。

検証と監視

クラウドネイティブ環境では、展開前後の検証と継続的な監視が、安定した運用を実現するうえで重要です。

• クラウドネイティブ環境でのテスト
  本番環境へ移行する前に、重要なコンポーネントを展開し、包括的なテストを実施します。これにより、機能や性能に関する問題を事前に特定できます。

• データ移行
  整合性と一貫性を維持しながら、アプリケーションデータをクラウドストレージへ移行します。あわせて、新しい環境で正しく動作するよう、アプリケーションの再構成を行います。

• 継続的な監視
  展開後は、パフォーマンス、スケーラビリティ、リソース割り当てを継続的に監視します。運用のどの段階でも問題が発生する可能性があるため、アプリケーションが新しいクラウド環境で安定していることを確認できるまで、継続的なモニタリングが必要です。

クラウドネイティブはDevOpsの実践と継続的デリバリーをどのようにサポートしますか？

クラウドコンピューティングの普及により、IT運用（Ops）チームとソフトウェア開発（Dev）チームが連携するDevOpsの時代が到来しました。DevOpsは、プロセスの統合だけでなく、チーム間のコラボレーションや効果的なコミュニケーションを重視します。クラウド環境では、リソースをオンデマンドで容易にプロビジョニングできるため、小さな反復を重ねながら高速かつ効率的にアプリケーションの開発、テスト、展開を行うDevOpsのアプローチが実現します。

組織がアプリケーションやコンピューティングにクラウドネイティブアプローチを採用すると、継続的インテグレーション（CI）や継続的デリバリー（CD）のメリットを最大限に活かせるようになります。その結果、回復力、可観測性、拡張性、管理性に優れたアプリケーションを継続的に提供できます。

クラウドコンピューティングがDevOpsの実践を後押しした一方で、DevOpsは高度な自動化や開発と運用の連携強化を通じて、クラウドの進化にも貢献してきました。DevOpsプラクティスはクラウド環境と高い親和性を持ち、競争の激しい市場で優位性を維持したい組織にとって、クラウドネイティブアプリケーションの開発はますます重要な取り組みとなっています。

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Nutanixは、今日の組織が直面する最新のインフラストラクチャ課題を理解し、それらを軽減してビジネスの成功を支援するソリューションを提供しています。クラウド上での新しいアプリケーションの構築と展開、ならびに既存アプリケーションのクラウド移行を支援する、ハイパーコンバージドインフラストラクチャ（HCI）とハイブリッドマルチクラウドソリューションを提供しています。

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これら2つのソリューションを併用することで、次のことが可能になります。

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• 自動化による開発、テスト、デプロイの簡素化

• APIとGitOpsワークフローによるプラットフォームエンジニアリングの実現

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• 厳格なセキュリティ基準を満たすエンタープライズクラスのセキュリティ機能

• アプリケーションレイヤーでのクラウドネイティブアプリケーションの制御

• クラウドネイティブアプリケーションのプロビジョニングと運用の統合・簡素化

• その他多数の機能