Cloud Native einfach erklärt

Cloud Native beschreibt einen Ansatz, um Softwareanwendungen vollständig in der Cloud zu entwickeln und zu betreiben. Cloud-Native-Anwendungen sind also von Anfang an „born in the cloud“. Im Gegensatz zu traditionellen Applikationen, die nur mit dem Fokus auf die eigene Installationsroutine ausgeliefert wurden, bieten Cloud Native Anwendungen zusätzlich die Integration anderer Cloud Dienste. Cloud-Native-Anwendungen sind flexibel, skalierbar und können schnell bereitgestellt werden.

Im Kern von Cloud-Native- Anwendungen stehen heutzutage zum einen Container und Microservices, zum anderen kommen die DevOps-Philosophie und der Continuous Delivery Ansatz zum Einsatz.

DevOps beschreibt eine produktivere Kultur der Zusammenarbeit zwischen Entwicklern (Developer) und dem IT-Betrieb (Operations). Indem beide Seiten Einblick in die jeweils andere Welt erhalten, legen sie einen Grundstein für ein wesentliches Ziel dieses Ansatzes: die Automatisierung. Bei der DevOps Automatisierung werden Methoden zwischen Software-Entwicklung und IT-Betrieb entwickelt, durch die mitunter Test und Deployment ohne manuelle Eingriffe möglich werden. Die dadurch folgende Optimierung der CI/CD Pipeline führt dazu, dass Releases, Updates und Bugfixes in kleineren Zyklen erfolgen können. Für DevOps bedeutet dies eine Fokussierung auf die Kernaufgaben und somit eine höhere Produktivität.

Continuous Delivery ist ein Ansatz, bei dem Entwicklerteams Software in kurzen Zyklen produzieren. Dabei wird sichergestellt, dass Code automatisiert getestet und in ein Repository (z. B. GitHub) hochgeladen wird. Ziel von Continuous Delivery ist es, stets eine möglichst aktuelle Codebasis zur Verfügung zu haben und Software demzufolge schneller und häufiger zu erstellen, zu testen und freizugeben.

Vom Monolithen zu Microservices

Monolithische Anwendungen kommen häufig in traditionellen Applikationen zum Einsatz. Dabei werden die Dienste in einer einzigen Applikation gebündelt. Eine monolithische Anwendung ist in sich geschlossen und unabhängig von anderen Anwendungen. Das Problem dabei: Sobald Anpassungen in einem Dienst der Applikation vorgenommen werden, ist die gesamte Applikation davon betroffen. Performance-Einbußen, fehlende Flexibilität und ein erhöhtes Ausfallrisiko können mögliche Folgen sein.

Beim Cloud-Native-Ansatz werden Anwendungen in Form von Microservices erstellt. Bei der Microservices-Architektur werden Anwendungen in kleine entkoppelte Dienste zerlegt. Diese werden unabhängig voneinander entwickelt und kommunizieren mithilfe von APIs über eine definierte Schnittstelle miteinander. Änderungen können gezielt für den jeweiligen Service durchgeführt werden, ohne dass die Entwickler dazu die gesamte Applikation verändern müssen. Container vereinfachen das Deployment komplexer Softwareanwendungen und ermöglichen gleichzeitig eine flexiblere Anwendungsstruktur. Sie stellen somit die ideale Verpackung für Microservices dar. Im Zusammenspiel machen sie Entwicklung, Deployment und Betrieb von Software Anwendungen schneller und agiler.

Zu den beliebtesten Container-Technologien zählen Docker und Kubernetes: Docker für die Erstellung und Ausführung von Containern und Kubernetes zur Container-Orchestrierung – beide Tools basieren auf Open Source.

Microservices vs. Serverless

Serverless ist ein weiteres Konzept von Cloud Native, bei dem der Cloud-Provider die Verwaltung und Skalierung von Servern übernimmt. Die Anwendungen und Dienste werden als Funktionen bereitgestellt, welche automatisch ausgeführt werden, wenn sie aufgerufen werden. Entwicklerteams können sich auf die Entwicklung von Anwendungsfunktionen konzentrieren, anstatt sich um die Infrastruktur zu kümmern. Der Nachteil ist, dass es zum einer Vendor-Lockin-Situation kommen kann, da die Anwendung von bestimmten Funktionen oder Konfigurationen der Plattform des Cloud Providers abhängig werden kann.

Microservices und Serverless funktionieren im Zusammenspiel, da beide Konzepte auf eine flexible und skalierbare Architektur abzielen. Microservices können als Serverless-Funktionen bereitgestellt werden, wodurch die Verwaltung und Skalierung der Anwendung einfacher wird. Dadurch können die Vorteile beider Architekturen genutzt werden und eine optimale Skalierbarkeit und Kosteneffizienz erreicht werden.

Cloud Native Computing Foundation

Die Cloud Native Computing Foundation (kurz: CNCF) definiert Cloud Native folgendermaßen:

“Cloud native Technologien ermöglichen es Unternehmen, skalierbare Anwendungen in modernen, dynamischen Umgebungen zu implementieren und zu betreiben. Dies können öffentliche, private und Hybrid-Clouds sein. Best Practices, wie Container, Service-Meshs, Microservices, immutable Infrastruktur und deklarative APIs, unterstützen diesen Ansatz.

Die zugrundeliegenden Techniken ermöglichen die Umsetzung von entkoppelten Systemen, die belastbar, handhabbar und beobachtbar sind. Kombiniert mit einer robusten Automatisierung können Softwareentwickler mit geringem Aufwand flexibel und schnell auf Änderungen reagieren.”

Die CNCF wurde 2015 als Projekt der Linux Foundation gegründet und fördert Cloud Native Computing durch die Ausgestaltung eines Open Source Ökosystems aus herstellerneutralen Projekten. Die CNCF-Landscape zeigt alle Cloud Native Projekte innerhalb der Foundation.

Vorteile von Cloud Native

• Agilität & Geschwindigkeit: Der Cloud-Native-Ansatz ermöglicht den Einsatz von zusammengesetzten Anwendungen, welche belastbar, steuerbar und kontrollierbar sind. Entwicklerteams sind dadurch in der Lage, flexibel und zeitnah auf Änderungen zu reagieren und komplexe Anwendungen schneller und häufiger zu deployen.
• Kürzere Release-Zeiten: Dank DevOps ermöglichen Cloud-Native-Anwendungen einen hohen Automatisierungsgrad, was kürzere Release-Zyklen und eine kürzere Time-to-Market zur Folge hat. Dies befähigt Unternehmen schnellstmöglich auf Kunden- und Marktanforderungen zu reagieren.
• Kein Vendor Lock-in: Cloud-Native-Applikationen zeichnen sich dadurch aus, dass sie auf jeder beliebigen Cloud-Plattform betrieben werden können und somit die Nutzung von Hybrid- und Multi-Cloud Set-ups ermöglichen.
• Skalierbarkeit & Hochverfügbarkeit: Containerisierung ermöglicht Cloud-Native-Anwendungen mit horizontaler Skalierung. Werden für Workloads mehrere Container benötigt, können diese sehr schnell erstellt und bereitgestellt werden. Ausfälle oder Lastspitzen können so durch zusätzliche Container-Instanzen vermieden werden.
• Prozess- und Kosteneffizienz: Beim Einsatz von Cloud-Native-Technologien werden Prozesse standardisiert und automatisiert. Unternehmen müssen zudem keine eigenen Server mehr betreiben und warten. Cloud-Ressourcen werden durch Skalierung bedarfsgerecht verteilt, was eine Senkung der Infrastrukturkosten zur Folge hat.

Cloud Native vs. Traditionelle Applikationen im Überblick

Cloud Native Applikationen

Unabhängig: Durch die Microservices-Architektur können unabhängige Entwicklerteams isolierte Dienste aktualisieren, skalieren und ohne Auswirkungen auf andere Dienste anpassen.

Continuous Delivery: IT Teams stellen einzelne Software-Updates zur Freigabe bereit, sobald sie fertig sind. Unternehmen, die Software schnell freigeben, erhalten eine engere Feedbackschleife und können effektiver auf Kundenbedürfnisse reagieren.

Automatische Skalierung: Durch die Automatisierung der Infrastruktur werden Ausfallzeiten aufgrund menschlicher Fehler erheblich reduziert, da bei jeder Bereitstellung die gleichen Regeln angewendet werden. Bei einer Cloud-nativen Architektur geht es um die Automatisierung von Systemen, nicht von Servern.

Vorhersehbar: Cloud-native Applikationen sind darauf ausgelegt, die Ausfallsicherheit durch vorhersehbare Verhaltensweisen zu maximieren. Die automatisierte, container gesteuerte Infrastruktur, die in Cloud-Plattformen verwendet wird, bestimmt die Art und Weise, wie Software geschrieben wird.

Traditionelle Applikationen

Abhängig: Monolithische Architekturen bündeln viele unterschiedliche Dienste in einem einzigen Bereitstellungspaket. Dies führt zu Abhängigkeiten zwischen den Diensten und zu einem Verlust an Flexibilität bei der Entwicklung und Bereitstellung.

Wasserfall Development: IT Teams geben Software in regelmäßigen Abständen frei, in der Regel in Wochen- oder Monatsabständen, obwohl viele Komponenten einer Version schon früher hätten fertig sein können, ohne dass Abhängigkeiten bestanden hätten.

Manuelle Skalierung: Server-, Netzwerk- und Speicher Konfigurationen werden manuell erstellt und verwaltet. Im großen Maßstab sind IT Teams nur langsam in der Lage, Probleme richtig zu diagnostizieren, und können aufgrund der Komplexität keine Lösungen korrekt implementieren.

Unvorhersehbar: Die Entwicklung von traditionellen Applikationen dauert aufgrund der monolithischen Architektur oft länger. Verbesserungen werden in großen, unregelmäßigen Stapeln freigegeben, sie werden nach oben statt nach unten skaliert und es wird davon ausgegangen, dass abhängige Dienste eine hohe Verfügbarkeit bieten.

Cloud Native Transformation

Zusammenfassend ist klar: Cloud Native ist der moderne Weg, Software zu entwickeln. Viele große Unternehmen wie Netflix, Uber und AirBnb haben den Cloud-Native-Ansatz bereits zu 100 % übernommen und profitieren so von digitaler Flexibilität und einem Wettbewerbsvorteil. SysEleven hat in den letzten Jahren viele Unternehmen auf ihrer Cloud Native Journey begleitet und dabei eine Reihe von Best Practices gesammelt. Meldet Euch gern bei uns, zusammen gehen wir den Weg zu Cloud Native.

Fotos: (Oben): Shutterstock. Alle anderen: SysEleven