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クラウドネイティブアーキテクチャとは ~今注目のアーキテクチャ論を解説

2025年2月4日 / 最終更新日 : 2025年2月4日 APPSWINGBY ITピックアップ・ITトレンド

クラウドネイティブアーキテクチャとは ~今注目のアーキテクチャ論を解説

AWSやGCPなどのクラウドサービス上にシステムを構築する際、アーキテクチャへの深い理解は不可欠ですが、残念なことに多くの企業ではオンプレミスからクラウドへの移行だけが主な目的となっており、クラウドサービスを利用することで得られる様々なメリットを享受することができていないのが現状です。

そこで、今回は、クラウドサービスを利用するにあたって最も重要な「アーキテクチャ」、その中でも近年注目の集まっている「クラウドネイティブアーキテクチャ」について詳しく解説していきます。

1. クラウドネイティブアーキテクチャとは
1.1. クラウドネイティブアーキテクチャの特徴
2. クラウドネイティブアーキテクチャの設計原則
2.1.1. 1. 12要素アプリケーション (Twelve-Factor App)
2.1.2. 2. レジリエンスパターン
2.1.2.1. 主要な回復性戦略
2.1.2.1.1. サーキットブレーカーパターン
2.1.2.1.2. リトライメカニズム

クラウドネイティブアーキテクチャとは

クラウドネイティブアーキテクチャとは、クラウド環境の本質的な特性を最大限に活用するためにスケーラビリティ、可用性、柔軟性、可観測性、および回復力を実現するための設計原則とパターンです。

クラウドネイティブアーキテクチャの特徴

クラウドネイティブアーキテクチャは、以下の主要な特徴を持っています。

マイクロサービスアーキテクチャ
- 従来のモノリシックなシステムとは異なり、マイクロサービスアーキテクチャは、システムを小さな独立したサービスに分割します。モノリシックなアプリケーション構造から、独立して開発・デプロイ可能な小規模なサービスへの分解することでモノリシックなシステムで潜在的に抱えていた様々な問題を解決します。
- 各サービスは独立して開発、デプロイ、およびスケーリングできるため、開発速度と柔軟性が向上します。
- 各マイクロサービスは特定のビジネス機能毎に特化することができます。
- 障害の影響範囲を局所化し、システムの可用性を高めることができます。
- 最新の動向として、サービスメッシュ（IstioやLinkerd）を用いたサービス間の連携や管理の効率化、分散トレーシングによる可観測性の向上などが挙げられます。
コンテナ化
- Docker、Kubernetesなどのコンテナ技術を活用。Dockerなどのコンテナ技術は、アプリケーションとその依存関係をパッケージ化し、異なる環境間で一貫した実行環境を提供します。
- アプリケーションとその依存関係を一貫した環境でパッケージ化。
- Kubernetesなどのコンテナオーケストレーションツールは、コンテナのデプロイ、スケーリング、および管理を自動化します。
- 環境間の移植性と一貫性を確保します。
- 最新の動向として、コンテナレジストリのセキュリティ強化、コンテナイメージの脆弱性スキャン、およびコンテナランタイムの最適化などが挙げられます。
継続的デリバリー（CD）
- CI/CDパイプラインの自動化。CI/CD（継続的インテグレーション/継続的デリバリー）は、コードの変更を自動的にテストし、デプロイすることで、開発速度と品質を向上させます。
- DevOpsプラクティスの実践。DevOpsは、開発チームと運用チームが連携し、システムのライフサイクル全体を通じて協力する文化とプラクティスです。
- 迅速で信頼性の高いソフトウェアリリース。短いサイクルでのソフトウエアリリースは競合他社との競争に勝ち抜く手段として非常に有効な手段となります。
- 最新の動向として、GitOpsによる宣言的なインフラ管理、IaC（Infrastructure as Code）によるインフラのコード化、および自動化テストの強化などが挙げられます。
サーバーレスコンピューティング
- AWS LambdaやGoogle Cloud Functionsなどのサーバーレスコンピューティングは、サーバーの管理を不要にし、イベント駆動型のアプリケーション開発を可能にします。
- 必要な時に必要な分だけリソースを消費するため、コスト効率が高く、スケーラビリティに優れています。
- 最新の動向として、サーバーレスワークフロー（AWS Step FunctionsやGoogle Cloud Workflows）を用いた複雑な処理の構築、API Gatewayとの連携によるAPIバックエンドの構築などが挙げられます。
可観測性
- 可観測性とは、システムの内部状態を理解するために、ログ、メトリクス、およびトレースを収集および分析する能力です。
- 可観測性を高めることで、システムのパフォーマンス問題や障害を迅速に特定し、解決することができます。
- 最新の動向として、OpenTelemetryなどの標準化された可観測性ツール、AI/MLを用いた異常検知、および分散トレーシングの活用などが挙げられます。
その他
- エッジコンピューティング
  - ネットワークエッジで処理を行うことで、低レイテンシ、高帯域幅、およびセキュリティ向上を実現します。
- AI/ML
  - 機械学習モデルをクラウド上でトレーニングし、推論をエッジデバイスで実行することで、高度な分析や予測を行います。
- セキュリティ
  - クラウド環境におけるセキュリティは、ゼロトラストセキュリティ、IAM（Identity and Access Management）、およびデータ暗号化などが重要です。

クラウドネイティブアーキテクチャの設計原則

クラウドネイティブアーキテクチャは、クラウド環境を最大限に活用し、ビジネスの要求に迅速かつ柔軟に対応するための設計原則とパターンです。設計を行うにあたって設計の原則を理解することは必要不可欠です。そこで、このセクションでは、主要な設計原則について詳しく解説します。

1. 12要素アプリケーション (Twelve-Factor App)

12要素アプリケーション(Twelve-Factor App)とは、クラウドネイティブアプリケーション開発のための方法論で、スケーラブルで可搬性の高いアプリケーションを設計するための指針です。その名の通り１～１２までの項目に分かれています。

12個もあると、「どのようにして設計に落とし込んでいけばいいのか？？？」とか「どのようにして一つのシステムにまとめて行けば良いのか？」といった疑問もわいてくるのですが、ひとつひとつ理解を進めていくことで、ひとつにまとまったクラウドネイティブなシステムをイメージできるようになってくるものですので、まずはさっと読み進めることから始めてみてください。

では、さっそくご紹介していきます。

1. コードベース (Codebase)

1つのコードベース、多数のデプロイ
バージョン管理システム（Git）の活用
異なる環境間での一貫性の確保

2. 依存関係 (Dependencies)

依存関係を明示的に宣言
依存ライブラリの完全な分離
パッケージマネージャの活用（pip, npm, Maven）

3. 設定 (Config)

環境固有の設定を環境変数で管理
機密情報の安全な取り扱い
設定とコードの完全な分離

4. バックアップサービス (Backing Services)

データベース、キャッシュ、メッセージングシステムなどを外部サービスとして扱う
簡単に接続の切り替えが可能
リソースの疎結合

5. ビルド、リリース、実行 (Build, Release, Run)

厳密に分離されたステージ
コンテナ化によるビルドの一貫性
CI/CDパイプラインの活用

6. ステートレスプロセス (Stateless Processes)

アプリケーションをステートレスに設計
状態管理は外部ストレージに委譲
水平スケーリングの容易さ

7. ポートバインディング (Port Binding)

サービスをポートにバインド
自己完結型のWebサービス
ルーティングレイヤーとの分離

8. 同時実行 (Concurrency)

プロセスモデルによるスケーリング
水平スケーリングのサポート
異なる種類のワークロードの処理

9. 廃棄容易性 (Disposability)

高速起動と正常シャットダウン
堅牢性と耐障害性
迅速なスケールアウト/インの実現

10. 開発/本番の一致 (Dev/Prod Parity)

開発、ステージング、本番環境の最大限の類似性
継続的デプロイメントの促進
環境間の差異の最小化

11. ログ (Logs)

ログをイベントストリームとして扱う
中央集中型ログ管理
構造化ログの活用

12. 管理プロセス (Admin Processes)

管理タスクとアプリケーションコードの分離
一回限りのスクリプトや管理ツール
再現性と自動化

2. レジリエンスパターン

レジリエンスパターンは、分散システムにおける障害耐性と信頼性を確保するための重要な設計アプローチです。このセクションでは、レジリエンスパターンの主要な回復戦略と実装例などをご紹介します。

主要な回復性戦略

サーキットブレーカーパターン

障害の連鎖を防止
一時的な障害からの自動回復
フォールバックメカニズムの提供

リトライメカニズム

一時的な障害に対する自動再試行
バックオフ戦略の実装 …

解説記事「クラウドネイティブアーキテクチャとは ~今注目のアーキテクチャ論を解説」の続きは

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この記事を書いた人

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