Cloud Native là gì? Các nguyên tắc kiến trúc của Cloud Native

Cloud Native đã dần trở thành tương lai của lĩnh vực phát triển phần mềm. Trong tương lai, ứng dụng doanh nghiệp sẽ được Cloud-Based hoặc sẽ chuyển đổi sang ứng dụng Cloud Native. Tuy nhiên, thuật ngữ này vẫn còn khá xa lạ với nhiều người dùng. Vì thế hãy theo dõi bài viết dưới đây để hiểu rõ kiến trúc của Cloud Native nhé!

Cloud Native là gì?

Cloud Native đề cập đến khái niệm xây dựng và vận hành các ứng dụng để khai thác lợi thế của điện toán đám mây được cung cấp bởi mô hình phân phối đám mây. Các ứng dụng Cloud Native được thiết kế và xây dựng để khai thác quy mô, độ đàn hồi, khả năng phục hồi và tính linh hoạt mà cloud cung cấp.

Theo định nghĩa của Cloud Native Computing Foundation (CNCF) về Cloud Native là gì?: “Các công nghệ Cloud Native cho phép các tổ chức xây dựng và chạy các ứng dụng có thể mở rộng trong các môi trường như Public Cloud, Private Cloud và Hybrid Cloud. Các Containers, service meshes (lưới dịch vụ), microservices, immutable infrastructure (cơ sở hạ tầng bất biến) và các API là minh họa rõ nhất cho cách tiếp cận này.

Các tính năng này cho phép các hệ thống được kết hợp lỏng lẻo có khả năng phục hồi, quản lý và quan sát được. Kết hợp với khả năng tự động hóa mạnh mẽ, chúng cho phép các kỹ sư thực hiện các thay đổi có tác động lớn thường xuyên với khối lượng công việc tối thiểu.

Bối cảnh hiện đại của các ứng dụng phức tạp, cùng với sự mong đợi đổi mới liên tục và khả năng đáp ứng vô song của người dùng, đòi hỏi các hệ thống kinh doanh phải có chiến lược tốt hơn và ngày càng linh hoạt hơn. Những khái niệm và tính năng ở trên cho thấy Cloud Native chính là giải pháp tối ưu cho các doanh nghiệp.

Các dịch vụ Cloud Native cho phép phát triển ứng dụng hiện đại bằng cách sử dụng các công nghệ như Kubernetes, Docker, serverless function, API và Kafka. Các nhà cung cấp Cloud hàng đầu trong ngành cho phép cung cấp dịch vụ và công cụ đám mây để các nhà phát triển có thể giảm bớt các tác vụ vận hành và xây dựng ứng dụng nhanh hơn. Các dịch vụ Cloud Native cung cấp một nền tảng toàn diện, dựa trên tiêu chuẩn để xây dựng, triển khai và quản lý các ứng dụng Cloud Native như Microservices và Serverless function.

Những thách thức của Cloud Native

Thách thức của Native Cloud lớn nhất đó là là khi khách hàng cố gắng nâng cấp và chuyển các ứng dụng cũ sang sử dụng nền tảng đám mây. Mà khách hàng nên đưa ứng dụng Cloud Native vào cơ sở hạ tầng đám mây mới hoặc có thể chia nhỏ các khối hiện có để cấu trúc lại bằng cách sử dụng các nguyên tắc riêng của đám mây ngay từ đầu.

Ngoài ra, có thể áp dụng các phương pháp khác để tiếp cận Cloud Native như phát triển sản phẩm dạng MVP, thử nghiệm đa biến,…

Lợi ích của Native Cloud

Ứng dụng Cloud Native – Cloud Native Applications (NCA) là các chương trình được thiết kế cho kiến ​​trúc Cloud Computing, và có nhiều lợi ích như:

• Tính độc lập: Kiến trúc của Cloud Native giúp bạn có thể xây dựng các ứng dụng Cloud Native một cách độc lập với nhau. Điều này có nghĩa là bạn cũng có thể quản lý và triển khai chúng riêng lẻ.
• Khả năng phục hồi: Một ứng dụng Cloud Native được thiết kế tốt có thể tồn tại và luôn online ngay cả trong trường hợp cơ sở hạ tầng ngừng hoạt động.
• Standards-based: Để có khả năng tương tác và di chuyển khối lượng công việc, các dịch vụ Cloud Native thường dựa trên nguồn mở và công nghệ dựa trên tiêu chuẩn. Điều này giúp giảm tình trạng nhà cung cấp bị khóa và tăng tính linh động.
• Tự động hóa: Các ứng dụng Cloud Native sử dụng các tính năng tự động hóa của DevOps, cho phép điều phối, quản lý và tự động hóa toàn bộ cơ sở hạ tầng cho đến các ứng dụng. Ngoài ra, các nhà phát triển có thể sử dụng các phương pháp luận như triển khai blue-green và canary để thực hiện các cải tiến cho ứng dụng mà không làm gián đoạn trải nghiệm người dùng.
• Không có thời gian chết (No Downtime): Nhờ có các trình điều phối container như Kubernetes, người dùng có thể triển khai bản cập nhật phần mềm mà về cơ bản là không có downtime (thời gian chết).
• Bảo mật: Cloud Native cho phép các nhà phát triển xây dựng bảo mật cho các ứng dụng ngay từ đầu.

Dịch vụ của Cloud Native

Container Registry (Đăng ký container)

OCI Container Registry là dịch vụ đăng ký Docker do Oracle quản lý dựa trên standards-base để lưu trữ và chia sẻ hình ảnh container một cách an toàn. Các kỹ sư có thể dễ dàng đẩy và kéo hình ảnh Docker với giao diện dòng lệnh Docker (CLI) và API. Để hỗ trợ container lifecycle, Container Registry hoạt động với Container Engine for Kubernetes của Oracle, OCI Identity and Access Management (Quản lý nhận dạng và truy cập OCI), Oracle Visual Builder Studio cũng như các công cụ dành cho nhà phát triển thứ ba và DevOps.

Notification

OCI Notifications là dịch vụ Publish/Subscribe có lantacy thấp, khả dụng cao, gửi cảnh báo và tin nhắn đến Oracle Cloud Functions, email, SMS và các đối tác gửi tin nhắn, bao gồm Slack, PagerDuty và ServiceNow. Dịch vụ tích hợp với OCI Identity and Access Management để truy cập an toàn và gửi từng tin nhắn, ngay cả khi quá tải lưu lượng. Notification giúp xây dựng các ứng dụng Cloud Native có khả năng scale và đáng tin cậy.

Streaming

Dịch vụ OCI Streaming là một nền tảng phát trực tuyến sự kiện, tương thích với Apache Kafka dành cho các nhà phát triển và nhà khoa học dữ liệu. Dịch vụ quản lý sự kiện streaming này nhập, lưu trữ và xử lý dữ liệu phát trực tuyến theo thời gian thực trên quy mô lớn. Giúp giảm lock-in thông qua khả năng tương thích hoàn toàn với các API Kafka mã nguồn mở và được sử dụng rộng rãi.

Container Engine

Container Engine for Kubernetes (OKE) là một dịch vụ điều phối container do Oracle quản lý. Dịch vụ này có thể giảm thời gian và chi phí để xây dựng các ứng dụng Cloud Native hiện đại. Không giống như hầu hết các nhà cung cấp khác, OCI cung cấp Container Engine của Kubernetes như một dịch vụ miễn phí chạy trên các máy tính hiệu suất cao, chi phí thấp.

Các kỹ sư DevOps có thể sử dụng Kubernetes mã nguồn mở, không sửa đổi để có thể di chuyển khối lượng công việc của ứng dụng và đơn giản hóa hoạt động với các patch và cập nhật tự động.

Functions

Oracle Cloud Functions là một nền tảng serverless cho phép các nhà phát triển tạo, chạy và mở rộng các ứng dụng mà không cần quản lý bất kỳ cơ sở hạ tầng nào. Tích hợp với OCI, các dịch vụ nền tảng và các ứng dụng SaaS.

Vì Functions dựa trên Fn Project mã nguồn mở, nên các nhà phát triển có thể tạo các ứng dụng có thể dễ dàng chuyển sang các môi trường Cloud khác. Code dựa trên Function thường chạy trong khoảng thời gian ngắn và khách hàng chỉ trả tiền cho các tài nguyên mà họ sử dụng.

5 nguyên tắc về kiến trúc Cloud Native

Nguyên tắc kiến trúc cho Cloud tập trung vào cách tối ưu hóa kiến trúc hệ thống của Cloud. Kiến trúc truyền thống có xu hướng tối ưu hóa cho một cơ sở hạ tầng cố định, chi phí cao và đòi hỏi nỗ lực thủ công đáng kể. Do đó, kiến trúc truyền thống tập trung vào khả năng phục hồi và hiệu suất của các thành phần cố định tương đối nhỏ.

Tuy nhiên, trên Cloud một cơ sở hạ tầng cố định như vậy không có nhiều ý nghĩa vì cloud được tính phí dựa trên mức sử dụng. Sử dụng bao nhiêu chi trả bấy nhiêu, và dễ dàng tự động scaling up down hơn. Do đó, kiến trúc Cloud Native tập trung vào việc đạt được khả năng phục hồi và quy mô. Bất kể mở rộng theo chiều ngang, xử lý phân tán và tự động hóa việc thay thế các thành phần bị lỗi.

Nguyên tắc 1: Thiết kế để tự động hóa (Design for automation)

Tự động hóa (Automation) luôn là phương pháp tốt nhất đối với các hệ thống phần mềm. Cloud giúp việc tự động hóa cơ sở hạ tầng trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết. Mặc dù khoản đầu tư trả trước thường cao hơn, nhưng việc ưu tiên một giải pháp tự động hầu như luôn mang lại hiệu quả trong việc phục hồi và hiệu suất của hệ thống.

Các quy trình tự động có thể sửa chữa, mở rộng quy mô, triển khai hệ thống nhanh hơn nhiều so với con người thực hiện. Một số lĩnh vực phổ biến để tự động hóa các hệ thống Cloud Native là:

• Cơ sở hạ tầng: Tự động hóa việc tạo và cập nhật cơ sở hạ tầng, bằng cách sử dụng các công cụ như Google Cloud Deployment Manager hay Terraform.
• Tích hợp liên tục / Phân phối liên tục: Tự động hóa việc xây dựng, thử nghiệm và triển khai các gói tạo hệ thống bằng cách sử dụng các công cụ như Google Cloud Build, Jenkins và Spinnaker. Không chỉ nên tự động hóa việc triển khai, người dùng còn nên tự động hóa các quy trình như canary testing (thử nghiệm canary) và rollback (khôi phục).
• Scale up và scale down: Trừ khi hệ thống tải hầu như không thay đổi, thì bạn nên tự động hóa hệ thống scaling để phản hồi khi tải tăng lên hoặc xuống. Scaling up giúp cho hệ thống được vận hành trơn tru, còn sacling down giúp tiết kiệm chi phí. Điều này rất cần thiết đối với các ứng dụng có quy mô lớn.

Ví dụ: Các trang web công cộng hay các ứng dụng nội bộ, hoạt động nhiều trong một khoảng thời gian nhất định, nhưng những ứng dụng khác thì không.

• Giám sát và phục hồi tự động: Người dùng nên giám sát và đăng nhập vào các hệ thống Cloud Native của mình ngay từ đầu. Việc ghi nhật ký và theo dõi các luồng dữ liệu có thể được sử dụng để theo dõi tình trạng của hệ thống một cách tự nhiên hơn. Ngoài ra, còn có nhiều công dụng vượt trội khác.

Ví dụ: Cung cấp thông tin chi tiết có giá trị về việc sử dụng hệ thống và hành vi của người dùng. Có bao nhiêu người đang sử dụng hệ thống, đang sử dụng những gì, độ trễ trung bình là bao nhiêu?,…

Bên cạnh đó, còn có thể được sử dụng tổng hợp để đưa ra thước đo về tình trạng tổng thể của hệ thống.

Ví dụ: Ổ chứa sắp đầy, nhưng liệu có đầy nhanh hơn bình thường không,… Cuối cùng, tự động attach. Khi ổ chứa đầy, thay vì chỉ ghi lại lỗi, người dùng cũng có thể tự động thay đổi kích thước ổ đĩa để cho phép hệ thống tiếp tục hoạt động.

Nguyên tắc 2: Hiểu trạng thái hệ thống

Trạng thái lưu trữ là dữ liệu người dùng (Ví dụ: Các mặt hàng trong giỏ hàng của người dùng hoặc số nhân viên của họ). Trạng thái hệ thống (Ví dụ: Có bao nhiêu instance đang chạy, phiên bản mã nào đang chạy trong sản xuất), là khía cạnh khó nhất của việc xây dựng kiến trúc phân tán, Cloud Native. Do đó, nên xây dựng hệ thống của mình để có chủ đích về thời điểm và cách thức, trạng thái lưu trữ và thiết kế các thành phần không trạng thái (stateless) ở bất cứ đâu có thể.

Các thành phần stateless gồm:

• Scale (Quy mô): Để scale up, chỉ cần thêm nhiều bản sao hơn. Để scale down, điều hướng instance tự kết thúc khi đã hoàn thành nhiệm vụ hiện tại.
• Sửa chữa: Để sửa chữa instance không thành công của một thành phần, chỉ cần chấm dứt nó một cách khéo léo nhất có thể và thay thế instance khác.
• Roll-back: Nếu bạn triển khai không tốt, các thành phần stateless sẽ dễ dàng được thu hồi. Vì vậy, có thể chấm dứt và khởi chạy các phiên bản của phiên bản cũ để thay thế.
• Load-balance across (Cân bằng tải): Khi các thành phần không có trạng thái, việc cân bằng tải sẽ đơn giản hơn nhiều vì bất kỳ instance nào cũng có thể xử lý bất kỳ các yêu cầu. Cân bằng tải trên các thành phần trạng thái khó hơn nhiều, vì trạng thái của phiên của người dùng thường nằm trên instance, buộc instance đó phải xử lý tất cả các yêu cầu từ một người dùng nhất định.

Nguyên tắc 3: Các dịch vụ quản lý yêu thích

Cloud không chỉ là cơ sở hạ tầng mà hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ Cloud đều cung cấp các gói dịch vụ cung cấp tất cả các loại chức năng. Giúp giải quyết các vấn đề trong việc quản lý cơ sở hạ tầng hoặc phần mềm backend.

Tuy nhiên, nhiều tổ chức thận trọng về việc tận dụng các dịch vụ này vì họ lo ngại về việc bị khóa vào một nhà cung cấp nhất định. Đây là vấn đề đáng quan tâm, nhưng các dịch vụ được quản lý thường có thể giúp tổ chức tiết kiệm đáng kể về thời gian và chi phí hoạt động.

Nói một cách tổng thể, quyết định có áp dụng các dịch vụ được quản lý hay không phụ thuộc vào tính di động, chi phí hoạt động, tiền bạc và kỹ năng. Các dịch vụ được quản lý mà người dùng nên xem xét là:

• Nguồn mở được quản lý hoặc các dịch vụ tương thích với nguồn mở: Các dịch vụ được quản lý nguồn mở Cloud SQL hay giao diện tương thích nguồn mở Cloud Bigtable. Đây sẽ là một lựa chọn dễ dàng vì có rất nhiều lợi ích khi sử dụng dịch vụ quản lý và ít rủi ro.
• Các dịch vụ được quản lý với chi phí tiết kiệm: Một số dịch vụ không tương thích với mã nguồn mở hay không có mã nguồn mở thay thế ngay lập tức, nhưng dễ sử dụng hơn nhiều so với các dịch vụ thay thế.
• Những vấn đề khác: Có những trường hợp khó khăn, không có đường di chuyển dễ dàng ra khỏi dịch vụ và hoạt động kém hiệu quả. Người dùng sẽ cần phải kiểm tra những điều này trên cơ sở từng trường hợp, xem xét tầm quan trọng của chiến lược dịch vụ, chi phí hoạt động của việc tự vận hành dịch vụ và các công việc cần thiết để di chuyển.

Nguyên tắc 4: Thực hành phòng thủ chuyên sâu

Các kiến trúc truyền thống đặt rất nhiều niềm tin vào bảo mật ngoại vi. Tuy nhiên, cách tiếp cận này luôn dễ bị tấn công nội bộ cũng như có các mối đe dọa từ bên ngoài như lừa đảo trực tuyến. Hơn nữa, áp lực ngày càng tăng trong việc cung cấp khả năng làm việc linh hoạt và di động đã làm suy yếu thêm ngoại vi mạng.

Kiến trúc Cloud Native có nguồn gốc từ các dịch vụ trực tuyến. Vì vậy luôn cần thiết để đối phó với các cuộc tấn công từ bên ngoài. Do đó, cần áp dụng cách tiếp cận phòng thủ chuyên sâu bằng cách áp dụng xác thực giữa từng thành phần và giảm thiểu sự tin tưởng giữa các thành phần đó (ngay cả khi là “nội bộ”).

Các kiến trúc Cloud Native nên mở rộng ý tưởng này ngoài xác thực để bao gồm những thứ như giới hạn tốc độ và chèn tập lệnh. Mỗi thành phần trong một thiết kế nên tìm cách bảo vệ chính nó khỏi các thành phần khác. Điều này không chỉ làm cho kiến trúc linh hoạt hơn mà còn làm cho các dịch vụ kết quả dễ dàng triển khai hơn trong môi trường Cloud.

Nguyên tắc 5: Luôn luôn kiểm tra kiến trúc

Một trong những đặc điểm cốt lõi của hệ thống Cloud Native là luôn luôn phát triển. Điều này cũng đúng với mô hình kiến trúc. Kiến trúc sư luôn tìm cách điều chỉnh, đơn giản hóa và cải thiện hệ thống. Khi nhu cầu của tổ chức thay đổi, bối cảnh của hệ thống CNTT thay đổi và khả năng của chính nhà cung cấp dịch vụ đám mây cũng thay đổi. Để phát triển và đáp ứng liên tục, các hệ thống CNTT cần phải sống, thở và thay đổi. Các hệ thống CNTT đã chết sẽ đưa tổ chức vào bế tắc, không thể phản ứng với các mối đe dọa và cơ hội mới.

Lời kết

Cloud Native là một khái niệm trừu tượng và tương đối khó nắm bắt ngay cả đối với người có kinh nghiệm. Hy vọng bài viết này giúp bạn đọc hiểu phần nào về Cloud Native và những ứng dụng của Cloud Native. Đừng quên theo dõi những bài viết tiếp theo của Vietnix để cập nhật những thông tin hữu ích nhé!