Cloud Native là gì? Ứng dụng nguyên tắc kiến trúc hệ thống đám mây
Điện toán đám mây – cloud computing ở trong buổi sơ khai của mình được tạo ra để giải quyết các vấn đề với điện toán truyền thống như tính linh hoạt, khả năng mở rộng, hiệu năng và chi phí,… Nhưng cùng với sự phát triển ngày càng mạnh của cloud computing, tầm quan trọng của nó đã khiến những thứ mà nó được sinh ra để tối ưu giờ đây phải tìm cách tự thay đổi để phù hợp và tận dụng được hết những ưu điểm của cloud computing. Đó hính là nguồn gốc của khái niệm Cloud Native. Cùng Bizfly cloud tìm hiểu chi tiết những thông tin về Cloud Native ngay tại bài viết dưới đây.
Cloud Native là gì?
Cloud Native là một cách tiếp cận trong xây dựng và vận hành các ứng dụng khai thác ưu điểm của mô hình điện toán đám mây. Khi doanh nghiệp xây dựng và vận hành các ứng dụng dựa trên Cloud Native, họ có thể triển khai các ý tưởng đến thị trường nhanh hơn và đáp ứng sớm hơn các yêu cầu của khách hàng.
Dưới đây là định nghĩa của The Cloud Native Computing Foundation về Cloud Native (vâng, có cả một tổ chức được thành lập vì Cloud Native):
"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 linh động, hiện đại 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 những minh họa cho cách tiếp cận này."
"Các kỹ thuật này cho phép các hệ thống được kết hợp lỏng lẻo có thể 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 và có thể dự đoán được với khối lượng công việc tối thiểu."
Cloud Native giúp tổ chức xây dựng mở rộng trong môi trường linh động
Khi mà public cloud đã ảnh hưởng đến tư duy đầu tư cơ sở hạ tầng trong hầu hết các ngành công nghiệp, việc phát triển Cloud Native không chỉ thích hợp cho public cloud mà còn cả private cloud. Vấn đề của Cloud Native không phải là triển khai vận hành ứng dụng ở đâu (public or private), mà là triển khai như thế nào để tương thích tốt nhất với mô hình điện toán đám mây.
Một khía cạnh quan trọng khác của Cloud Native là khả năng cung cấp truy cập theo nhu cầu đối với sức mạnh tính toán cùng với dịch vụ dữ liệu và ứng dụng hiện đại cho các nhà phát triển. Sự phát triển Cloud Native kết hợp chặt chẽ các khái niệm mới nhất như DevOps, continuos delivery, microservice và containers.
Những thách thức của Cloud Native hiện nay
Trong thời đại công nghệ hiện nay, việc triển khai các ứng dụng Cloud Native đã trở thành một xu hướng không thể phủ nhận. Tuy nhiên, việc áp dụng mô hình này không hề dễ dàng và đối mặt với nhiều thách thức khác nhau.
- Khả năng chuyển đổi: Một trong những thách thức lớn nhất của Cloud Native là khả năng chuyển đổi. Việc triển khai một ứng dụng truyền thống sang mô hình Cloud Native đòi hỏi sự thay đổi lớn về cách thức phát triển và triển khai ứng dụng. Điều này đòi hỏi sự đầu tư lớn về thời gian và nguồn lực để đảm bảo rằng quá trình chuyển đổi diễn ra một cách suôn sẻ và hiệu quả.
- Quản lý đám mây: Quản lý các tài nguyên đám mây một cách hiệu quả đòi hỏi sự chuyên môn cao và sự hiểu biết sâu rộng về các công nghệ đám mây hiện đại. Để đảm bảo rằng tài nguyên đám mây được sử dụng một cách hiệu quả và an toàn, các doanh nghiệp cần đầu tư vào việc đào tạo nhân viên và sử dụng các công cụ quản lý tài nguyên đám mây hiệu quả.
- Bảo mật và tuân thủ: Đây là một trong những thách thức quan trọng khi triển khai mô hình Cloud Native. Việc đảm bảo an toàn cho dữ liệu và ứng dụng trên nền tảng đám mây đòi hỏi sự chú ý đặc biệt đến các vấn đề bảo mật và tuân thủ quy định pháp lý. Các doanh nghiệp cần thiết lập các chính sách bảo mật chặt chẽ và tuân thủ các quy định pháp lý để đảm bảo rằng dữ liệu của họ được bảo vệ một cách an toàn.
- Điều chỉnh tài nguyên: Việc quản lý và điều chỉnh tài nguyên đám mây một cách linh hoạt và hiệu quả đòi hỏi sự tự động hóa và sự linh hoạt trong việc mở rộng và thu hẹp tài nguyên theo nhu cầu thực tế của doanh nghiệp.
- Khả năng xác định sự cố: Xác định và giải quyết sự cố một cách nhanh chóng và hiệu quả đòi hỏi sự chuyên môn cao và sự hiểu biết sâu rộng về các công nghệ đám mây.
- Học hỏi và chuyên môn: Liên tục cập nhật kiến thức và kỹ năng mới để đáp ứng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ đòi hỏi sự chuyên môn cao và sự học hỏi liên tục từ các chuyên gia trong ngành.
- Quản lý phiên bản: Việc quản lý phiên bản của ứng dụng và dịch vụ một cách hiệu quả đòi hỏi sự tự động hóa và sự linh hoạt trong việc quản lý và theo dõi các phiên bản khác nhau của ứng dụng.
Những lợi ích khi sử dụng Cloud Native
- Tính độc lập: Do thiết kế của Cloud Native, các ứng dụng Cloud Native có thể được phát triển độc lập với nhau. Điều này cho phép bạn quản lý và triển khai chúng một cách riêng lẻ.
- Dựa trên các tiêu chuẩn: Các dịch vụ Cloud Native thường dựa vào công nghệ nguồn mở và dựa trên tiêu chuẩn để đảm bảo khả năng tương tác và chuyển tải khối lượng công việc. Điều này giảm thiểu những hạn chế của nhà cung cấp và tăng tính linh hoạt.
- Không gây downtime: Bộ điều phối container như Kubernetes cho phép người dùng triển khai các bản nâng cấp phần mềm với ít hoặc không có thời gian ngừng hoạt động.
- Tự động hóa: Cloud Native tự động hóa các quy trình triển khai, quản lý tài nguyên và xử lý lỗi. Điều này làm giảm thời gian và công sức cần thiết cho việc quản trị hệ thống.
- Bảo mật nâng cao: Cloud Native khuyến khích việc sử dụng các tiêu chuẩn bảo mật và quản lý danh sách kiểm tra để bảo vệ ứng dụng khỏi các mối đe dọa và tấn công.
- Khả năng phục hồi: Các ứng dụng Cloud Native thường được thiết kế với khả năng khắc phục thảm họa, giúp đảm bảo tính liên tục của dịch vụ.
Các nguyên tắc kiến trúc trong Cloud Native
1. Thiết kế cho tự động hóa
Tự động hóa đã luôn là mục tiêu hàng đầu của các hệ thống phần mềm, nhưng các dịch vụ đám mây còn giúp quy trình tự động hóa cơ sở hạ tầng và các thành phần nằm trên đó dễ dàng hơn. Dù chi phí ban đầu có thể cao, nhưng về lâu dài ưu tiên các giải pháp tự động hóa đem lại hiệu suất, sự linh hoạt đáng giá so với khoản đầu tư.
Các quy trình được tự động hóa giúp tăng tốc độ sửa chữa, mở rộng, triển khai hệ thống nhanh hơn nhiều so với biện pháp thủ công. Nói chung, việc tự động hóa không thể chỉ làm một lần là xong, mỗi khi cần cải tiến hệ thống sẽ luôn có những thứ mới cần được tự động hóa.
Một vài lĩnh vực tự động hóa Cloud Native:
- Cơ sở hạ tầng
- Tích hợp liên tục/Chuyển giao liên tục (CI/CD)
- Tăng/giảm quy mô
- Giám sát và tự động khôi phục
2. Hiểu về trạng thái hệ thống
Lưu trữ các trạng thái dữ liệu người dùng (giỏ hàng, mã nhân viên đang đăng nhập,…) hoặc trạng thái hệ thống (phiên bản mã nguồn đang được sử dụng,…) là khía cạnh khó nhất của việc thiết kế kiến trúc cho một ứng dụng phân tán Cloud Native. Cần phải xác đinh được trước khi nào và làm thế nào các trạng thái đó sẽ được lưu trữ, hoặc tốt hơn là thiết kế các thành phần phi trạng thái bất cứ khi nào có thể.
Các thành phần phi trạng thái có dễ dàng đáp ứng:
- Thay đổi quy mô
- Sửa chữa
- Đảo ngược phiên bản
- Cân bằng tải
3. Ưu tiên các dịch vụ quản trị
Đám mây không chỉ bao gồm cơ sở hạ tầng mà phần lớn các nhà cung cấp dịch vụ đám mây còn có các dịch vụ quản trị đi kèm giúp khách hàng không cần quan tâm đến việc quản lý tầng backend của cơ sở hạ tầng.
Nhiều tổ chức tỏ ra thận trọng khi tiếp cận với các dịch vụ này do họ lo ngại sự phụ thuộc quá mức vào một nhà cung cấp nhất định, dẫn đến khó chuyển đổi khi cần. Những lo ngại này là có lý tuy nhiên các dịch vụ quản trị thực sự đem lại lợi ích lớn về thời gian và chi phí vận hành.
Có 3 danh mục dịch vụ quản trị lớn:
- Dịch vụ quản trị nguồn mở hoặc tương thích nguồn mở
- Dịch vụ quản trị tiết kiệm chi phí vận hành
- Những vấn đề khác
Sử dụng Cloud Native giúp quản lý tầng backend
4. Thực hành phòng thủ chuyên sâu
Các kiến trúc truyền thống đặt nhiều niềm tin vào bảo mật vành đai (perimeter security), hiểu đơn giản là coi các yếu tố nội bộ đáng tin cậy còn các tác nhân ngoài thì không. Nhưng cách tiếp cận này luôn dễ bị tấn công từ nội bộ cũng như các mối đe dọa bên ngoài như lừa đảo giả mạo. Hơn nữa, áp lực tăng tính linh hoạt và di động đã làm suy yếu thêm khả năng bảo mật của mạng vành đai.
Kiến trúc Cloud Native có nguồn gốc từ các dịch vụ trực tuyến, do đó đã có sẵn các biện pháp phòng thủ mối nguy từ bên ngoài. Cloud Native áp dụng phòng thủ chuyên sâu bằng cách sử dụng phương thức xác thực giữa từng thành phần, giảm thiểu sự tin tưởng giữa các thành phần đó (ngay cả khi là ‘nội bộ’) dẫn đến không còn khái niệm "bên trong" và "bên ngoài". Mỗi thành phần đều được thiết kế để tự bảo vệ trước các thành phần khác, đảm bảo khả năng triển khai dịch vụ ngay cả với các mạng không tin cậy.
5. Luôn cập nhật kiến trúc
Một trong những đặc điểm chính của hệ thống Cloud Native là luôn tiến hóa, đặc biệt ở khía cạnh kiến trúc. Mục tiêu hàng đầu là tinh giản, cải thiện hiệu năng đáp ứng với những nhu cầu của tổ chức, thay đổi của môi trường hoặc chính bản thân nhà cung cấp dịch vụ. Một hệ thống trì trệ sẽ không còn khả năng đối phó với các mối đe dọa hay nắm bắt cơ hội mới, và có thể coi là đã "chết".
Các dịch vụ Cloud Native hiện nay
- Containerization: Kỹ thuật giúp gói các chương trình vào các container, giúp chúng dễ dàng chuyển giao hơn và linh hoạt hơn trong việc triển khai và quản lý.
- Microservices: Microservices cho phép các chương trình được chia thành các phần nhỏ hơn, tự trị và có thể tăng hoặc giảm quy mô khi cần thiết.
- DevOps: Các công cụ và phương pháp thực hành DevOps được nhúng vào hệ thống Cloud Native, cho phép phát triển nhanh hơn, ít lỗi hơn và chất lượng sản phẩm cao hơn.
- Service Mesh: Là kiến trúc mạng quản lý các dịch vụ mạng phức tạp trên đám mây, cho phép các ứng dụng chạy hiệu quả hơn và đảm bảo an ninh hệ thống.
- Serverless Computing: Công nghệ không có máy chủ cho phép các nhà phát triển cài đặt và vận hành ứng dụng mà không cần máy chủ, giảm chi phí và tăng tính linh hoạt của cơ sở hạ tầng công ty.
- Continuous Integration and Continuous Delivery (CI/CD): CI/CD cho phép tự động hóa các quy trình phát triển và triển khai, từ đó tăng năng suất và tối ưu hóa quy trình làm việc của nhà phát triển.
- Cloud Storage: Nền tảng Cloud Native cung cấp dịch vụ lưu trữ đám mây, cho phép ứng dụng lưu trữ và quản lý dữ liệu hiệu quả và an toàn hơn.
Vấn đề mà Cloud Native đang gặp
Thách thức trong Tích hợp liên tục/Chuyển giao liên tục (CI/CD) với các ứng dụng microservice
Các ứng dụng Microservices gồm số lượng lớn thành phần, mỗi thành phần có thể được quản lý bởi một nhóm riêng với vòng đời phát triển khác nhau. Do đó thay vì chỉ có một CI/CD pipeline như ứng dụng truyền thống thì có thể có tới hàng chục ngàn pipeline trong một ứng dụng microservice, dẫn tới một số thách thức khi phát triển:
- Thiếu cái nhìn tổng quan về chất lượng thay đổi trên mỗi pipeline
- Khó đảm mọi pipeline bảo thỏa mãn yêu cầu bảo mật
- Không có trọng tâm để kiểm soát tất cả pipeline
- Sự trùng lặp cơ sở hạ tầng
- Thiếu tính nhất quán trong triển khai CI/CD (vd: một pipeline có kiểm thử UI tự động trong khi phần còn lại có thể không)
- Các vấn đề bảo mật
- Số lượng lớn thực thể cần bảo mật
- Môi trường thay đổi liên tục
- Quá nhiều loại kiến trúc
- Phân tán trên nhiều mạng có độ tin cậy khác nhau
Ngôn ngữ ứng dụng Cloud Native
Không giống các ứng dụng tại chỗ (on-premise) viết bằng các ngôn ngữ truyền thống như C/C++/C# để chạy trên các phần cứng máy chủ xác định, ứng dụng Cloud Native thường sử dụng các ngôn ngữ tập trung vào web như Java, JS, .Net, Python, Go, Ruby… Sử dụng các ngôn ngữ hướng web giúp tăng tính linh hoạt và khả năng tương thích cho ứng dụng Cloud Native.
Khả năng cập nhật ứng dụng Cloud Native
Trong khi các ứng dụng truyền thống cần chờ các bước phân phối của nhà phát triển và có thể phải tạm ngừng hoạt động để cập nhật, bảo trì thì các ứng dụng Cloud Native luôn duy trì phiên bản mới nhất theo thời gian thực mà không làm gián đoạn việc vận hành.
Nền tảng đa dạng
Các ứng dụng Cloud Native thường được phát triển để hoạt động với container, tách biệt với hệ điều hành. Do đó chúng có khả năng vận hành song song, chia sẻ tài nguyên với các ứng dụng khác và tính tương thích tuyệt vời trong môi trường ảo hóa.
Cloud Native là một khái niệm mới, trừu tượng và tương đối khó nắm bắt ngay cả với những người có kinh nghiệm. Hi vọng bài viết của chúng tôi phần nào đã giúp các bạn hiểu về khái niệm Cloud Native và những ứng dụng tuyệt vời của nó.
Đừng quên tiếp tục theo dõi Bizfly Cloud để cập nhật những công nghệ mới nhất cùng chúng tôi mỗi ngày!
