マイクロサービス アーキテクチャにおけるスケーラビリティの課題: DevOps の観点

デジタル ユーザー ベースが世界的に拡大するにつれ、ソフトウェア企業にとって、自社のアプリケーションや製品が増大する大量のデータやトラフィックを処理できるように設計されていることの重要性がますます高まっています。また、これらのシステムはスケーラブルであり、線形および非線形の両方で大規模かつ増加したワークロードまたはデータ量を処理できる機能を備えていることも重要です。スケーラブルなソリューションに対する需要は、マイクロサービス アーキテクチャに移行しています。マイクロサービス アーキテクチャでは、アプリケーションは、軽量プロトコルを介して通信する独立して開発およびデプロイされたサービスで構成されます。 DevOps 方法論、特に自動化、継続的インテグレーション/継続的デリバリー (CI/CD)、コンテナ オーケストレーションは、迅速で効率的かつ信頼性の高いスケーリング操作を可能にすることで、マイクロサービスのスケーラビリティを強化できます。

なぜスケーラビリティなのか?

ソフトウェア アプリケーションの使用とトラフィックが増加している理由は数多くあります。世界中でデジタル アプリケーションにアクセスするユーザーが増えており、企業はユーザーにサービスを提供する範囲を世界中に拡大しています。 2023 年初頭の時点で、インターネットには 5.16億ユーザー、世界人口の 64.4 パーセントを占め、 １億１０００万人 のユーザーが 2022 年に初めてログオンしました。これらのユーザーは、信頼性の高い高可用性のソフトウェア製品を期待しています。モバイルコンピューティングの台頭、成長 3.2パーセント 2022 年には、多様な環境で効率的に動作するソリューションが必要になります。一方で、新しいテクノロジーの急速な導入に伴い、コンピューティング要件も増加しています。 AI と ML は、特にモデルがより複雑になるにつれて、かなりの計算能力とデータ処理能力を必要とします。新興の エッジコンピューティングテクノロジー処理がデータ ソースの近くで行われるため、スケーラビリティも必要です。生成および処理されるデータ量の大幅な増加のもう 25.4 つの原因は、モノのインターネット (IoT) の成長です。 IoT は 73.1 億台のデバイスで構成され、XNUMX ゼタバイトのデータを生成すると予測されています 2025年までに。今日の競争の激しいテクノロジー主導の市場では、企業は変化する顧客のニーズに対応し、競争に先んじるために自社の製品を迅速に適応および拡張することが求められています。

マイクロサービス アーキテクチャがスケーラビリティを実現する仕組み

マイクロサービス アーキテクチャは、俊敏性、柔軟性、スケーラビリティを優先する、疎結合の分散アーキテクチャです。各マイクロサービスは、その固有の要件に基づいて自律的にスケーリングできるため、コスト効率が高く効率的なリソースの割り当てが可能になります。同様に、すべてのサービスを個別に負荷分散できるため、データ量の増加に伴うボトルネックのリスクが軽減されます。各マイクロサービスは異なるテクノロジーを利用できるため、開発者はタスクに最適なプログラミング言語またはデータベースを選択できます。マイクロサービス アーキテクチャの分散型の性質により、1 つのサービスで障害が発生してもアプリケーション全体がダウンしないように障害を分離することもでき、その結果、システムの規模が拡大するにつれて復元力が向上し、ダウンタイムが短縮されます。

スケーラブルなアーキテクチャの実装と維持における課題

マイクロサービス アーキテクチャは本来スケーラビリティに優れていますが、システムの規模と複雑さが増大するにつれて課題が残ります。マイクロサービスの数が増えると、サービスが相互に検出して負荷を分散する方法を効率的に管理することが複雑になります。また、複雑なシステム間の通信では、特にトラフィックが増加するとある程度の遅延が発生し、攻撃対象領域の増加につながり、セキュリティ上の懸念が生じます。マイクロサービス アーキテクチャは、モノリシック アーキテクチャよりも実装コストが高くなる傾向があります。

スケーラブルなマイクロサービス アーキテクチャを設計するためのベスト プラクティス

安全で堅牢でパフォーマンスの高いマイクロサービス アーキテクチャの作成は、設計から始まります。ドメイン駆動設計は、凝集性があり、疎結合であり、ビジネス機能と連携したサービスを開発する上で重要な役割を果たします。真にスケーラブルなアーキテクチャ内では、すべてのサービスは他のサービスに影響を与えることなく、自律的にデプロイ、スケーリング、更新できます。マイクロサービス アーキテクチャを効果的に管理するための重要な側面の 1 つは、分散ガバナンス モデルの採用です。このモデルでは、各マイクロサービスに、サービスに関連する意思決定 (たとえば、適切なテクノロジ スタックの選択やアプリケーション プログラミング インターフェイス (API) の設計) を担当する専任チームが配置されます。 API ゲートウェイを介して管理されるマイクロサービス間の対話により、API が明確に定義され安全であることを保証することが不可欠です。堅牢な API 管理には、API のバージョン管理の処理、下位互換性の確保、通信の保護が含まれます。

分散アーキテクチャにおいて問題を迅速に検出して解決するには、可観測性が重要です。包括的なモニタリング、ロギング、トレースにより、チームはマイクロサービスの状態と正常性を継続的に観察できます。サーキット ブレーカー、再試行、タイムアウト、フォールバックを組み込むなどの戦略により、システムの回復力が向上し、マイクロサービスが障害を簡単に処理できるようになります。データを保護し、コンプライアンス要件を遵守することは、定期的なパフォーマンスおよび負荷テストと同様に不可欠です。組織は、セキュリティ、コンプライアンス、定期的なテストを優先することでシステム全体の復元力を確保しながら、各マイクロサービスのパフォーマンスと拡張性を適切に保証できます。

DevOps プラクティスはどのようにしてスケーラビリティをサポートできるのでしょうか?

DevOps はボトムアップ アプローチに根ざしたソフトウェア開発方法論であり、ソフトウェア開発ライフサイクルのさまざまな部分を自動化します。マイクロサービス設計のベスト プラクティスに従うと同時に、DevOps ツールとテクニックを採用して 2 つのプラクティス間の共生関係を最大化することが重要です。 DevOps では、コードの統合とテストから、展開とインフラストラクチャのプロビジョニングに至るまで、すべてを自動化できます。自動化は、多数の独立したサービスの導入と拡張を効率的に管理するために不可欠です。

DevOps の主要な実践である CI/CD では、コードの変更が共有リポジトリに定期的に組み込まれ、その後自動テストとデプロイが行われます。 CI/CD パイプラインは、新しいコードの迅速な反復とデプロイを可能にし、新しい機能や更新を迅速にスケールアウトできるため、マイクロサービス アーキテクチャの開発とメンテナンスを支援できます。 DevOps 方法論のもう 1 つの重要な側面である継続的な監視とログは、開発者が各マイクロサービスのパフォーマンスとスケーラビリティのニーズを評価するのに役立ちます。 DevOps ツールを利用すると、開発者は自動化を使用して、マイクロサービス アーキテクチャに伴う複雑さの増大を軽減できます。

マイクロサービスとDevOpsで使用されるツールとテクノロジー

マイクロサービス アーキテクチャを支える重要なテクノロジがいくつかあります。それらには次のものが含まれます。

• コンテナ化とオーケストレーションのテクノロジー。コンテナーはマイクロサービスに分離された環境を提供し、さまざまなプラットフォームやインフラストラクチャ間で一貫した運用を保証します。 Docker を含むコンテナ化ソフトウェアは、多くの場合、サービスとしてのプラットフォーム (PaaS モデル) を通じて提供されます。 Kubernetes などのオーケストレーション ツールは、これらのコンテナーを管理します。
• クラウドプラットフォーム。クラウド サービスは、スケーラブルなマイクロサービス アーキテクチャのニーズと密接に連携して、オンデマンドのスケーラビリティを提供します。
• CI/CD ツール。 Jenkins や TeamCity などのオートメーション サーバーを使用すると、開発者は構築、テスト、展開を自動化し、継続的な統合と配信を促進できます。
• コードとしてのインフラストラクチャ (IaC)。 Ansible や Terraform などの IaC ツールを使用すると、インフラストラクチャ環境の自動構成と展開が可能になり、速度と一貫性が保証されます。

マイクロサービスと DevOps の次は何でしょうか?

新しいテクノロジーは、スケーラブルなマイクロサービス アーキテクチャを変革しています。 AI は DevOps ワークフローにますます統合されており、AIOps として知られる方法論が作成されています。マイクロサービス アーキテクチャ内で、AIOps は複雑なタスクを自動化し、問題が発生する前に予測し、リソース割り当てを最適化できます。サーバーレス コンピューティングの新たなトレンドでは、クラウド プロバイダーがマシン リソースの分散を動的に管理し、企業が基盤となるインフラストラクチャを管理することなくアプリケーションやサービスを実行できるようになり、マイクロサービス アーキテクチャに前例のないスケーラビリティとコスト効率が提供されます。さらに、ベンダー ロックインを回避し、回復力を強化し、多様なクラウド プラットフォームの独自の強みを活用するために、より多くの組織がハイブリッド クラウド ソリューションやマルチクラウド ソリューションを採用するにつれて、クラウド ネイティブ アーキテクチャへの機運が飛躍的に高まることが予想されます。

スケーラビリティへの要求が高まるにつれて、マイクロサービス アーキテクチャへの移行が加速し、DevOps 手法の採用は組織の競争力の維持に役立ちます。 DevOps は単なるテクノロジーのセットではありません。むしろ、継続的な改善、チーム間のコラボレーション、適応性を優先する組織文化です。モジュール化された独立したサービス開発を促進し、マイクロサービス アーキテクチャとシームレスに相乗効果を発揮します。 DevOps の実践とマイクロサービス アーキテクチャ間の共生関係を利用することで、組織は動的で進化する状況に合わせた安全で堅牢かつスケーラブルなソフトウェア ソリューションを構築できます。