クラウドネイティブとは？

まとめ

• クラウドネイティブとは、分散型クラウド環境の柔軟性、拡張性、回復性を活用するよう特別に設計されたソフトウェアの構築・実行アプローチです。
• 従来のモノリシックアプリケーションが垂直方向にスケールするのに対し、クラウドネイティブアプリケーションはモジュール化され、疎結合で、パブリック、プライベート、ハイブリッドクラウド全体に水平スケールできるよう設計されています。
• この戦略は、4つの重要な技術要素を柱としています。独立したデプロイを可能にするマイクロサービス、可搬性を高めるコンテナ化、継続的デリバリー（CI/CD）を支えるDevOps、そして環境管理を自動化するInfrastructure as Code（IaC）です。
• これらのシステムは、固定的な構造よりも柔軟な適応性を重視し、自己修復、リトライ、サーキットブレーカーなどの仕組みを活用することで、障害をシステム全体に影響する重大な問題ではなく、起こり得る事象として扱います。
• 導入が成功すると、並行開発によって市場投入までの時間が短縮され、オーケストレーションプラットフォームを使用してリアルタイムの需要に基づきリソースを自動的に割り当てることでコストが削減されます。
• 企業は、運用の複雑さの増大、ソフトウェアサプライチェーンにおけるセキュリティリスク、そしてサイロ化したチームから協業型DevOpsモデルへの必要な文化的変革に対処する必要があります。

概要

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クラウドネイティブとは、クラウドコンピューティングの柔軟性、スケーラビリティ、レジリエンスを最大限に活用してアプリケーションを構築、実行するアプローチです。従来のソフトウェアをクラウドインフラストラクチャに適応させるのではなく、クラウドネイティブシステムは、動的な分散環境向けに特化して設計されています。このモデルにより、パブリッククラウド、プライベートクラウド、ハイブリッドクラウド全体で、より迅速なデリバリー、信頼性の向上、容易なスケーリングが可能になります。組織がテクノロジースタックをモダナイズするにつれて、クラウドネイティブは、長期的な俊敏性、運用効率、イノベーションを実現するための基盤となる戦略になっています。実際には、チームは成長を支え、稼働時間を維持し、多様な環境にまたがるデプロイメントワークフローを効率化するために、クラウドネイティブを採用しています。

クラウドネイティブの仕組み

クラウドネイティブとは、クラウド環境向けに最適化されたソフトウェアの開発、デプロイ、運用の手法を指します。クラウドを単にサーバーをホストする場所として扱うのではなく、クラウドネイティブコンピューティングは、絶え間ない変化、自動化、拡張性を前提としたアーキテクチャと運用モデルを採用しています。

クラウドネイティブとは、自動化、弾力性、レジリエンスを設計の核となる要件としてソフトウェアを構築・運用することを意味します。実際には、クラウドネイティブとは、アプリケーションが疎結合なサービスとして構築され、軽量なコンテナにパッケージ化され、自動化されたパイプラインを通じてデプロイされ、オーケストレーションプラットフォームによって管理されることを意味します。これらのシステムは障害への耐性を備え、水平方向にスケールし、サービスを中断することなく継続的に進化するように設計されています。クラウドネイティブモデルでは、インフラストラクチャは一時的なものであり、サービスはいつでも障害が発生する可能性があり、大規模環境で信頼性を維持するためには自動化が不可欠であると想定されています。

これを支えるために、クラウドネイティブコンピューティングとは、このアプローチを支える技術、実践、そして文化的な変化といった、より広範なエコシステムを指します。これには、コンテナ化、オーケストレーション、DevOpsプラクティス、コードとしてのインフラストラクチャ、自動化されたセキュリティコントロールが含まれます。これらの要素が連携することで、組織は複雑で分散したシステム全体で運用の安定性を維持しながら、市場の需要により迅速に対応できるようになります。

クラウドネイティブアプリケーションとは？

クラウドネイティブアプリケーションとは、従来のアーキテクチャを後から改修したものではなく、動的なクラウド環境で実行することを前提に一から設計されたアプリケーションです。

クラウドネイティブアプリケーションは通常、単一の密結合されたコードベースに依存するのではなく、APIを介して通信する小規模で独立したサービスで構成されています。このアーキテクチャスタイルにより、チームはシステム全体に影響を与えることなく個々のコンポーネントをデプロイ、スケーリング、更新できるため、より迅速な反復が可能になり、障害発生時の影響範囲を縮小できます。

従来のアプリケーションとは異なり、クラウドネイティブアプリケーションは頻繁な変更を前提とし、繰り返しデプロイされ、段階的に更新され、リアルタイムの需要に応じて自動的にスケーリングされるように構築されています。環境間での移植性は中核的な原則であり、大規模な再設定を行わなくても、アプリケーションをパブリッククラウド、プライベートデータセンター、またはハイブリッド環境で一貫して実行できます。この移植性により、マルチクラウド戦略がサポートされ、ベンダーロックインのリスクが軽減されます。

クラウドネイティブアプリケーションの特徴

クラウドネイティブアプリケーションは一般に、マイクロサービス、コンテナ、宣言型ツールを使用して構築されます。各サービスは個別にデプロイでき、ダウンタイムなしで更新でき、それぞれ独立してスケールできます。インフラストラクチャとアプリケーションの動作は、手作業ではなく構成によって定義されます。これにより環境間の差異が減り、再現可能なデプロイが可能になります。

もう一つの特徴は、クラウドネイティブアプリケーションが状態をどのように扱うかです。多くのサービスはステートレスに設計されており、正しく機能するためにローカルメモリやディスクに依存しません。その代わり、状態はマネージドデータベース、オブジェクトストレージ、またはメッセージングシステムに外部化されます。この設計により、オーケストレーションプラットフォームは可用性に影響を与えることなく、サービスインスタンスを自由に作成、破棄、または再スケジュールできます。ステートフルなサービスは依然として存在しますが、特にデータストレージでは、状態をコンピューティングから分離することが、弾力性、耐障害性、自動復旧を実現するうえで重要な要素です。

従来型アプリケーションとクラウドネイティブアプリケーションの比較

従来のアプリケーションは、多くの場合、モノリシックで密結合され、固定サーバー上でホストされています。スケーリングでは通常、単一のインスタンスにリソースを追加しますが、障害がシステム全体に連鎖する可能性があります。リリースの頻度は低く、リスクも高いことが多く、計画的なダウンタイムや広範な調整が必要です。

一方、クラウドネイティブアプリケーションは、モジュール化され、疎結合です。サービスインスタンスを追加または削除することで水平方向にスケールし、個々のコンポーネントに障害が発生しても、段階的に機能を低下させるよう設計されています。これにより、アプリケーションの構築、運用、保守の方法が根本的に変わり、硬直性によって安定性を確保することから、適応性によって安定性を確保することへと重点が移ります。

クラウドネイティブアプリケーションの例

一般的なクラウドネイティブの例としては、ストリーミングプラットフォーム、eコマースシステム、SaaS製品、予測不能なトラフィックに対応する必要があるモバイルバックエンドなどがあります。オンライン決済プラットフォーム、コラボレーションツール、物流システム、リアルタイム分析プラットフォームなどのサービスは、一貫したユーザーエクスペリエンスを維持しながら、高可用性、迅速なイテレーション、グローバルな展開を実現するために、クラウドネイティブアーキテクチャに依存しています。これらの例は、クラウドネイティブがさまざまな業界において、弾力性、グローバルな分散、大規模なパフォーマンスをどのように支えるかを示しています。

クラウドネイティブの柱

クラウドネイティブシステムは、高速性、レジリエンス、スケーラビリティを実現するために連携する、いくつかの基盤となる柱によって支えられています。

マイクロサービスアーキテクチャ

マイクロサービスは、アプリケーションを明確なドメイン境界を持つ、より小さく独立してデプロイ可能なコンポーネントに分割します。この構造により、チームはシステム全体に及ぶ大規模な変更を調整することなく、機能の開発、テスト、リリースを行えます。独立してデプロイできることで、組織はアプリケーション全体に過剰なリソースを割り当てることなく、特定のサービスをスケールでき、リソースの使用効率とコストを最適化できます。

コンテナ化とオーケストレーション

コンテナは、アプリケーションとその依存関係を標準化された単位にパッケージ化し、環境を問わず一貫して実行できます。DockerやOCI準拠コンテナなどのテクノロジーにより移植性が実現される一方、オーケストレーションプラットフォームはデプロイ、スケーリング、ネットワーキング、ヘルスモニタリングを管理します。

Kubernetesは、スケジューリング、自己修復、サービスディスカバリー、ローリングアップデート、自動スケーリングを提供する主流のオーケストレーションプラットフォームとなっています。インフラストラクチャの詳細を抽象化することで、オーケストレーションにより、チームはサーバー管理ではなくアプリケーションの動作に集中できると同時に、環境全体で一貫した運用を実現できます。

DevOpsと継続的デリバリー

クラウドネイティブ開発では、開発チームと運用チーム間のコラボレーション、自動化、オーナーシップの共有を重視するDevOpsのプラクティスが重要な役割を果たします。継続的インテグレーションとデリバリー（CI/CD）パイプラインを利用すると、自動テスト、スキャン、デプロイを通じて、コードの変更をコミットから本番運用まで迅速に進めることができます。

これらのプラクティスは、フィードバックループの短縮とソフトウェアライフサイクル全体の信頼性向上を重視する、より広範なDevOpsの原則と密接に結び付いています。GitOpsは、バージョン管理された構成をデプロイの信頼できる唯一の情報源として使用することでこれらのプラクティスを発展させ、一貫性、監査可能性、ロールバック機能を向上させながら、手動による構成ミスを減らします。

コードとしてのインフラストラクチャ（IaC）

IaC (コードとしてのインフラストラクチャ)では、インフラストラクチャの定義をソフトウェア成果物として扱います。宣言型構成を使用することで、チームは環境を自動的にプロビジョニング、更新、複製できます。IaCは手作業によるエラーを減らし、環境間の一貫性を確保するとともに、インフラストラクチャの変更が必要な場合の迅速な復旧を可能にするため、クラウドネイティブ運用に不可欠な要素です。IaCによるインフラストラクチャの自動化は、ポリシーの適用やコンプライアンスの監視とも関連し、環境のドリフトを可視化します。

クラウドネイティブサービス

クラウドネイティブアプリケーションは、運用のオーバーヘッドを削減し、信頼性を向上させる幅広いマネージドサービスに依存することがよくあります。

Kubernetesプラットフォーム

AKS、GKE、EKS、OpenShiftなどのマネージドKubernetesプラットフォームは、チームが自らコントロールプレーンを管理することなく、本番環境に対応したオーケストレーションを提供します。これらのプラットフォームは、ネットワーキング、セキュリティ、オブザーバビリティ、アイデンティティを統合し、エンタープライズ規模のワークロードを支える一体的な環境を構築します。

サーバーレスサービス

AWS Lambda、Google Cloud Run、Azure Functionsなどのサーバーレスプラットフォームは、インフラストラクチャを完全に抽象化します。開発者は、イベントやリクエストに基づいて自動的にスケールするコードをデプロイします。すべてのワークロードに適しているわけではありませんが、サーバーレスサービスは、急増するワークロードやイベント駆動型のワークロードに対応するため、クラウドネイティブアーキテクチャでコンテナと併用されることがよくあります。この組み合わせにより、チームはコスト効率とコントロールのバランスを取ることができます。

マネージドデータベースとメッセージング

クラウドネイティブアーキテクチャは、マネージドデータベース、メッセージングシステム、キャッシュサービスに依存することがよくあります。これらのコンポーネントは、スケーラビリティ、高可用性、自動メンテナンスを組み込みで提供するため、データの信頼性とパフォーマンスを確保しながら、チームはインフラストラクチャ管理ではなくアプリケーションロジックに注力できます。

クラウドネイティブ環境におけるAPI

APIはクラウドネイティブなコミュニケーションの根幹を成します。REST、gRPC、GraphQLによりサービス間の効率的な連携が可能になり、APIゲートウェイがトラフィック制御、認証、認可、レート制限を処理します。これらの機能により、大規模な環境で複雑なサービス間のやり取りを管理し、一貫したセキュリティポリシーを適用しやすくなります。

クラウドネイティブ開発におけるCI/CD統合

自動化は、クラウドネイティブデリバリーの中核です。CI/CDパイプラインは、手作業を最小限に抑えながらアプリケーションの継続的なビルド、テスト、スキャン、デプロイを調整し、チームが変更を頻繁かつ確実にリリースできるようにします。コードがコミットから本番環境に至るまでのプロセスを標準化することで、CI/CDは人的ミスを減らし、さまざまな環境にソフトウェアを提供するための再現可能な道筋を確立します。

クラウドネイティブ環境では、CI/CDパイプラインはアーティファクトリポジトリやイメージレジストリと密接に結び付いています。コンテナイメージ、ビルド出力、構成アーティファクトは、開発、ステージング、本番環境を経ていく過程で一元的に保存されます。このアプローチにより、パイプラインの早い段階でテストされた同じ不変のアーティファクトが最終的にデプロイされることが保証され、トレーサビリティが向上し、ロールバックも簡素化されます。自動スキャンとポリシーチェックは、多くの場合これらのパイプラインに直接組み込まれており、リリースサイクルの後半で問題が表面化するのではなく、早期に特定できるようになります。

プログレッシブデリバリーの手法により、クラウドネイティブシステムにおけるCI/CDがさらに強化されます。ブルー/グリーンデプロイメント、カナリアリリース、フィーチャーフラグといった戦略を用いることで、チームは大規模で破壊的なリリースではなく、段階的に変更を導入することが可能になります。まず一部のユーザーまたはトラフィックを対象に新しいバージョンを検証することで、組織は更新を全面的にロールアウトする前に、実環境での動作やパフォーマンスを確認できます。この段階的なアプローチにより、リスクを低減し、レジリエンスを高めるとともに、適応性と継続的な改善を重視するクラウドネイティブの考え方に緊密に沿うことができます。

クラウドとクラウドネイティブの違いは？

クラウドコンピューティングとクラウドネイティブは、関連していますが、異なる概念です。クラウドコンピューティングとは、通常IaaS、PaaS、SaaSモデルを通じて、インフラストラクチャやサービスがどのように利用されるかを表すものです。クラウドネイティブとは、アプリケーションがこうした環境を最大限に活用できるよう、どのように設計、運用されるかを表すものです。

従来型のクラウドアプリケーションは、クラウドインフラストラクチャ上で実行されても、垂直方向にスケールし、手動での管理を必要とするなど、レガシーシステムのように動作する場合があります。クラウドネイティブアプリケーションは、水平方向にスケールし、自動的に復旧し、継続的に適応するように構築されています。この違いは、自動化、移植性、一貫性が運用効率を左右するハイブリッドおよびマルチクラウド環境において、特に重要になります。

クラウドネイティブのメリット

クラウドネイティブの導入は、効果的に実施すれば大きなメリットをもたらします。特に、大規模にソフトウェアを構築、運用する組織にとって有益です。静的なインフラストラクチャの最適化を目指すのではなく、クラウドネイティブシステムは変化に動的に対応するよう設計されているため、チームは変化するワークロード、ユーザーの期待、ビジネス要件により容易に適応できます。

スケーラビリティと柔軟性

オーケストレーションプラットフォームが需要に応じてリソースを自動的に割り当て、解放するため、拡張性と柔軟性が大幅に向上します。アプリケーションは過剰なプロビジョニングを行わずに水平スケーリングできるため、トラフィックの急増に対応し、コストを削減するとともに、未使用のキャパシティを管理する運用上の負担を回避できます。この柔軟性は、需要が急速かつ予測不可能に変化するような、使用パターンが変動するワークロードにおいて特に価値があります。

レジリエンスと耐障害性

クラウドネイティブ環境では、障害は例外的な事象ではなく想定内の状態として扱われるため、レジリエンスと耐障害性も向上します。アプリケーションは、リトライ、サーキットブレーカー、トラフィックの再ルーティングなどの仕組みによって、部分的な障害に耐えられるよう設計されています。

市場投入までの時間を短縮

市場投入までの期間は、並行開発、マイクロサービスへの分解、自動化されたデリバリーパイプラインによって短縮されます。リリース単位を小さくすることで、デプロイに伴うリスクが軽減され、問題を迅速に特定して解決しやすくなるため、安定性を損なうことなく継続的な改善を支援できます。クラウドネイティブなデリバリーは、多くの場合、可観測性に基づくデバッグや迅速な反復サイクルと組み合わされ、開発者エクスペリエンスをさらに向上させます。

クラウドネイティブの課題

クラウドネイティブの導入には多くの利点がある一方で、組織が対処しなければならない新たな課題も生じます。

運用の複雑さ

分散システムには、サービスディスカバリ、可観測性、トラフィック管理、オーケストレーションが必要です。適切なツールやプラクティスがなければ、この複雑さによってチームは対応しきれなくなり、システムの動作が見えにくくなって、トラブルシューティングや最適化が困難になります。

クラウドネイティブ環境におけるセキュリティ

セキュリティの課題は、境界防御の範囲にとどまりません。リスクは、脆弱なベースイメージや古い依存関係によってビルド時に発生し、設定ミスや安全でない通信によってランタイムにまで存続する可能性があります。クラウドネイティブシステムはサードパーティ製コンポーネントに大きく依存しているため、チームは依存関係のドリフトを管理し、ライフサイクル全体で継続的な可視性を確保する必要があります。

コンプライアンスとガバナンス

複数のクラウドにまたがる運用は、コンプライアンス対応を複雑にします。特に規制の厳しい業界では、柔軟性とスピードを維持しながら、一貫したポリシー、監査、トレーサビリティを確保する必要があります。

文化と組織の変革

クラウドネイティブの成功は、テクノロジーと同様に文化にも依存します。チームは、サイロ化した責任体制から協調的なDevOpsモデルへと移行し、スキルアップに投資するとともに、継続的な改善を優先する自動化ファーストのマインドセットを取り入れる必要があります。

ツールとエコシステムの過負荷

クラウドネイティブのエコシステムは広大で、ネットワーキング、セキュリティ、オブザーバビリティ、デプロイにわたる数百ものツールがあります。この多様性は柔軟性をもたらす一方で、チームやITリーダーの意思決定疲れも招きます。適切に統合されないツールを選択すると、運用負担が増大し、チーム間で責任の所在が分散する可能性があります。その結果、多くの組織は、複雑さを軽減し、ワークフローを標準化し、イノベーションを制限することなく一貫したガバナンスを提供するプラットフォームを中心とした統合を優先しています。