Cloud Native là gì? Mọi thứ bạn cần biết về kiến trúc Cloud Native

Thuật ngữ Cloud Native là gì khi đây được xem là tương lai của lĩnh vực phát triển phần mềm. Cloud Native đã tận dụng hàng loạt kỹ thuật hiện đại như container, PaaS (platform as a service), đa đám mây (multi-cloud), dịch vụ vi mô (microservices),... để cung cấp một nền tảng toàn diện, linh hoạt và tối ưu cho doanh nghiệp. Trong bài viết này, các vấn đề xoay quanh Cloud Native sẽ được giải đáp để giúp khách hàng hiểu rõ nguyên lý và ứng dụng của nền tảng này trong thế giới công nghệ hiện đại.     

Cloud Native là gì

Cloud Native (Dịch sang tiếng Việt: Ứng dụng sinh ra trên đám mây) được hiểu là một cách tiếp cận trong việc xây dựng và triển khai các ứng dụng nhằm tận dụng lợi thế của môi trường điện toán đám mây. Các ứng dụng Cloud Native được xây dựng trên nền tảng đám mây nhằm khai thác tính linh hoạt, co giãn và khả năng phục hồi (backup) mà đám mây mang lại.  

Định nghĩa chính thức về Cloud Native là gì được Cloud Native computing foundation (CNCF) cung cấp như sau:  

Cloud Native là là việc sử dụng phần mềm mã nguồn mở cùng với các công nghệ như containers (bộ chứa bao gồm cả Kubernetes, Docker), microservices (kiến trúc vi dịch vụ), cơ sở hạ tầng bất biến (immutable infrastructure), service meshes (lưới dịch vụ) và giao diện lập trình ứng dụng khai báo (declarative API) để phát triển và triển khai các ứng dụng có khả năng mở rộng linh hoạt trên các nền tảng điện toán đám mây (cloud computing). 

Tổ chức điện toán thuần đám mây (CNCF - Cloud Native Computing Foundation) là một tổ chức con của Linux Foundation được thành lập vào năm 2015. Đây là một tổ chức quản lý phần mềm mã nguồn mở nhằm thúc đẩy việc áp dụng cloud-native computing (tích hợp đám mây) vào phát triển và triển khai ứng dụng. CNCF đã tạo ra một cộng đồng gồm các nhà phát triển, nhà cung cấp công nghệ và dịch vụ IT, người dùng cuối để cùng nhau hợp tác phát triển các dự án mã nguồn mở. 

Khái niệm Cloud Native là gì 

Ngôn ngữ lập trình trong ứng dụng Cloud Native là gì 

Thông thường, các ứng dụng tại chỗ (on-premise applications) được viết bằng ngôn ngữ truyền thống như C/C++,C# hay ngôn ngữ Visual Studio khác nếu triển khai ở nền tảng Window Server và Java doanh nghiệp. Những ngôn ngữ này thường được phát triển từ lâu và được chạy trên máy chủ nội bộ của doanh nghiệp hoặc tại các hệ thống cơ sở dữ liệu tại chỗ. 

Trái lại, ngôn ngữ lập trình trong các ứng dụng của Cloud Native thường tập trung vào việc xây dựng các ứng dụng web và dịch vụ web như ngôn ngữ HTML, Java, CSS, .NET, Go, Python, PHP, Node,js và Ruby. 

Ưu điểm của Cloud Native

Theo báo cáo, thị trường Cloud Native đang có những bước chuyển mình ngoạn mục khi được định giá đạt hơn 1.800 triệu USD vào năm 2023, mức tăng trưởng kép hằng năm là 22.4%. Nhờ vào việc tận dụng công nghệ đám mây tiên tiến cùng phương pháp phát triển hiện đại, Cloud Native sở hữu các ưu điểm vượt trội giúp cho doanh nghiệp vượt qua những thách thức về kỹ thuật trong thời đại số hiện nay. Dưới đây là các lợi ích nổi bật khi sử dụng Cloud Native: 

Tính độc lập

Với Cloud Native, doanh nghiệp có thể xây dựng các ứng dụng riêng lẻ và độc lập với nhau. Những ứng dụng này được phát triển dưới hình thức Microservice, trong đó từng microservice giữ một chức năng cụ thể của ứng dụng. Nhờ vào cơ chế đó, từng ứng dụng này được triển khai và quản lý độc lập mà không phụ thuộc vào những thành phần khác trong hệ thống. Mặc dù mang tính độc lập, các ứng dụng Cloud Native vẫn có khả năng tương tác qua lại thông qua giao tiếp API (Giao diện lập trình ứng dụng) hoặc qua mạng để tạo nên một hệ thống phức tạp và linh hoạt hơn. 

Khả năng phục hồi 

Lợi ích tiếp theo khi sử dụng Cloud Native là khả năng phục hồi (resilience). Cloud Native đảm bảo rằng các ứng dụng luôn trong trạng thái hoạt động ổn định và không bị gián đoạn kể cả trong điều kiện xảy ra sự cố hoặc cơ sở hạ tầng ngừng hoạt động tạm thời.

Tiêu chuẩn dựa trên hệ thống (Standards-based)

Các ứng dụng của Cloud Native được xây dựng và vận hành dựa trên các công nghệ (Dựa theo tiêu chuẩn) và công nghệ mã nguồn mở. Điều này giúp đảm bảo sự tích hợp mượt giữa các thành phần với nhau và tính tương thích, tương tác giữa các ứng dụng khác nhau.

Tự động hóa

Tự động hóa trong Cloud Native chính là việc ứng dụng các công nghệ hiện đại giúp cho việc triển khai và quản lý ứng dụng trở nên tự động hóa và hiệu quả hơn. Nhờ tự động hóa, các quy trình lặp đi lặp lại nhàm chán và phức tạp có thể được thực hiện bởi máy tính, hạn chế tác động của con người, đảm bảo tính chính xác và nhất quán.

Ngoài ra các nhà phát triển cũng cho phép sử dụng phương pháp triển khai Blue-green và Canary, qua đó các ứng dụng Cloud Native được cải tiến và nâng cấp dễ dàng, đảm bảo trải nghiệm người dùng không bị ảnh hưởng hay gián đoạn. 

Không có downtime 

Giả sử một ứng dụng đang chạy trên máy chủ hoặc hạ tầng đám mây muốn cập nhật phiên bản mới, thông thường ứng dụng này sẽ phải tạm thời ngưng hoạt động và người dùng sẽ không thể truy cập được vào. Thời gian mà ứng dụng tạm ngưng hoạt động gọi là downtime. Tuy nhiên với Cloud Native,  nhờ sử dụng công nghệ điều phối container như kubernetes, các ứng dụng sẽ tiếp tục được hoạt động bình thường trong quá trình nâng cấp, đồng thời người dùng vẫn tiếp tục sử dụng ứng dụng mà không bị ảnh hưởng. 

Bảo mật

Tính bảo mật là một trong các yếu tố được ưu tiên hàng đầu trong việc triển khai các ứng dụng Cloud Native. Khả năng bảo mật tích hợp từ đầu đảm bảo các ứng dụng luôn được bảo vệ khỏi các mối đe dọa và các cuộc tấn công an ninh mạng. 

Ưu điểm của Cloud Native

Thách thức của Cloud Native   

Thách thức lớn nhất của Cloud Native là việc khách hàng cố gắng chuyển đổi và nâng cấp các ứng dụng cũ lên hạ tầng cloud. Việc di chuyển như vậy có thể gây nên nhiều khó khăn, bởi những ứng dụng cũ thường được thiết kế theo kiểu truyền thống, không tương thích với các tính năng của cloud. 

Thay vào đó, cách tốt hơn là khách hàng nên đưa những ứng dụng mới hoặc tái thiết kế từ đầu dưới dạng Cloud Native vào cơ sở hạ tầng cloud. Hoặc có thể chia nhỏ các nguyên khối hiện có và cấu trúc lại bằng việc sử dụng nguyên tắc của cloud ngay từ đầu để tận dụng lợi thế của đám mây, gia tăng tính linh hoạt và tương thích của ứng dụng. 

Ngoài ra, để sử dụng Cloud Native hiệu quả, khách hàng cần điều chỉnh lại phương pháp và quy trình phát triển, ví dụ môi trường phát triển phần mềm ứng dụng truyền thống dựa trên mô hình thác nước (waterfall model) sẽ không phù hợp. Thay vào đó, khách hàng nên áp dụng những phương pháp tiếp cận Cloud Native mới như phát triển sản phẩm dạng MVP (Minimum Viable Product), thử nghiệm đa biến (A/B testing) và áp dụng các quy trình phát triển linh hoạt (Agile) để nhanh chóng triển khai và cải tiến ứng dụng. 

Mặc dù Cloud Native mang đến nhiều lợi ích, nhưng cũng là một khoản đầu tư với chi phí lớn. Do đó doanh nghiệp cần có chiến lược rõ ràng trong việc triển khai Cloud Native.

Các nguyên tắc kiến trúc trong Cloud Native là gì 

Thứ 1: Thiết kế tự động hóa hệ thống

Tự động hóa (Automation) là một trong những nguyên tắc quan trọng giúp đảm bảo tính linh hoạt và bền vững của hệ thống phần mềm. Các dịch vụ đám mây là môi trường tốt cho việc triển khai các giải pháp tự động hóa, giúp quy trình tự động hóa và các thành phần nằm trên đó trở nên dễ dàng hơn. Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu có thể cao, nhưng xét về lâu dài thì sự đầu tư này đem lại hiệu suất đáng giá hơn so với khoản tiền đã bỏ ra ban đầu.   

Tự động hóa giúp tăng tốc độ mở rộng, triển khai và sửa chữa hệ thống nhanh hơn nhiều so với việc thực hiện các biện pháp thủ công. Hơn nữa, tự động hóa không chỉ dừng lại ở một lần. Mỗi khi cần cải tiến hệ thống, sẽ luôn có những thứ mới cần phải được tự động hóa để đảm bảo tính hiện đại và hiệu quả lâu dài.

Trong Cloud Native, có một số lĩnh vực cụ thể cần được tự động hóa bao gồm:  

• Cơ sở hạ tầng
• Tích hợp liên tục/Chuyển giao liên tục (CI/CD)
• Tăng/giảm quy mô (Scale up và scale down) 
• Giám sát và tự động phục hồi 

Thứ 2: Hiểu về trạng thái hệ thống

Trong kiến trúc cloud, trạng thái (State) là thông tin đại diện cho dữ liệu hoặc tình trạng vấn đề của hệ thống tại một thời điểm cụ thể. Trạng thái lưu trữ là dữ liệu người dùng (Ví dụ: số lượng nhân viên, các mặt hàng có trong giỏ hàng của người dùng,... Trạng thái hệ thống là tình trạng của hệ thống (Ví dụ: Phiên bản mã nào hiện đang chạy trong sản xuất, số lượng instance đang chạy).

Việc xử lý trạng thái hệ thống là một khía cạnh phức tạp và khó khăn khi xây dựng kiến trúc phân tán Cloud Native. Do đó, ở nguyên tắc này khuyến khích việc xây dựng hệ thống có chủ đích về cách thức và thời điểm, trạng thái lưu trữ và thiết kế thành phần “stateless” (Phi trạng thái) khi có thể.       

Những thành phần của stateless gồm: 

• Quy mô (Scale)
• Sửa chữa 
• Roll-back
• Cân bằng tải (Load-balance across) 

Kiến trúc của Cloud Native 

Thứ 3: Các gói dịch vụ quản lý phù hợp

Các nhà cung cấp dịch vụ Cloud thường cung cấp không chỉ cơ sở hạ tầng mà còn có các gói dịch vụ quản trị đầy đủ chức năng. Những dịch vụ này giúp giải quyết các vấn đề liên quan đến việc quản lý cơ sở hạ tầng hoặc phần mềm backend. Việc sử dụng các dịch vụ quản lý giúp cho doanh nghiệp, tổ chức tiết kiệm đáng kể về mặt thời gian và chi phí vận hành. 

Tuy nhiên, một số tổ chức vẫn thận trọng khi tận dụng các dịch vụ này bởi họ lo ngại về việc bị ràng buộc bởi một nhà cung cấp nhất định, dẫn đến việc bị phụ thuộc vào nhà cung cấp đó và gặp khó khăn khi muốn chuyển đổi.

Do đó, việc quyết định có nên áp dụng các dịch vụ quản lý hay không sẽ phụ thuộc vào một số yếu tố như chi phí, kỹ năng và tính di động. Những dịch vụ được quản lý mà các tổ chức nên xem xét như: 

• Dịch vụ nguồn mở được quản lý hoặc các dịch vụ tương thích với nguồn mở
• Dịch vụ quản trị với chi phí tiết kiệm
• Những vấn đề khác

Thứ 4: Thực hành bảo mật chuyên sâu

Các kiến trúc hệ thống theo truyền thống thường đặt niềm tin vào bảo mật ngoại vi, tức là đặt những phương pháp bảo mật tập trung vào bảo vệ các thiết bị ngoại vi của hệ thống máy tính như các thiết bị mạng, thiết bị lưu trữ lưu trữ, thiết bị ngoại vi khác như USB, đĩa cứng di động… để đảm bảo an toàn cho hệ thống máy tính. 

Tuy nhiên, cách tiếp cận này luôn dễ bị tấn công từ bên trong (nội bộ) cũng như phải đối mặt với những mối đe dọa từ bên ngoài như hình thức lừa đảo trực tuyến. Hơn nữa, áp lực để cung cấp khả năng làm việc linh hoạt và di động ngày càng tăng, đã làm suy yếu thêm ngoại vi mạng.

Kiến trúc Cloud Native được sinh ra từ các dịch vụ trực tuyến, nơi mà luôn tồn tại nguy cơ của các cuộc tấn công từ bên ngoài. Do đó, để đối phó với tình huống này, nguyên tắc "Thực hành bảo mật chuyên sâu" nên được áp dụng. Cách tiếp cận này đề cập đến việc áp dụng xác thực giữa từng thành phần của hệ thống và giảm thiểu độ tin tưởng giữa những thành phần đó. (Ngay cả khi thành phần đó được xem là “nội bộ”) 

Mỗi thành phần trong kiến trúc nên tự bảo vệ mình khỏi sự can thiệp của các thành phần khác. Điều này giúp cho kiến trúc trở nên linh hoạt hơn, việc triển khai các dịch vụ kết quả trở nên dễ dàng hơn trong môi trường Cloud. 

Thứ 5: Luôn cập nhật kiến trúc hệ thống

Phát triển liên tục là một trong các đặc điểm cốt lõi của hệ thống Cloud Native. Điều này cũng áp dụng cho mô hình kiến trúc của hệ thống. Kiến trúc sư và nhóm phát triển luôn tìm cách để đơn giản hóa và nâng cấp hệ thống theo thời gian. Bởi khi nhu cầu của tổ chức thay đổi hoặc bối cảnh hệ thống CNTT thay đổi cùng sự thay đổi của nhà cung cấp dịch vụ đám mây, lúc này kiến trúc hệ thống cần thích ứng và phát triển. 

Các hệ thống CNTT mà không tuân thủ nguyên tắc này sẽ trở nên lỗi thời và cứng nhắc, không thể phản ứng linh hoạt trước các mối đe dọa. Điều này có thể đưa tổ chức vào bế tắc và làm giảm tính cạnh tranh trong môi trường kinh doanh nhanh chóng và biến đổi như hiện nay.

Do đó, để đảm bảo sự thành công của hệ thống Cloud Native, nguyên tắc "Luôn cập nhật kiến trúc hệ thống" là một yêu cầu quan trọng và cần được thực hiện. 

Trong bối cảnh của sự bùng nổ công nghệ, việc hiểu rõ "Cloud Native là gì" và tận dụng tiềm năng của Cloud Native là yếu tố quyết định đối với sự thành công của các ứng dụng và dịch vụ trong tương lai. Sự mở rộng linh hoạt và khả năng tận dụng tối đa các lợi ích của đám mây đã đặt nền móng cho một cuộc cách mạng trong việc phát triển và triển khai ứng dụng đầy tiềm năng. 

CMC Cloud - Giải pháp Điện toán đám mây Toàn diện & Linh hoạt nhất. Cho phép tùy biến sử dụng và quản trị 25+ dịch vụ
Website: https://cmccloud.vn
Facebook: https://facebook.com/cmccloud.vn
Hotline: 1900.2010