تمام سازمان‌ها اپلیکیشن‌های بومی ابری را به یک شکل تعریف نمی‌کنند. در اصل، بومی ابری به این معنی است که توسعه‌دهندگان یک اپلیکیشن خاص را با در نظر گرفتن مقیاس‌پذیری و ماهیت گذرا (ephemeral) ابری طراحی، توسعه و ارائه می‌دهند.
میکروسرویس‌ها و کانتینرها اغلب با توسعه اپلیکیشن‌های بومی ابری مرتبط هستند، زیرا اپلیکیشن‌هایی که در ابَر ایجاد می‌شوند معمولاً از روش‌های توسعه مدرن پیروی می‌کنند. برخلاف چرخه زندگی توسعه نرم‌افزار سنتی Waterfall، اپلیکیشن‌های بومی ابری با استفاده از متدولوژی Agile (چابک) توسعه داده می‌شوند. تغییرات به‌طور مکرر از طریق خطوط تحویل خودکار به محیط تولید منتشر می‌شوند و زیرساخت‌ها در سطح کد مدیریت می‌شوند.
ماهیت گذرا ابری نیازمند جریان‌های کاری خودکار است که می‌توانند به‌طور خودکار استقرار و دوباره استقرار پیدا کنند. توسعه‌دهندگان باید اپلیکیشن‌های بومی ابری را با در نظر گرفتن ابهام در زیرساخت‌ها طراحی کنند.
✳️الزامات معماری ابرمحور
قبل از شروع به توسعه، بیایید برخی از اصول معماری رایج که سازمان‌های بومی ابری به آن وابسته‌اند را بررسی کنیم.
✔️کانتینرسازی (Containerization)
کانتینرسازی که بیشتر با Docker مرتبط است، نوعی مجازی‌سازی است که در آن اپلیکیشن‌ها برای اجرا در محیط‌های ایزوله‌شده به نام کانتینرها پیکربندی می‌شوند، در حالی که همچنان از هسته سیستم‌عامل میزبان (host OS) استفاده می‌کنند. کانتینرها بسیار سبک‌تر از مجازی‌سازی سنتی هستند. آنها به جای استفاده از یک هایپروایزر یا لایه‌های دیگر ماشین مجازی (VM)، برای انجام بیشتر کارها به سیستم‌عامل میزبان تکیه دارند.
مزیت کانتینرسازی در محیط بومی ابری این است که کانتینرها سبک، قابل حمل و - از همه مهم‌تر - تکرارپذیر هستند. این ویژگی به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد که اپلیکیشن‌ها را در محیط‌های یکسان بنویسند، تست کنند و استقرار دهند، در حالی که هزینه‌ها را به حداقل می‌رسانند.
✔️اتوماسیون (Automation)
سازمان‌های بومی ابری از اتوماسیون برای کاهش خطای انسانی، بهینه‌سازی فرآیندهای تکراری و کنترل دقیق‌تر زیرساخت‌های اپلیکیشن خود استفاده می‌کنند.
در حالی که ممکن است بتوانید زیرساخت‌های اپلیکیشن خود را به صورت دستی بسازید، تست کنید، استقرار دهید و مدیریت کنید، ارائه‌دهندگان ابری ابزارهایی را برای انتزاع بسیاری از این فرآیندهای دستی فراهم می‌کنند. این امکان به سازمان‌های بومی ابری می‌دهد تا در تمام جنبه‌ها، از استخدام گرفته تا نیازهای زیرساختی، کارآمدتر باشند.
✔️هم‌سازی (Orchestration)
در حالی که کانتینرسازی می‌تواند با بسته‌بندی خدمات سبک، هزینه‌ها را کاهش دهد، به حداکثر رساندن بهره‌وری آنها در یک محیط تولیدی نیازمند استراتژی‌ای به نام هم‌سازی است. به طور خلاصه، هم‌سازی فرآیند خودکارسازی مدیریت چرخه حیات تمام کانتینرها در یک محیط تولیدی است تا به طور مؤثر کارهایی مانند ایجاد و تخریب کانتینرها، مقیاس‌گذاری افقی، کنترل نسخه، شبکه‌سازی و مدیریت وابستگی‌ها را انجام دهد.
Kubernetes یکی از محبوب‌ترین ابزارها برای هم‌سازی کانتینرها است؛ اما گزینه‌های دیگری نیز وجود دارند. به عنوان مثال، Docker Compose سبک‌تر معمولاً برای هم‌سازی محلی استفاده می‌شود. با این حال، صرف‌نظر از ابزار، مدیریت موفق منابع تولید تقریباً همیشه نیازمند نوعی از هم‌سازی است.
✔️میکروسرویس‌ها (Microservices)
وقتی مفاهیم کانتینرسازی و اتوماسیون با هم ترکیب شوند، به خوبی به یک الگوی معماری به نام "معماری میکروسرویس‌ها" کمک می‌کنند. این الگو با حضور اپلیکیشن‌های پیچیده‌ای که از خدمات کوچک و مستقل زیادی تشکیل شده‌اند که می‌توانند به طور مستقل مقیاس‌پذیر و تغییر کنند، تعریف می‌شود.
معماری میکروسرویس‌ها در یک محیط بومی ابری رایج است، زیرا ماهیت ذاتی هم‌سازی و کانتینرسازی به خوبی با این الگو همخوانی دارد. این در تضاد شدید با معماری‌های یکپارچه (Monolithic) است که به طور محکم به هم متصل هستند و در نتیجه به منابع بیشتری نیاز دارند و مقیاس‌پذیری آنها به همان شیوه سخت‌تر است.
✔️مش شبکه (Service Mesh)
در یک محیط بومی ابری، مش شبکه مانند چسبی است که تمام خدمات مختلف را به هم متصل می‌کند. با مقیاس‌پذیری اپلیکیشن‌ها، به‌ویژه در معماری میکروسرویس‌ها، نظارت و مدیریت اجزای مختلف می‌تواند به ویژه چالش‌برانگیز باشد. مش شبکه یک لایه شبکه اختصاصی ایجاد می‌کند که ارتباط ساده‌تر و قابل مشاهده‌تری بین خدمات فراهم می‌آورد. این معمولاً چندین ویژگی را پشتیبانی می‌کند، از جمله بالانس بار، رمزگذاری و بازیابی در برابر فاجعه.
✳️الگوها و بهترین شیوه‌های بومی ابری
در حالی که ابزارها و استانداردهای معماری یک محیط بومی ابری مهم هستند، استفاده مؤثر از آنها نیازمند پیروی از بهترین شیوه‌ها و الگوهای معمولاً پذیرفته‌شده است. بسیاری از این شیوه‌ها تحت چتر "DevOps" قرار می‌گیرند، رویکردی در توسعه نرم‌افزار که بهبود مداوم، اتوماسیون، همکاری و مالکیت مشترک را برای بهبود سرعت، کیفیت و قابلیت اطمینان محصولات نهایی تأکید می‌کند.
🟢ادغام مداوم (Continuous Integration)
یکی از مزایای اصلی استراتژی توسعه اپلیکیشن‌های بومی ابری، انگیزه برای انتشار تغییرات به‌صورت زودهنگام و مکرر است. به دلیل ابزارها و سایر فرآیندهای اتوماسیونی که به طور ذاتی در محیط ابری معمولی در دسترس است، عمل ادغام مداوم (CI) به ویژه ارزشمند است، زیرا به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد که کد خود را به‌طور مکرر تست کرده و منتشر کنند.
CI یک چرخه بازخورد فشرده‌تر را اضافه می‌کند، که در آن تغییرات کد به‌طور خودکار ساخته، بسته‌بندی و تست می‌شوند، طبق اصول Agile. این باعث شناسایی سریع‌تر و قابل اعتمادتر مشکلات می‌شود، زیرا زیرساخت‌های اساسی و مدیریت آن تضمین می‌کنند که تمام تغییرات به همان روش و بر روی همان زیرساخت اجرا شوند.
🟢غیرقابل تغییر بودن (Immutability)
آنچه زیرساخت‌های بومی ابری را پیش‌بینی‌پذیر می‌کند، غیرقابل تغییر بودن ذاتی آن است. غیرقابل تغییر بودن به این معناست که زیرساخت خود نمی‌تواند پس از استقرار تغییر کند. برای مثال، در کانتینرسازی، این بدین معناست که پس از ساخت یک کانتینر، آن دیگر در طول زمان تغییر نمی‌کند. فایل تعریف آن پیکربندی آن را مدیریت می‌کند، ارکستراتور چرخه حیات آن را مدیریت می‌کند و مش سرویس هر وابستگی را متصل می‌کند.
برخلاف زیرساخت‌های قابل تغییر مانند خدمات دست‌مدیری که بر روی سخت‌افزار فیزیکی اجرا می‌شوند، غیرقابل تغییر بودن زیرساخت‌های بومی ابری قابلیت اطمینان بالاتری را تضمین می‌کند. در صورت بروز یک خرابی غیرمنتظره، منابع غیرقابل تغییر می‌توانند به روشی مشابه دوباره ساخته شوند که می‌تواند زمان خرابی را کاهش دهد. این همچنین به افزایش امنیت کمک می‌کند. کاهش پتانسیل تغییرات پیکربندی به این معناست که کنترل نسخه منابع را مدیریت می‌کند. هر نسخه منتشرشده نه تنها از سایر نسخه‌ها متمایز است، بلکه می‌تواند به‌طور برنامه‌نویسی تأیید شود.
🟢زیرساخت به‌عنوان کد (Infrastructure as Code)
زیرساخت به‌عنوان کد (IaC) در قلب یک استراتژی بومی ابری به‌خوبی تعریف‌شده قرار دارد. به جای استفاده از ابزارهای پیکربندی فیزیکی یا تعاملی، IaC از شیوه‌های استاندارد توسعه نرم‌افزار بهره می‌برد و به مدیریت و فراهم‌آوری زیرساخت با استفاده از فایل‌های قابل خواندن توسط ماشین اجازه می‌دهد.
این امکان به تیم‌های فناوری اطلاعات می‌دهد تا زیرساخت‌های اصلی اپلیکیشن را به همان روشی که سایر فایل‌های کد منبع مدیریت می‌شوند، مدیریت کنند. مفاهیمی مانند کنترل نسخه، قابلیت تولید مجدد، اتوماسیون و آزمایش کامل (End-to-End) می‌توانند به منابعی که نرم‌افزار اپلیکیشن بر روی آنها اجرا می‌شود، علاوه بر خود نرم‌افزار، اعمال شوند.
🟢بدون سرور (Serverless)
اگر مفهوم کانتینرسازی، ارکستراسیون و میکروسرویس‌ها به حد نهایی خود برسد، می‌توانند به‌طور کامل از طریق مفهومی به نام محاسبات بدون سرور (Serverless Computing) انتزاع شوند. در حالی که خود نام این مفهوم به این معناست که هیچ سروری وجود ندارد، واقعیت محاسبات بدون سرور این است که سرورها به‌طور کامل از محیط کار برکنار شده‌اند.
به‌جای کانتینرهای طولانی‌مدت، محاسبات بدون سرور با ماهیت مبتنی بر رویداد و بدون حالت (stateless) شناخته می‌شود. در حالی که انتقال از روش‌های محاسباتی غیر از سرور به محاسبات بدون سرور ممکن است چالش‌برانگیز باشد، محاسبات بدون سرور به توسعه‌دهندگان بومی ابری این امکان را می‌دهد که تقریباً به‌طور کامل بر روی کد تمرکز کنند، نه زیرساخت. زمانی که به درستی پیاده‌سازی شود، این می‌تواند به کاهش هزینه‌ها کمک کند چرا که تنها منابعی که استفاده می‌شوند، مشمول هزینه می‌شوند.
🟢GitOps
اکثر اپلیکیشن‌های بومی ابری با استفاده از یک روش توسعه نرم‌افزاری به نام GitOps مدیریت می‌شوند. همان‌طور که از نام آن پیداست، GitOps یک متدولوژی الهام‌گرفته از DevOps است که از یک سیستم کنترل نسخه — معمولاً Git — به‌عنوان منبع حقیقت در طول کل چرخه زندگی یک اپلیکیشن، از توسعه گرفته تا زیرساخت، استفاده می‌کند.
GitOps از بهترین شیوه‌های توسعه نرم‌افزار که در اکوسیستم Git تعبیه شده‌اند، برای تأکید بر بازبینی و اعتبارسنجی فایل‌های زیرساخت به‌عنوان کد (IaC) استفاده می‌کند. این رویکرد به استفاده از زیرساخت‌های تغییرناپذیر (immutable) تشویق می‌کند، از ابزارهای خودکارسازی موجود بهره می‌برد و به مدیریت مؤثر تغییرات کمک می‌کند.
GitOps یک روش مؤثر برای درک این‌که نه تنها چه چیزی در زیرساخت بومی ابری یک اپلیکیشن در حال وقوع است، بلکه چگونه و چرا نیز اتفاق می‌افتد، به حساب می‌آید. علاوه بر این، تاریخچه‌ای از تغییرات به‌خوبی نسخه‌بندی شده ایجاد می‌کند که با حذف خطر هر تغییر واحد، تاب‌آوری بیشتری را فراهم می‌کند. در بیشتر سازمان‌های بومی ابری، GitOps محرک اصلی تحول و نوآوری است.
✳️متدولوژی‌های توسعه بومی ابری
چند عامل از متدولوژی ۱۲-عامل اپلیکیشن (که یک مرجع اصلی برای توسعه‌دهندگان اپلیکیشن‌ها است) وجود دارد که برای توسعه اپلیکیشن‌های بومی ابری بنیادی است، که در ادامه به تفصیل آمده است.
ساخت، انتشار، اجرا
رویکرد ساخت، انتشار، اجرا هر مرحله از توسعه و استقرار اپلیکیشن‌های بومی ابری را از هم جدا می‌کند:
- ساخت (Build): پایگاه کد اپلیکیشن وارد حالت ساخت می‌شود، جایی که از کد منبع خام به یک بسته اجرایی تبدیل می‌شود که به آن ساخت گفته می‌شود.
- انتشار (Release): سپس ساخت با هر مقدار پیکربندی ضروری که برای اجرا در محیط هدف نیاز است ترکیب می‌شود. این مرحله به انتشار معروف است.
- اجرا (Run): فایل اجرایی انتشار در محیط عملکرد هدف اجرا می‌شود.
این گردش کار تعریف‌شده به‌خوبی با ابزارهای استقرار و CI مانند Jenkins یا Capistrano ترکیب می‌شود که می‌توانند آزمایشات خودکار را اجرا کنند، به نسخه‌های قبلی بازگردند و موارد دیگر. اگر مشکلی پیش آید، توسعه‌دهندگان می‌توانند یک انتشار پیش‌ساخته را در یک محیط یا روی زیرساخت متفاوت بدون نیاز به استقرار مجدد کل اپلیکیشن اجرا کنند.
فرآیندها
در محاسبات ابری، فرآیندهای جداشده و بدون وضعیت (stateless) بسیار مقیاس‌پذیرتر و قابل مدیریت‌تر از فرآیندهای دارای وضعیت (stateful) هستند. در حالی که به نظر می‌رسد ایجاد یک فرآیند بدون وضعیت غیرمعمول باشد، این رویکرد بر وابستگی به خدمات پشتیبانی دارای وضعیت تأکید می‌کند که به فرآیندهای بدون وضعیت امکان مقیاس‌بندی بالا و پایین یا راه‌اندازی مجدد کامل را می‌دهند، با کمترین ریسک برای کیفیت اپلیکیشن.
در حالی که می‌توانید فرآیندهای بومی ابری را به طرق مختلف اجرا کنید، برخی محیط‌های هدف، مانند Heroku، زمان‌بندی‌هایی را ارائه می‌دهند که بر اساس مقادیر پیکربندی ارائه‌شده توسط توسعه‌دهنده است. این معمولاً از طریق یک فناوری کانتینری، مانند Docker یا Kubernetes انجام می‌شود. کانتینرها راهی عالی برای محصور کردن فرآیند واحد لازم برای اجرای یک اپلیکیشن خاص هستند و استفاده از اپلیکیشن‌های بدون وضعیت را تشویق می‌کنند.
هم‌زمانی (Concurrency)
اپلیکیشن‌های بومی ابری به‌طور ذاتی برای مقیاس‌پذیری افقی طراحی شده‌اند. این اپلیکیشن‌ها خدمات را به فرآیندهای جداگانه و بدون وضعیت تقسیم می‌کنند که می‌توانند بارهای کاری خاص را به‌صورت هم‌زمان مدیریت کنند. فرآیندها زمانی به‌طور کارآمد قابل مقیاس هستند که بدون وضعیت باشند و از سایر فرآیندهای مستقل اطلاعی نداشته باشند.
هم‌زمانی مثالی عالی از این است که چرا بسیاری از اپلیکیشن‌های بومی ابری به معماری‌های مبتنی بر خدمات (Service-Oriented Architectures) گرایش دارند. اپلیکیشن‌های یکپارچه (Monolithic) تنها تا حد مشخصی می‌توانند به‌صورت عمودی مقیاس‌پذیر باشند. اما زمانی که توسعه‌دهنده یک اپلیکیشن یکپارچه را به چندین فرآیند هدفمند تقسیم می‌کند، هر مؤلفه می‌تواند به‌صورت مؤثرتری برای مدیریت بار مقیاس‌پذیر باشد. ابزارهای متعددی برای خودکارسازی مدیریت و مقیاس‌پذیری این فرآیندها وجود دارند، از جمله Kubernetes و خدمات اختصاصی ارائه‌شده توسط سرویس‌دهندگان ابری.
یک‌بار مصرف بودن (Disposability)
چندین ارائه‌دهنده خدمات ابری زیرساخت‌های متغیر و ناپایداری را با هزینه کمتر ارائه می‌دهند. این رویکرد باعث افزایش مقیاس‌پذیری با هزینه پایین‌تر می‌شود، اما با ریسک از بین رفتن ناگهانی فرآیندها همراه است. هرچند این همیشه رخ نمی‌دهد، اما اپلیکیشن‌های بومی ابری که برای یک‌بار مصرف بودن طراحی شده‌اند، بر اهمیت اپلیکیشن‌های خودترمیم‌کننده تأکید دارند.
برای مدیریت خرابی‌های غیرمنتظره، باید برنامه‌ای برای فرآیندهای خاموشی نرم‌تر طراحی کنید و هرگونه داده دارای وضعیت را خارج از محدوده فرآیند ذخیره کنید. با این حال، طراحی یک سیستم خودترمیم‌کننده با استفاده از ابزارهای ارکستراسیون مانند Kubernetes و سیستم‌های صف‌بندی جامع مانند Amazon Simple Queue Service یا RabbitMQ آسان‌تر است.
ابر در ویندوز یک ابزار قدرتمند است که بهره‌وری، دسترسی‌پذیری و امنیت را افزایش می‌دهد. با استفاده از خدمات ابری مایکروسافت، کاربران می‌توانند داده‌ها و برنامه‌های خود را مدیریت کنند و از مزایای پیشرفته‌ترین فناوری‌های ابری بهره‌مند شوند.
مزایای اپلیکیشن‌های ابری
صرفه‌جویی در هزینه:
- کاربران نیازی به خرید سخت‌افزار یا نرم‌افزار گران‌قیمت ندارند.
افزایش بهره‌وری:
- کاربران می‌توانند از هر مکان و در هر زمان به اپلیکیشن دسترسی داشته باشند.
امنیت بیشتر:
- ارائه‌دهندگان خدمات ابری معمولاً پروتکل‌های امنیتی پیشرفته‌ای برای محافظت از داده‌ها ارائه می‌دهند.
پشتیبان‌گیری خودکار:
- اطلاعات کاربران به‌طور خودکار در فضای ابری ذخیره و محافظت می‌شود.
مقیاس‌پذیری آسان:
- اپلیکیشن‌های ابری می‌توانند بر اساس نیاز کاربر رشد کنند.
چالش‌های اپلیکیشن‌های ابری
وابستگی به اینترنت:
- اپلیکیشن‌های ابری برای عملکرد خود به اینترنت پایدار نیاز دارند.
حریم خصوصی:
- کاربران ممکن است نگرانی‌هایی درباره امنیت و حریم خصوصی داده‌های خود داشته باشند.
هزینه مداوم:
- استفاده از اپلیکیشن‌های ابری معمولاً نیازمند پرداخت اشتراک ماهیانه یا سالیانه است.
محدودیت‌های سفارشی‌سازی:
- در برخی موارد، کاربران نمی‌توانند اپلیکیشن‌های ابری را به اندازه اپلیکیشن‌های محلی شخصی‌سازی کنند.
- اپلیکیشن‌های ابری تحولی بزرگ در دنیای نرم‌افزارها و خدمات دیجیتال ایجاد کرده‌اند. این برنامه‌ها با فراهم کردن دسترسی آسان، مقیاس‌پذیری بالا و کاهش هزینه‌ها، به کسب‌وکارها و کاربران عادی کمک کرده‌اند تا تجربه بهتری در استفاده از فناوری داشته باشند.
