Sviluppo di Applicazioni Cloud Native: Un Approccio Moderno all'Ingegneria del Software

Il panorama tecnologico odierno richiede alle aziende una velocità e un'agilità senza precedenti nello sviluppo e nel rilascio del software. In questo contesto, lo sviluppo di applicazioni cloud native emerge come un approccio fondamentale, permettendo di creare, eseguire e migliorare app che sfruttano appieno i benefici del cloud computing.

Secondo la Cloud Native Computing Foundation (CNCF), un'organizzazione software open source che promuove la creazione e la distribuzione di app basate su cloud, le tecnologie cloud native consentono alle aziende di creare ed eseguire applicazioni scalabili in ambienti moderni e dinamici come cloud pubblici, privati e ibridi. Questo approccio si traduce in sistemi resilienti, gestibili, osservabili e ad accoppiamento disperso.

Che cosa significa Cloud Native?

Il termine "cloud native" descrive un approccio alla creazione e all'esecuzione di applicazioni scalabili, progettate per sfruttare pienamente i servizi e i modelli di distribuzione basati su cloud. Non si tratta semplicemente di spostare le applicazioni esistenti su un'infrastruttura cloud ("lift and shift"), ma piuttosto di adattarsi alle numerose nuove possibilità e, al contempo, ai diversi vincoli architetturali offerti dal cloud rispetto alla tradizionale infrastruttura on-premise.

L'obiettivo principale del cloud native è accelerare la realizzazione e l'aggiornamento rapido delle app, migliorando la qualità e riducendo i rischi. È un modo per creare ed eseguire app reattive, scalabili e tolleranti agli errori, indipendentemente dall'ambiente di deployment, sia esso un cloud pubblico, privato o ibrido.

Applicazioni Cloud Native vs. Applicazioni Monolitiche Tradizionali

Per comprendere meglio il concetto di applicazione cloud native, è utile confrontarla con le applicazioni monolitiche tradizionali. Le applicazioni monolitiche funzionano come una singola unità, spesso con sistemi operativi, middleware e stack del linguaggio personalizzati per ogni applicazione. La maggior parte degli script e dei processi è creata specificamente per la build, il test e il deployment. Questa architettura crea dipendenze strette, rendendo difficile la modifica, il test, il deployment e il funzionamento dei sistemi man mano che crescono nel tempo. Ciò che inizialmente è facile da progettare e distribuire, diventa presto complesso, difficile da sviluppare e impegnativo da gestire.

Al contrario, un'applicazione cloud native è progettata specificamente da zero per sfruttare l'elasticità e la natura distribuita del cloud. È scritta come una raccolta di molti microservizi, ciascuno dei quali funge da software separato. Questi componenti software sono progettati, codificati, testati e distribuiti in modo indipendente, senza influire sul resto dell'applicazione. Questa modularità garantisce un processo di revisione più veloce e aggiornamenti più fluidi, in contrasto con il modello monolitico che richiede la sostituzione dell'intera applicazione per una singola modifica, paragonabile al dover sostituire un'intera casa per riparare un rubinetto che perde.

I Pilastri dell'Architettura Cloud Native

Esistono diversi modi per creare un'architettura cloud native, ma l'obiettivo comune è sempre aumentare la velocità di distribuzione del software, migliorare l'affidabilità dei servizi e creare una proprietà condivisa tra le parti interessate nel software. I fondamenti delle architetture cloud native si basano su diversi pilastri chiave:

Microservizi

Le architetture cloud native si fondano sui microservizi. Il vantaggio principale che offrono è la componibilità, vale a dire la possibilità di suddividere un'applicazione in una raccolta di servizi più piccoli e leggeri, facilmente componibili e connessi tra loro tramite interfacce di programmazione di un'applicazione (API) o un sistema di messaggistica. Ogni microservizio implementa una funzionalità aziendale specifica, viene eseguito all'interno del proprio processo e comunica con gli altri tramite protocolli ben definiti. Ad esempio, un'applicazione di e-commerce potrebbe essere composta da un servizio specifico per il carrello degli acquisti, un altro per il pagamento e un altro che comunica con il backend per la gestione dell'inventario. La componibilità consente ai team di scambiare e riscrivere i componenti per soddisfare i nuovi requisiti aziendali senza interrompere un'altra parte dell'applicazione.

Container e Orchestrazione

I container sono componenti eseguibili leggeri che contengono tutti gli elementi necessari, inclusi il codice sorgente e le dipendenze delle app, per eseguire il codice in qualsiasi ambiente. Offrono la portabilità dei carichi di lavoro, consentendo di creare il codice una sola volta e di eseguirlo ovunque, semplificando lo sviluppo e il deployment. Essendo privi di sistema operativo, sono leggeri e riducono i possibili attriti tra linguaggi, librerie e framework, in quanto possono essere distribuiti in modo indipendente. Questa portabilità e flessibilità rendono i container ideali per la creazione di architetture di microservizi.

L'orchestrazione dei container è cruciale quando il numero di microservizi aumenta. Una piattaforma di orchestrazione dei container, come Kubernetes, permette di controllare dove e come vengono eseguiti i container, correggere eventuali errori e bilanciare il carico tra di essi, garantendo un'esecuzione fluida dell'applicazione nel suo complesso. Kubernetes è progettato per garantire un'alta disponibilità (HA) e le sue funzioni automatiche consentono di correggere malfunzionamenti, sfruttando i container come base del cloud nativo.

DevOps

Lo sviluppo di applicazioni cloud native richiede il passaggio a una metodologia di distribuzione agile come DevOps, in cui i team di sviluppatori e delle operazioni IT collaborano per l'automazione dei processi di distribuzione del software e dell'infrastruttura. DevOps consente ai team di comunicare in modo più stretto e di unirsi per uno scopo condiviso, creando una cultura e un ambiente in cui le applicazioni possono essere create, testate e rilasciate più rapidamente.

Integrazione e Distribuzione Continue (CI/CD)

L'automazione è un aspetto fondamentale. Le pipeline di CI/CD (Continuous Integration / Continuous Delivery) aiutano ad automatizzare la creazione, i test e il deployment delle modifiche alle applicazioni senza dover pianificare tempi di inattività o attendere periodi di manutenzione. L'integrazione continua assicura che le modifiche al codice vengano integrate frequentemente, mentre la distribuzione continua garantisce che il software sia sempre in uno stato rilasciabile, rendendo le release più affidabili e meno rischiose. Questo permette ai team di fornire nuovi servizi e funzionalità in modo più rapido e frequente.

Infrastruttura Immutabile e Infrastructure as Code (IaC)

L'infrastruttura immutabile è un principio in base al quale le risorse distribuite non vengono mai modificate direttamente dopo il deployment. Le modifiche vengono implementate creando nuove istanze con configurazioni aggiornate, offrendo coerenza e semplificando le procedure di rollback. L'Infrastructure as Code (IaC) consente di definire l'infrastruttura sotto forma di codice, garantendo un migliore controllo delle versioni, l'automatizzazione dei test e una distribuzione coerente tra gli ambienti. Con l'automazione, l'IaC viene utilizzata per tenere traccia delle modifiche in un repository di codice sorgente.

Osservabilità e Monitoraggio Continuo

Le applicazioni cloud native sono progettate tenendo conto dell'osservabilità, in modo che gli sviluppatori possano comprendere meglio il funzionamento interno dei sistemi. Gli strumenti di monitoraggio avanzati garantiscono una visibilità in tempo reale sullo stato e sulle prestazioni delle applicazioni. Questi strumenti consentono di affrontare i problemi in modo proattivo, aiutando gli sviluppatori a identificarli e risolverli prima che abbiano un impatto sugli utenti.

Resilienza e Autoriparazione

La resilienza è una caratteristica chiave dei sistemi cloud native, in grado di favorire il recupero dagli errori e il mantenimento della stabilità. Tutto ciò è possibile grazie a strategie come la replica, il bilanciamento del carico e i meccanismi di recupero automatico. Le applicazioni cloud native sono progettate per gestire agilmente gli errori, con tempi di inattività minimi, e i meccanismi di autoriparazione rilevano e risolvono automaticamente i problemi, garantendo la regolare esecuzione delle applicazioni.

Cloud vs. Cloud Native: le differenze

È fondamentale distinguere tra "cloud" e "cloud native". Per cloud si intende il cloud computing, dove aziende o privati pagano per accedere a risorse di computing come servizio on demand. Sebbene sia spesso utilizzato come descrizione generica degli strumenti e delle tecniche utilizzati per sviluppare software nel cloud, il termine "cloud native" non riguarda solo l'adozione del cloud. Si riferisce invece al modo in cui le applicazioni vengono create e distribuite, anziché solo al luogo in cui ne viene eseguito il deployment. In alcuni casi, un'applicazione con principi cloud native potrebbe persino non essere eseguita esclusivamente nel cloud, ma anche on-premise o in ambienti ibridi, purché segua i principi architetturali e di sviluppo specifici.

Vantaggi dell'Approccio Cloud Native

L'adozione di un approccio cloud native offre numerosi vantaggi tangibili per le organizzazioni:

• Innovazione più rapida: I servizi più piccoli e a basso accoppiamento consentono ai team di lavorare e sviluppare in modo autonomo, aumentando la velocità e la produttività degli sviluppatori e facilitando l'innovazione.
• Release affidabili: Le architetture cloud native permettono agli sviluppatori di creare, testare ed eseguire il deployment di servizi nuovi ed esistenti più rapidamente, riducendo i rischi legati al deployment.
• Scalabilità e flessibilità: Le architetture cloud native utilizzano l'automazione dell'infrastruttura e sfruttano l'elasticità del cloud per bilanciare il carico in base alla domanda. Questo consente una scalabilità dinamica e granulare per soddisfare la domanda e ottimizzare costi e rendimento.
• Riduzione dei costi: Un processo di distribuzione del software semplificato riduce i costi di deployment di nuovi aggiornamenti e funzionalità. L'utilizzo on-demand delle risorse e la condivisione delle stesse contribuiscono a una significativa riduzione dei costi operativi, eliminando la necessità di acquistare nuovo hardware per gestire i picchi di utilizzo.
• Maggiore disponibilità: Le architetture cloud native offrono alti livelli di disponibilità e affidabilità grazie alla riduzione della complessità operativa, alla semplificazione delle modifiche alla configurazione, alla scalabilità e alla riparazione automatica.
• Portabilità: Le app cloud native sono progettate per essere eseguite quasi ovunque, consentendo di spostarle facilmente da un ambiente all'altro (cloud pubblici, privati, ibridi) senza apportare modifiche all'intera applicazione.
• Maggiore sicurezza: Le applicazioni cloud native contribuiscono a ridurre la superficie di attacco e semplificano il rilevamento e la risposta ad attacchi o a nuove vulnerabilità. È più facile applicare patch e aggiornamenti seguendo un deployment e una gestione standardizzati. I container offrono ambienti isolati, riducendo il rischio di vulnerabilità.
• Conformità migliorata: È più facile e più economico implementare e dimostrare la conformità con le applicazioni cloud native, poiché la maggior parte dei controlli di sicurezza dei dati viene implementata a livello di piattaforma dai cloud provider, che mantengono la conformità con i framework di gestione del rischio.

Come Sviluppare Applicazioni Cloud Native: Un Percorso

Lo sviluppo di app cloud native richiede l'integrazione di diversi strumenti e pratiche per un deployment di successo. Non si tratta di un progetto sconvolgente e pluriennale, ma piuttosto di un percorso continuo di costante iterazione per apprendere e migliorare. Ecco i passi fondamentali:

1. Adozione della metodologia DevOps: È lo step iniziale e fondamentale. La collaborazione tra team di sviluppo e operations è cruciale, condividendo obiettivi e fornendo feedback regolari per automatizzare i processi di distribuzione del software e dell'infrastruttura.
2. Utilizzo dei container: L'adozione dei container agevola la messa in pratica delle procedure DevOps, offrendo un'unità di deployment dell'applicazione ideale e un ambiente di esecuzione autosufficiente. Consentono agli sviluppatori di rilasciare e aggiornare più facilmente le app.
3. Adozione di un'architettura a microservizi: Lo sviluppo cloud native è incentrato sulla modularità dell'architettura, sul basso accoppiamento e sull'indipendenza dei suoi servizi. Ogni microservizio implementa una funzionalità aziendale e comunica tramite API.
4. Automazione del ciclo di sviluppo (CI/CD): Il quarto step riguarda l'adozione di automatismi che permettono di verificare l'integrazione, effettuare test, identificare bug e distribuire aggiornamenti. L'utilizzo di pratiche e soluzioni di Continuous Integration e Continuous Delivery è la chiave per pianificare, costruire e accelerare la release, ottenendo il controllo completo sull'intero ciclo di vita del software.
5. Monitoraggio continuo: Il continuous monitoring entra a buon diritto nella lista degli step verso l'approccio cloud native. Non si può gestire ciò che non si può vedere.
6. Uso di Infrastructure as Code (IaC) e infrastruttura immutabile: L'automazione consente il provisioning coerente degli ambienti delle applicazioni cloud tra più fornitori di servizi, mantenendo la tracciabilità delle modifiche.
7. Integrazione della sicurezza a ogni livello: Portare la sicurezza in ogni fase del processo di progettazione e distribuzione delle applicazioni è fondamentale per garantire che l'app sia "sicura per progettazione".
8. Ottimizzazione dei costi e dell'utilizzo delle risorse: Il cloud computing è una risorsa OpEx (con costi operativi): maggiore è l'utilizzo, maggiore è l'importo da pagare. È essenziale monitorare e ottimizzare l'uso delle risorse per prevenire costi inattesi.

Architettura Serverless: Un ulteriore passo nel Cloud Native

Nei modelli serverless di cloud computing, gli sviluppatori di applicazioni non devono eseguire il provisioning dei server o gestire la scalabilità delle proprie app. Al contrario, queste attività di routine vengono gestite dal provider cloud. Questo si traduce in una capacità per gli sviluppatori di inviare il codice in produzione molto più rapidamente rispetto ai modelli tradizionali, rappresentando un ulteriore passo nell'ottimizzazione e nella flessibilità offerte dalla strategia cloud native.

Le Sfide dell'Approccio Cloud Native

Nonostante i numerosi vantaggi, l'approccio cloud native presenta anche alcune sfide che le organizzazioni devono affrontare:

• Complessità di gestione di sistemi distribuiti: La gestione di sistemi distribuiti e di molte "parti mobili" può essere impegnativa se non si dispone di strumenti o processi adeguati per gestire sviluppo, test e deployment. L'architettura a microservizi introduce ulteriori livelli di astrazione.
• Aumento dei costi operativi e tecnologici: Senza un'ottimizzazione dei costi e una supervisione appropriate per controllare l'uso delle risorse negli ambienti cloud, la flessibilità del cloud native può portare a un'impennata dei costi.
• Mancanza di competenze tecnologiche: L'adozione di uno stack tecnologico più complesso e la necessità di nuove metodologie richiedono competenze specifiche che potrebbero non essere già presenti all'interno dell'organizzazione.
• Resistenza ai cambiamenti culturali: L'implementazione di tecnologie cloud native e best practice DevOps richiede spesso un cambiamento culturale significativo all'interno dei team e dell'azienda, che può incontrare resistenza.
• Difficoltà nella comunicazione: Comunicare concetti cloud native e i loro benefici a dirigenti non tecnici può essere difficile, rendendo complicato ottenere supporto e contributi.
• Gestione di infrastrutture effimere: Le infrastrutture cloud native sono spesso effimere (le risorse vengono create e distrutte rapidamente), il che può rendere difficili il debug e la risoluzione dei problemi.

Tuttavia, nessuna di queste sfide è ingestibile con la strategia e l'esperienza giuste. L'adozione di un approccio graduale e iterativo è spesso consigliata per affrontare la trasformazione cloud native.

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