Google Developers: ¿Qué es Cloud Native?

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¿Qué es Cloud Native?

miércoles, 15 de julio de 2020

En este artículo podremos entender qué es Cloud Native y cómo podemos llevar nuestros servicios a serlo.
Por: Felipe Andrés Velásquez Castro

Este es un concepto que se está usando mucho últimamente y vale la pena entender que significa y cuales son las implicancias tanto en nuestros desarrollos como a la hora de crear nuestra infraestructura sea donde sea.
Lo primero que tenemos que tener en cuenta es que no somos Cloud Native por el mero hecho de tener aplicaciones en la nube. Nuestros servicios son Cloud Native si cumplen con una serie de características y comportamientos que los hacen dignos de este título.
Pero antes de ir a la definición, te voy a presentar a la Cloud Native Computing Foundation (CNCF), esta organización es la encargada de poner orden en un universo creciente de proyectos de código abierto y de compañías que tratan de crear herramientas que apoyen a los desarrolladores de software a correr sus aplicaciones en la nube. Es una entidad neutral a cualquier proveedor o marca y crea un marco de crecimiento (incubación) de las herramientas que desean llegar a ser parte del ecosistema Cloud. En estos artículos veremos las que ya se han graduado en la CNCF y las que están en camino a graduarse.
Cloud Native
Aquí está la definición oficial que nos da la Cloud Native Computing Foundation.
"Las tecnologías “Cloud Native” empoderan a las organizaciones para construir y correr aplicaciones escalables en ambientes dinámicos modernos, como lo son hoy las nubes públicas, privadas o híbridas. Temas como contenedores, mallas de servicios, microservicios, infraestructura inmutable y APIs declarativas son ejemplos de este enfoque.
Estas técnicas permiten crear sistemas de bajo acoplamiento que son resilientes, administrables y observables. Combinado con técnicas de automatización robusta les permite a los ingenieros realizar cambios de alto impacto de manera frecuente y predecible con un mínimo esfuerzo."
(CNCF - GitHub - https://github.com/cncf/toc/blob/master/DEFINITION.md#espa%C3%B1ol)
Es una excelente definición, sin embargo, es un poco difícil de entender a la primera, especialmente si no estamos relacionado con todos los términos, conceptos y tecnologías que menciona. Es por eso que para entender bien qué es Cloud Native, vamos a dar un breve repaso por cada uno de estos conceptos y así comprenderemos mejor que tenemos que hacer con nuestra infraestructura y aplicaciones para decir con autoridad "Soy Cloud Natite".
El objetivo de estos artículos es que entenderemos cada uno de estos conceptos, veamos qué herramientas incubadas por la CNCF van en apoyo de cada una de estas características y qué cambios debemos hacer en nuestros servicios y aplicaciones para sacar el máximo provecho a la nube.
Daremos un breve repaso a cada una de las características y tecnologías que representan a un ecosistema de aplicaciones y servicios nativo.
Características

Aplicaciones Escalables
Bajo Acoplamiento
Resilientes
Administrables
Observables
Ambientes Dinámicos

Tecnologías

Containers
Maya de servicios
Microservicios
Infraestructura Inmutable
APIs Declarativas
Automatización

Sin lugar a dudas son muchos conceptos y probablemente algunos de estos resulten complejos de entender y otros no parezcan tener gran importancia, pero creeme que todos y cada uno de ellos son necesarios para tener éxito en la nube y poder sacar el máximo provecho de esta. Pero veamos el primero, ¿que es la escalabilidad y cómo nos beneficia?.
Aplicaciones Escalables ¿Cómo hacer que nuestras aplicaciones soporten la creciente demanda por parte de los usuarios y que nuestros servicios escalen al infinito y más allá?

Michele M. F.
Vivimos hiperconectados y para nuestro día a día dependemos en gran medida de muchas plataformas digitales. ¿Cómo hacen estas grandes plataformas para soportar la creciente demanda de usuarios y no morir en el intento?.
Eso es gracias a la escalabilidad, es decir, la capacidad de hacer que tus servicios puedan crecer de forma dinámica, de modo que ante una oleada de usuarios, tus servicios siguen funcionando porque su infraestructura y aplicaciones también crecieron para soportar la demanda. Podemos encontrar dos tipos principales de escalabilidad, estas son, escalamiento vertical y escalamiento horizontal.
Escalamiento vertical El escalamiento vertical, en palabras sencillas, implica hacer crecer (escalar) las características de hardware de nuestro servidor o máquina virtual, ya sea, mayor cantidad de GHz de CPU, más GB de RAM entre otros recursos. Sin embargo sabemos que esto siempre tiene un límite ya sea físico o virtual.

Escalamiento vertical Escalamiento horizontal Este es el que nos interesa para ser Cloud Native, el escalamiento horizontal, este implica crear una réplica de nuestra aplicación o servicio con sus propios recursos dedicados, ya sea CPU, RAM entre otros. Esto quiere decir que ya no tendremos sólo una aplicación corriendo en un servidor inmenso, sino que tendremos muchas copias de nuestra aplicación corriendo en servidores pequeños.
De esta forma no tenemos un límite de recursos asociado a un solo servidor, sino que podemos tener un escalamiento horizontal a cientos de réplicas como si fuera al infinito y más allá, con múltiples réplicas de nuestra aplicación, cada una de estas réplicas con su propia cantidad de RAM y CPU asignada.

Escalamiento Horizontal
A modo de ejemplo, si nuestra aplicación o plataforma soporta 100 usuarios concurrentes (conectados al mismo tiempo), para esto tiene solo un servidor con la aplicación corriendo. Y mañana es cyber monday, ¿que podemos hacer para no fallarle a nuestros usuarios?. Para sobrevivir, debemos aplicar escalabilidad horizontal a nuestro servicio. En un ejemplo sencillo, bastaría con crear un segundo servidor, con una réplica de nuestra aplicación, por lo tanto ya podremos soportar no 100 sino 200 usuarios y si llegaramos a tener mayor demanda creamos un tercero o un cuarto servidor y así según nuestras necesidades.
Ahora bien, hacer esto no es tan simple como en nuestro ejemplo y es en este caso, en el que las herramientas Cloud Native nos pueden ayudar. Estas permiten implementar fácilmente la escalabilidad a nuestras soluciones, dándonos capacidades como el balanceo de carga, el descubrimiento y registro de servicios, el escalamiento automático en base a recursos, es decir la capacidad de crear una réplica de nuestro servicio al detectar que llegamos al 80% de CPU por ejemplo o a cierto porcentaje de memoria RAM y junto con lo anterior la capacidad de recrear nuestro servicio si este se cae a causa de los errores.
Herramientas Cloud Native para Escalamiento Tal como dijimos en un comienzo, existen herramientas graduadas en la CNCF que apoyan esta característica y en este caso nos encontramos con la más famosa de ellas. Hablamos de Kubernetes (K8s). El escalamiento en Kubernetes Debido a que Kubernetes tiene una gran cantidad de características y funcionalidades por ahora nos centraremos solo en los aspectos que tiene que ver con el escalamiento y para esto Kubernetes tiene 2 principales formas de escalar.
La primera es a nivel de máquinas virtuales, a las cuales dentro de un cluster de Kubernetes se les conoce como Nodos. Esto quiere decir que K8s usa múltiples Nodos para operar y en caso de requerir más recursos simplemente se añade un nuevo Nodo y listo. En implementaciones auto administradas de K8s como en el caso de GKE en Google Cloud esto puede ocurrir automáticamente, con una simple configuración inicial. Como se ve en la siguiente imágen estableciendo un mínimo y un máximo de nodos a crear.

Para el caso de implementaciones de K8s que no son auto administradas, como por ejemplo una implementación de Kubernetes On Premise o en un data center común y corriente, esto no es tan automático, pero no por eso imposible, sino que sigue siendo muy sencillo escalar a nivel de Nodos.
El segundo nivel de escalamiento es a nivel de Pods, un Pod es finalmente el recipiente que contendrá nuestra aplicación, al cual se le puede asignar una cantidad de recursos como CPU y RAM. Nuestra aplicación dentro de un Pod, puede ser replicada múltiples veces dentro de los Nodos. Para administrar estas réplicas, es que Kubernetes implementa este segundo nivel de escalamiento horizontal y puede crear tanta cantidad de copias de nuestra aplicación como espacio (recursos) tenga dentro de los Nodos. En kubernetes este nivel de escalamiento se conoce como Horizontal Pod Autoscaler y en en GKE se ve de la siguiente forma en la interfaz gráfica.

Es evidente que Kubernetes es por excelencia la herramienta Cloud Native más popular y una de las más relevantes hasta el día de hoy. Por lo tanto si deseamos que nuestras soluciones sean nativas, debemos enfocarnos en que puedan correr en Kubernetes y que pueda sacar el máximo provecho a todas sus características.
Si deseas profundizar en este tema te dejo un artículo donde te explico mejor estos conceptos, en una sencilla Introducción a Kubernetes.
Si nos pusiéramos a hablar de las prestaciones de esta herramienta, este artículo sería eterno, por lo tanto, si quieres saber de forma básica las características principales de Kubernetes te dejo este video de una charla que presenté hace unos años.
https://youtu.be/tCNt0OD8pFU?t=115
Esto es todo por hoy, el siguiente paso es analizar las características de bajo acoplamiento, resiliencia, administrable y observable y que productos graduados de la CNCF nos pueden apoyar en cada uno de estos aspectos.

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