Verfügbarkeit: Cloud-native Computing | Technische Universität München

Cloud-native Computing: Software Engineering von Diensten und Applikationen für die Cloud

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Bibliographische Detailangaben
Beteilige Person:	Kratzke, Nane 1976- (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	Deutsch
Veröffentlicht:	München Hanser [2022]
Schlagwörter:	Cloud Computing Softwareentwicklung Anwendungssoftware Agilität Container DevOps Docker Hybrid Cloud Kubernetes Microservices Multi-Cloud Private Cloud Public Cloud Softwarearchitektur FBITARCH: Softwarearchitektur FBITITMG: IT-Management INF2022
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ISBN:	9783446462281 3446462287

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adam_text	INHALT VORWORT ............................................................................................................ XI 1 EINLEITUNG .................................................................................................. 1 1.1 AN WEN SICH DIESES BUCH RICHTET ...................... 2 1.2 WAS DIESES BUCH BEHANDELT ............................................................................................ 3 1.3 SPRACHLICHE KONVENTIONEN ............................................................................................. 4 1.4 NOTATIONSKONVENTIONEN ................................................................................................... 5 1.5 ERGAENZENDE MATERIALIEN ................................................................................................. 7 TEIL I: GRUNDLAGEN ............................................................................ 9 2 CLOUD COMPUTING .................................................................................... 11 2.1 SERVICE-MODELLE ............................................................................................................. 12 2.1.1 INFRASTRUCTURE AS A SERVICE (LAAS) ..................................................................... 15 2.1.2 PLATFORM AS A SERVICE (PAAS) ............................................................................ 15 2.1.3 SOFTWARE AS A SERVICE (SAAS) ............................................................................ 16 2.2 CLOUD-OEKONOMIE ........................................................................................................... 16 2.2.1 EIGNUNG VON UNTERSCHIEDLICHEN ARTEN VON WORKLOADS .................................... 17 2.2.2 EFFEKT VON ZUTEILUNGSDAUER UND RESSOURCENGROESSE .......................................... 19 2.3 ENTWICKLUNG DER LETZTEN JAHRE ...................................................................................... 21 3 DEVOPS ................................................................................................... 23 3.1 PRINZIPIEN DES FLOW ..................................................................................................... 25 3.1.1 PRINZIP 1: ARBEIT SICHTBAR MACHEN .................................................................. 25 3.1.2 PRINZIP 2: WORK IN PROGRESS BESCHRAENKEN ....................................................... 26 3.1.3 PRINZIP 3: FLASCHENHAELSE MINIMIEREN ............................................................... 26 3.2 PRINZIPIEN DES FEEDBACKS ............................................................................................. 27 3.2.1 PRINZIP 4: PROBLEME FRUEH ERKENNEN ................................................................ 27 3.2.2 PRINZIP 5: PROBLEME SOFORT LOESEN ...................................................................... 28 3.2.3 PRINZIP 6: PROBLEME PROFESSIONELL VERANTWORTEN ............................................. 28 3.3 DEVOPS-GEEIGNETE ARCHITEKTUREN .................................................................................. 29 3.3.1 RANDBEDINGUNGEN FUER DIE ENTWICKLUNG ........................................................... 29 3.3.2 NUTZUNG VON ORCHESTRIERUNGSPLATTFORMEN ....................................................... 30 3.3.3 RANDBEDINGUNGEN IM BETRIEB ........................................................................... 30 4 CLOUD-NATIVE ............................................................................................ 33 4.1 DEFINITIONEN IN INDUSTRIE UND FORSCHUNG ..................................................................... 34 4.2 DIE CLOUD-NATIVE-DEFINITION DIESES BUCHS..................................................................... 35 4.3 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK AUF TEIL II UND TEIL III .............................................. 37 TEIL II: EVERYTHING AS CODE ................................................................ 39 5 EINLEITUNG ZU TEIL II .................................................................................. 41 6 DEPLOYMENT-PIPELINES ............................................................................ 43 6.1 DEPLOYMENT-PIPELINES AS CODE ...................................................................................... 44 6.1.1 PHASEN-PIPELINES ............................................................................................... 45 6.1.2 GERICHTETE PIPELINES ............. ............................................................................ 46 6.1.3 HIERARCHISCHE PIPELINES .................................................................................... 47 6.1.4 STEUERUNG VON PIPELINES .................................................................................. 48 6.2 DEVOPS-GEEIGNETE BRANCHING-STRATEGIEN ....................................................................... 50 6.2.1 GIT-FLOW............................................................................................................. 51 6.2.2 GITHUB-FLOW ..................................................................................................... 52 6.2.3 TRUNK-BASIERTE ENTWICKLUNG ............................................................................ 53 6.3 ZUSAMMENFASSUNG ....................................................................................................... 54 7 INFRASTRUCTURE AS CODE ............................................................................ 57 7.1 VIRTUALISIERUNG ............................................................................................................. 59 7.1.1 VIRTUALISIERUNG VON HARDWARE-INFRASTRUKTUR ................................................... 59 7.1.2 VIRTUALISIERUNG VON SOFTWARE-INFRASTRUKTUR ................................................... 60 7.2 PROVISIONIERUNG ............................................................................................................. 62 7.2.1 IMMUTABLE INFRASTRUCTURE ................................................................................ 62 7.2.2 LAC-ANSAETZE ....................................................................................................... 63 7.2.3 PROVISIONIERUNG VON LOKALEN UMGEBUNGEN ..................................................... 66 7.2.4 PROVISIONIERUNG VON MULTI-HOST-UMGEBUNGEN ............................................... 68 7.3 ZUSAMMENFASSUNG ....................................................................................................... 71 8 STANDARDISIERUNG VON DEPLOYMENT UNITS (CONTAINER) ........................ 73 8.1 HINTERGRUND (PAAS)....................................................................................................... 73 8.2 BETRIEBSSYSTEM-VIRTUALISIERUNG .................................................................................... 76 8.3 CONTAINER RUNTIME ENVIRONMENTS ................................................................................ 77 8.3.1 KERNEL-NAMESPACES .......................................................................................... 78 8.3.2 PROCESS CAPABILITIES .......................................................................................... 79 8.3.3 CONTROL GROUPS ................................................................................................. 80 8.3.4 UNION FILESYSTEM ............................................................................................. 80 8.3.5 HIGH-LEVEL UND LOW-LEVEL-CONTAINER-LAUFZEITUMGEBUNGEN .......................... 81 8.4 BAU UND BEREITSTELLUNG VON CONTAINER-IMAGES............................................................. 82 8.5 FAKTOREN GUT BETREIBBARER CONTAINER .......................................................................... 84 8.5.1 CODEBASE ........................................................................................................... 85 8.5.2 ABHAENGIGKEITEN UND KONFIGURATIONEN ............................................................. 85 8.5.3 UNTERSTUETZENDE SERVICES UND PORT BINDING ..................................................... 86 8.5.4 BUILD-, RELEASE UND RUN-PHASE ........................................................................ 87 8.5.5 HORIZONTALE SKALIERUNG UEBER PROZESSE ............................................................. 88 8.5.6 UMGEBUNGEN, LOGS UND BETRIEB ...................................................................... 89 8.6 ZUSAMMENFASSUNG ........................ 90 9 CONTAINER-PLATTFORMEN ............................................................................ 93 9.1 SCHEDULING .................................................................................................................... 94 9.1.1 HETEROGENITAET VON WORKLOADS .......................................................................... 95 9.1.2 SCHEDULING-ALGORITHMEN .................................................................................. 96 9.1.2.1 EINFACHE SCHEDULING-ALGORITHMEN..................................................... 96 9.1.2.2 MULTIDIMENSIONALE SCHEDULING-ALGORITHMEN .................................... 97 9.1.2.3 KAPAZITAETSBASIERTE SCHEDULING-ALGORITHMEN .................................... 97 9.1.3 SCHEDULING-ARCHITEKTUREN .......................................................................... 98 9.1.3.1 MONOLITHISCHER SCHEDULER ................................................................ 99 9.1.3.2 2-LEVEL-SCHEDULER ............................................................................. 99 9.1.3.3 SHARED-STATE SCHEDULER .................................................................... 100 9.2 ORCHESTRIERUNG ........................................................................................................... 101 9.2.1 DEFINITION VON BETRIEBSZUSTAENDEN .................................................................. 101 9.2.2 REGELKREIS: DESIRED VERSUS CURRENT STATE ..................................................... 102 9.3 INSIDE KUBERNETES ....................................................................................................... 103 9.3.1 KUBERNETES-ARCHITEKTUR .................................................................................. 104 9.3.2 VERWALTETE RESSOURCEN UND BASIS-BLUEPRINT ................................................. 106 9.3.3 SCHEDULBARE WORKLOADS .................................................................................. 108 9.3.3.1 DEPLOYMENTS ................................................................................... 108 9.3.3.2 (CRON-)JOBS ................................................................ 110 9.3.3.3 DAEMON-SETS ................................................................................... 111 9.3.3.4 STATEFUL-SETS ..................................................................................... 112 9.3.4 SCHEDULING CONSTRAINTS .................................................................................. 115 9.3.4.1 ANGABE DES RESSOURCENBEDARFS MITTELS REQUESTS UND LIMITS .... 115 9.3.4.2 KNOTEN-SELEKTOREN............................................................................ 116 9.3.4.3 KNOTENAFFINITAETEN ........................................................................... 117 9.3.4.4 POD-(ANTI-)AFFINITAETEN ...................................................................... 118 9.3.5 AUTOMATISCHE SKALIERUNG VON WORKLOADS ..................................................... 119 9.3.6 EXPONIEREN VON WORKLOADS ALS INTERNE UND EXTERNE SERVICES ....................... 120 9.3.7 HEALTH CHECKING ............................................................................................. 123 9.3.8 PERSISTENZ ....................................................................................................... 126 9.3.9 ISOLATION VON WORKLOADS.................................................................................. 127 9.3.9.1 NAMESPACES UND ROLE-BASED ACCESS MODEL (MULTI-TENANCY)........ 127 9.3.9.2 QUOTAS UND LIMIT RANGES ................................................................. 128 9.3.9.3 NETWORK POLICYS ................................................................................ 129 9.4 ZUSAMMENFASSUNG ..................................................................................................... 131 10 FUNCTION AS A SERVICE .......................................................................... 135 10.1 FAAS-PLATTFORMEN ......................................................................................................... 137 10.1.1 DAS FAAS-PROGRAMMIERMODELL ......................................................................... 139 10.1.2 ZU BERUECKSICHTIGENDE RANDBEDINGUNGEN ....................................................... 140 10.1.3 VERANSCHAULICHUNG DES FAAS-PROGRAMMIERMODELLS ...................................... 141 10.2 PLATTFORMAGNOSTISCHE FAAS-FRAMEWORKS..................................................................... 142 10.3 EREIGNISBASIERTE AUTOSKALIERUNG ................................................................................ 145 10.4 ZUSAMMENFASSUNG ...................................................................................................... 148 TEIL III: CLOUD-NATIVE ARCHITEKTUREN ............................................. 151 11 EINLEITUNG ZU TEIL III ............................................................................ 153 12 MICROSERVICE UND SERVERLESS-ARCHITEKTUREN ..................................... 155 12.1 EIGENSCHAFTEN VON MICROSERVICES .............................................................................. 156 12.2 INTEGRATIONSMUSTER FUER MICROSERVICES ....................................................................... 160 12.2.1 DATENBANKBASIERTE INTEGRATION ....................................................................... 161 12.2.2 (G)RPC-BASIERTE INTERPROZESSKOMMUNIKATION ................................................ 161 12.2.3 REPRESENTATIONAL STATE TRANSFER (REST) ......................................................... 164 12.2.4 EREIGNISBASIERTE INTEGRATION (ASYNCHRON) ...................................................... 167 12.2.5 API-VERSIONING ................................................................................................ 169 12.3 ARCHITEKTURELLE SICHERHEIT .......................................................................................... 172 12.3.1 CIRCUIT-BREAKER ................................................................................................ 172 12.3.2 BULKHEAD ......................................................................................................... 173 12.3.3 IDEMPOTENTE API-OPERATIONEN ......................................................................... 174 12.4 SKALIERUNG VON MICROSERVICES .................................................................................... 174 12.4.1 LOAD BALANCING ................................................................................................ 175 12.4.2 MESSAGING ....................................................................................................... 175 12.4.3 SKALIERUNG ZUSTANDSBEHAFTETER KOMPONENTEN ................................................ 177 12.4.3.1 SCALING FOR READS .............................................................................. 178 12.4.3.2 SCALING FOR WRITES (SHARDING) ......................................................... 178 12.4.3.3 COMMAND QUERY RESPONSIBILITY SEGREGATION (CORS) ..................... 179 12.4.4 CACHING ........................................................................................................... 180 12.5 PRINZIPIEN ZUR ENTWICKLUNG VON MICROSERVICES ......................................................... 181 12.5.1 PRINZIP 1: BILDE MODELLE UM GESCHAEFTSKONZEPTE ............................................ 181 12.5.2 PRINZIP 2: ERSCHAFFE EINE KULTUR DER AUTOMATISIERUNG .................................. 181 12.5.3 PRINZIP 3: BLENDE INTERNE IMPLEMENTIERUNGSDETAILS AUS .............................. 182 12.5.4 PRINZIP 4: DEZENTRALISIERE .............................................................................. 182 12.5.5 PRINZIP 5: DEFINIERE UNABHAENGIG AKTUALISIERBARE EINHEITEN ........................ 182 12.5.6 PRINZIP 6: ISOLIERE FEHLER ................................................................................ 183 12.5.7 PRINZIP 7: BAUE GUT BEOBACHTBARE SERVICES ...................... 183 12.6 SERVERLESS-ARCHITEKTUREN ........................................................................................... 184 12.6.1 ARCHITEKTURELLE KONSEQUENZEN VON SERVERLESS-LIMLTIERUNGEN ..................... 185 12.6.2 DAS API-GATEWAY-PATTERN ................................................................................ 187 12.6.3 ABGRENZUNG ZU MICROSERVICES ...................................................................... 189 12.7 ZUSAMMENFASSUNG ..................................................................................................... 190 13 BEOBACHTBARE ARCHITEKTUREN. ............................................................ 193 13.1 KONSOLIDIERUNG VON TELEMETRIEDATEN ........................................................................ 194 13.2 INSTRUMENTIERUNG VON SYSTEMEN ................................................................................ 196 13.2.1 LOGGING ........................................................................................................... 196 13.2.2 MONITORING ....................................................................................................... 198 13.2.2.1 METRIKARTEN ..................................................................................... 200 13.2.2.2 EMPFEHLUNGEN FUER DIE METRIKINSTRUMENTIERUNG ............................ 201 13.2.3 TRACING ............................................................................................................ 201 13.2.3.1 EMPFEHLUNGEN FUER DIE INSTRUMENTIERUNG .................................. 203 13.2.3.2 TRACING-INSTRUMENTIERUNG UND ERZEUGUNG VON SPANS .................. 206 13.2.3.3 SERVERSEITIGES TRACING UND EXTRAKTION VON SPAN-KONTEXTEN ........ 207 13.2.3.4 CLIENTSEITIGES TRACING UND WEITERREICHEN VON SPAN-KONTEXTEN. .. 208 13.3 AUTOMATISIERTE INSTRUMENTIERUNG ............................................................................. 209 13.3.1 EIGENSCHAFTEN VON SERVICE-MESHS .................................................................. 210 13.3.2 TRAFFIC-MANAGEMENT ....................................................................................... 212 13.3.3 RESILIENZ ........................................................................................................ 215 13.3.4 SICHERHEIT ...................................................................................................... 217 13.3.5 MANAGEMENT UND ANALYSE VON VERKEHRSTOPOLOGIEN ...................................... 220 13.4 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................................... 221 14 DOMAIN-DRIVEN DESIGN ..................................................... 223 14.1 FACHLICHKEIT ................................................................................................................ 224 14.2 STRATEGISCHES DESIGN .................................................................................................. 226 14.2.1 SUBDOMAENEN .................................................................................................. 227 14.2.1.1 KERNDOMAENE (CORE SUBDOMAIN) ..................................................... 227 14.2.1.2 UNTERSTUETZENDE SUBDOMAENE (SUPPORTING SUBDOMAIN) ................... 228 14.2.1.3 GENERISCHE SUBDOMAENEN (GENERIC SUBDOMAIN) ............................ 228 14.2.1.4 ANMERKUNGEN AM BEISPIEL EINER FALLSTUDIE .................................... 228 14.2.2 UBIQUITOUS LANGUAGE ..................................................................................... 230 14.2.2.1 EINE GEMEINSAME SPRACHE ALS SCHLUESSEL ZU EINEM GEMEINSAMEN VERSTAENDNIS ..................................................................................... 231 14.2.2.2 MEHRDEUTIGE UND SYNONYME BEGRIFFE ............................................. 232 14.2.3 BOUNDED CONTEXTS ........................................................................................... 233 14.2.4 CONTEXT MAPPING ........................................................................................... 235 14.2.4.1 PARTNERSCHAFTLICHE KOOPERATIONSMUSTER (PARTNERS UND SHARED-KERNEL) ......................................................... 235 14.2.4.2 CUSTOMER-SUPPLIER-KOOPERATION ....................................................... 237 14.2.4.3 SEPARATE WAYS .................................................................................. 238 14.2.4.4 CONTEXT MAPS ALS LANDKARTE VON MACHTVERHAELTNISSEN ................... 239 14.3 TAKTISCHES DESIGN ....................................................................................................... 240 14.3.1 OFT GENUTZTE PATTERN FUER GESCHAEFTSLOGIK ......................................................... 240 14.3.1.1 DAS ETL-PATTERN (PRIMAER SUPPORTING SUBDOMAINS) ........................ 240 14.3.1.2 DAS ACTIVE RECORD-PATTERN (PRIMAER SUPPORTING SUBDOMAINS) .... 241 14.3.1.3 DAS DOMAIN MODEL-PATTERN (PRIMAER CORE SUBDOMAINS) ................. 242 14.3.1.4 DAS EVENT-SOURCING-PATTERN (PRIMAER CORE SUBDOMAINS) ................. 244 14.3.2 OFT GENUTZTE PATTERN FUER DIE ARCHITEKTUR ....................................................... 245 14.3.2.1 DIE EBENEN-ARCHITEKTUR ................................................................... 246 14.3.2.2 DAS PORTS & ADAPTER-PATTERN ........................................................... 247 14.3.2.3 DAS CQRS-PATTERN ............................................................................ 247 14.4 ZUSAMMENFASSUNG ..................................................................................................... 250 15 SCHLUSSBEMERKUNGEN.. ..................................................................... 253 LITERATURVERZEICHNIS...................................................................................... 261 STICHWORTVERZEICHNIS .................................................................................... 265
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Signatur:	0001 2022 A 1734 Lageplan
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