Verfügbarkeit: Cloud-native Computing | Technische Universität München

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

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Beteilige Person:	Kratzke, Nane 1976- (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	Deutsch
Veröffentlicht:	München Hanser [2024]
Ausgabe:	2., überarbeitete Auflage
Schlagwörter:	Cloud Computing Software Engineering Softwareentwicklung Anwendungssoftware Automatisierung CI/CD Container Deployment-Modelle DevOps Docker Kubernetes Microservices Private Cloud Serverless Sicherheit Softwarearchitektur FBITARCH: Softwarearchitektur FBITITMG: IT-Management INF2023
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Beschreibung:	Auf dem Cover: "E-Book inklusive"
Umfang:	XI, 375 Seiten Illustrationen, Diagramme 25 cm Enthält: Online-Ressource
ISBN:	9783446479142 3446479147

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adam_text	INHALT VORWORT ........................................................................................................... XIII 1 EINLEITUNG ................................................................................................... 1 1.1 AN WEN SICH DIESES BUCH RICHTET .................................................................................... 2 1.2 WAS DIESES BUCH BEHANDELT ............................................................................................ 3 1.3 SPRACHLICHE KONVENTIONEN .............................................................................................. 5 1.4 NOTATIONSKONVENTIONEN .................................................................................................... 6 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 ............................................................................................................ 19 2.2.1 EIGNUNG VON UNTERSCHIEDLICHEN ARTEN VON WORKLOADS ................................... 19 2.2.2 EFFEKT VON ZUTEILUNGSDAUER UND RESSOURCENGROESSE ........................................ 22 2.3 ENTWICKLUNG DER LETZTEN JAHRE ...................................................................................... 24 3 DEVOPS .................................................................................................... 27 3.1 PRINZIPIEN DES FLOW ...................................................................................................... 29 3.1.1 PRINZIP 1: ARBEIT SICHTBAR MACHEN ................................................................. 29 3.1.2 PRINZIP 2: WORK IN PROGRESS BESCHRAENKEN ...................................................... 30 3.1.3 PRINZIP 3: FLASCHENHAELSE MINIMIEREN ............................................................. 31 3.2 PRINZIPIEN DES FEEDBACKS .............................................................................................. 32 3.2.1 PRINZIP 4: PROBLEME FRUEH ERKENNEN ............................................................... 32 3.2.2 PRINZIP 5: PROBLEME SOFORT LOESEN ..................................................................... 32 3.2.3 PRINZIP 6: PROBLEME PROFESSIONELL VERANTWORTEN ............................................ 33 3.3 DEVOPS-GEEIGNETE ARCHITEKTUREN .................................................................................. 33 3.3.1 RANDBEDINGUNGEN FUER DIE ENTWICKLUNG ......................................................... 34 3.3.2 NUTZUNG VON ORCHESTRIERUNGSPLATTFORMEN ....................................................... 34 3.3.3 RANDBEDINGUNGEN IM BETRIEB ........................................................................... 35 4 CLOUD-NATIVE .............................................................................................. 37 4.1 DEFINITIONEN IN INDUSTRIE UND FORSCHUNG ...................................................................... 39 4.2 DIE CLOUD-NATIVE-DEFINITION DIESES BUCHS ....................................... 40 4.3 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK AUF TEIL II BIS IV ....................................................... 41 TEIL II: EVERYTHING AS CODE .................................................................. 45 5 EINLEITUNG ZU TEIL II .................................................................................... 47 6 DEPLOYMENT-PIPELINES .............................................................................. 49 6.1 DEPLOYMENT-PIPELINES AS CODE ........................................................................................ 50 6.1.1 PHASEN-PIPELINES ................................................................................................ 51 6.1.2 GERICHTETE PIPELINES .......................................................................................... 52 6.1.3 HIERARCHISCHE PIPELINES .................................................................................... 53 6.1.4 STEUERUNG VON PIPELINES .................................................................................. 54 6.2 DEVOPS-GEEIGNETE BRANCHING-STRATEGIEN ........................................................................ 56 6.2.1 GIT-FLOW ............................................................. 57 6.2.2 GITHUB-FLOW ......................................................... 58 6.2.3 TRUNK-BASIERTE ENTWICKLUNG ............................................................................ 59 6.3 ZUSAMMENFASSUNG ......................................................................................................... 60 7 INFRASTRUCTURE AS CODE..............................................................................63 7.1 VIRTUALISIERUNG .............................................................. 65 7.1.1 VIRTUALISIERUNG VON HARDWARE-INFRASTRUKTUR ................................................... 65 7.1.2 VIRTUALISIERUNG VON SOFTWARE-INFRASTRUKTUR ..................................................... 66 7.2 PROVISIONIERUNG ............................................................................................................... 68 7.2.1 IMMUTABLE INFRASTRUCTURE ................................................................................ 68 7.2.2 LAC-ANSAETZE ........................................................................................................ 69 7.2.3 PROVISIONIERUNG VON LOKALEN UMGEBUNGEN ..................................................... 72 7.2.4 PROVISIONIERUNG VON MULTI-HOST-UMGEBUNGEN ............................................... 74 7.3 ZUSAMMENFASSUNG ......................................................................................................... 77 8 STANDARDISIERUNG VON DEPLOYMENT UNITS (CONTAINER) .........................79 8.1 HINTERGRUND (PAAS) ......................................................................................................... 79 8.2 BETRIEBSSYSTEM-VIRTUALISIERUNG ................................................ 82 8.3 CONTAINER RUNTIME ENVIRONMENTS .................................................................................. 83 8.3.1 KERNEL-NAMESPACES .......................................................................................... 84 8.3.2 PROCESS CAPABILITIES .......................................................................................... 85 8.3.3 CONTROL GROUPS .................................................................................................. 86 8.3.4 UNION FILESYSTEM .............................................................................................. 86 8.3.5 HIGH-LEVEL UND LOW-LEVEL-CONTAINER-LAUFZEITUMGEBUNGEN .......................... 87 8.4 BAU UND BEREITSTELLUNG VON CONTAINER-IMAGES .............................................................. 88 8.5 FAKTOREN GUT BETREIBBARER CONTAINER ............................................................................ 90 8.5.1 CODEBASE ........................................................................................................... 91 8.5.2 ABHAENGIGKEITEN UND KONFIGURATIONEN ............................................................ 91 8.5.3 UNTERSTUETZENDE SERVICES UND PORT BINDING ..................................................... 92 8.5.4 BUILD-, RELEASE-UND RUN-PHASE ........................................................................ 93 8.5.5 HORIZONTALE SKALIERUNG UEBER PROZESSE ............................................................ 94 8.5.6 UMGEBUNGEN, LOGS UND BETRIEB ...................................................................... 95 8.6 ZUSAMMENFASSUNG ......................................................................................................... 96 9 CONTAINER-PLATTFORMEN ............................................................................. 99 9.1 SCHEDULING ..................................................................................................................... 100 9.1.1 HETEROGENITAET VON WORKLOADS ........................................................................ 101 9.1.2 SCHEDULING-ALGORITHMEN ................................................................................ 102 9.1.2.1 EINFACHE SCHEDULING-ALGORITHMEN .................................................. 102 9.1.2.2 MULTIDIMENSIONALE SCHEDULING-ALGORITHMEN ................................ 103 9.1.2.3 KAPAZITAETSBASIERTE SCHEDULING-ALGORITHMEN ................................ 103 9.1.3 SCHEDULING-ARCHITEKTUREN .............................................................................. 104 9.1.3.1 MONOLITHISCHER SCHEDULER ............................................................. 105 9.1.3.2 2-LEVEL-SCHEDULER ........................................................................... 105 9.1.3.3 SHARED-STATE SCHEDULER ................................................................... 106 9.2 ORCHESTRIERUNG ............................................................................................................ 107 9.2.1 DEFINITION VON BETRIEBSZUSTAENDEN .................................................................. 107 9.2.2 REGELKREIS: DESIRED VERSUS CURRENT STATE ...................................................... 108 9.3 INSIDE KUBERNETES ........................................................................................................ 109 9.3.1 KUBERNETES-ARCHITEKTUR .................................................................................. 110 9.3.2 VERWALTETE RESSOURCEN UND BASIS-BLUEPRINT ................................................. 112 9.3.3 SCHEDULBARE WORKLOADS .................................................................................. 114 9.3.3.1 DEPLOYMENTS .................................................................................. 114 9.3.3.2 (CRON-)JOBS...................................................................................... 116 9.3.3.3 DAEMON-SETS .................................................................................. 117 9.3.3.4 STATEFUL-SETS .................................................................................... 118 9.3.4 SCHEDULING CONSTRAINTS .................................................................................. 121 9.3.4.1 ANGABE DES RESSOURCENBEDARFS MITTELS REQUESTS UND LIMITS ... 121 9.3.4.2 KNOTEN-SELEKTOREN .......................................................................... 122 9.3.4.3 KNOTENAFFINITAETEN .......................................................................... 123 9.3.4.4 POD-(ANTI-)AFFINITAETEN ..................................................................... 124 9.3.5 AUTOMATISCHE SKALIERUNG VON WORKLOADS .................................................... 125 9.3.6 EXPONIEREN VON WORKLOADS ALS INTERNE UND EXTERNE SERVICES ...................... 126 9.3.7 HEALTH CHECKING ............................................................................................. 129 9.3.8 PERSISTENZ ....................................................................................................... 132 9.3.9 ISOLATION VON WORKLOADS ................................................................................. 133 9.3.9.1 NAMESPACES UND ROLE-BASED ACCESS MODEL (MULTI-TENANCY) .... 133 9.3.9.2 QUOTAS UND LIMIT RANGES ................................................................ 134 9.3.9.3 NETWORK POLICYS ............................................................................... 135 9.4 ZUSAMMENFASSUNG ..................................................................................................... 137 10 FUNCTION AS A SERVICE ....................... 141 10.1 FAAS-PLATTFORMEN ......................................................................................................... 143 10.1.1 DAS FAAS-PROGRAMMIERMODELL ....................................................................... 145 10.1.2 ZU BERUECKSICHTIGENDE RANDBEDINGUNGEN ..................................................... 146 10.1.3 VERANSCHAULICHUNG DES FAAS-PROGRAMMIERMODELLS .................................... 147 10.2 PLATTFORMAGNOSTISCHE FAAS-FRAMEWORKS.................................................................... 149 10.3 EREIGNISBASIERTE AUTOSKALIERUNG ................................................................................ 152 10.4 ZUSAMMENFASSUNG ..................................................................................................... 155 TEIL III: CLOUD-NATIVE ARCHITEKTUREN .............................................. 157 11 EINLEITUNG ZU TEIL III .............................................................................. 159 12 MICROSERVICE UND SERVERLESS-ARCHITEKTUREN ...................................... 161 12.1 EIGENSCHAFTEN VON MICROSERVICES .............................................................................. 162 12.2 INTEGRATIONSMUSTER FUER MICROSERVICES ...................................................................... 166 12.2.1 DATENBANKBASIERTE INTEGRATION ..................................................................... 167 12.2.2 (G)RPC-BASIERTE INTERPROZESSKOMMUNIKATION .............................................. 167 12.2.3 REPRESENTATIONAL STATE TRANSFER (REST) ....................................................... 170 12.2.4 EREIGNISBASIERTE INTEGRATION (ASYNCHRON) ................................................... 173 12.2.5 API-VERSIONING .............................................................................................. 175 12.3 ARCHITEKTURELLE SICHERHEIT .......................................................................................... 178 12.3.1 CIRCUIT-BREAKER .............................................................................................. 178 12.3.2 BULKHEAD ........................................................................................................ 179 12.3.3 IDEMPOTENTE API-OPERATIONEN ....................................................................... 180 12.4 SKALIERUNG VON MICROSERVICES .................................................................................... 180 12.4.1 LOAD BALANCING .............................................................................................. 181 12.4.2 MESSAGING ...................................................................................................... 181 12.4.3 SKALIERUNG ZUSTANDSBEHAFTETER KOMPONENTEN .............................................. 183 12.4.3.1 SCALING FOR READS ............................................................................. 184 12.4.3.2 SCALING FOR WRITES (SHARDING) .......................................................... 184 12.4.3.3 COMMAND QUERY RESPONSIBILITY SEGREGATION (CORS) ................... 185 12.4.4 CACHING .......................................................................................................... 186 12.5 PRINZIPIEN ZUR ENTWICKLUNG VON MICROSERVICES ......................................................... 187 12.5.1 PRINZIP 1: BILDE MODELLE UM GESCHAEFTSKONZEPTE .......................................... 187 12.5.2 PRINZIP 2: ERSCHAFFE EINE KULTUR DER AUTOMATISIERUNG ................................ 187 12.5.3 PRINZIP 3: BLENDE INTERNE IMPLEMENTIERUNGSDETAILS AUS ............................. 188 12.5.4 PRINZIP 4: DEZENTRALISIERE .............................................................................. 188 12.5.5 PRINZIP 5: DEFINIERE UNABHAENGIG AKTUALISIERBARE EINHEITEN ........................ 188 12.5.6 PRINZIP 6: ISOLIERE FEHLER ................................................................................ 189 12.5.7 PRINZIP 7: BAUE GUT BEOBACHTBARE SERVICES ................................................... 189 12.6 SERVERLESS-ARCHITEKTUREN ............................................................................................. 190 12.6.1 ARCHITEKTURELLE KONSEQUENZEN VON SERVERLESS-LIMITIERUNGEN .................... 191 12.6.2 DAS API-GATEWAY-PATTERN ................................................................................ 193 12.6.3 ABGRENZUNG ZU MICROSERVICES ........................................................................ 195 12.7 ZUSAMMENFASSUNG ...................................................................................................... 196 13 BEOBACHTBARE ARCHITEKTUREN ................................................................. 199 13.1 KONSOLIDIERUNG VON TELEMETRIEDATEN ......................................................................... 200 13.2 INSTRUMENTIERUNG VON SYSTEMEN ................................................................................. 202 13.2.1 LOGGING .......................................................................................................... 202 13.2.2 MONITORING ......................................................................................................204 13.2.2.1 METRIKARTEN ..................................................................................... 206 13.2.2.2 EMPFEHLUNGEN FUER DIE METRIKINSTRUMENTIERUNG ............................ 207 13.2.3 TRACING ............................................................................................................ 207 13.2.3.1 EMPFEHLUNGEN FUER DIE INSTRUMENTIERUNG ..................................... 209 13.2.3.2 TRACING-INSTRUMENTIERUNG UND ERZEUGUNG VON SPANS ................. 212 13.2.3.3 SERVERSEITIGES TRACING UND EXTRAKTION VON SPAN-KONTEXTEN .... 213 13.2.3.4 CLIENTSEITIGES TRACING UND WEITERREICHEN VON SPAN-KONTEXTEN. . 214 13.3 AUTOMATISIERTE INSTRUMENTIERUNG ............................................................................... 215 13.3.1 EIGENSCHAFTEN VON SERVICE-MESHS .................................................................. 216 13.3.2 TRAFFIC-MANAGEMENT ....................................................................................... 218 13.3.3 RESILIENZ ........................................................................................................ 221 13.3.4 SICHERHEIT ......................................................................................................... 223 13.3.5 MANAGEMENT UND ANALYSE VON VERKEHRSTOPOLOGIEN ..................................... 226 13.4 ZUSAMMENFASSUNG ...................................................................................................... 227 14 DOMAIN-DRIVEN DESIGN .......................................................................... 229 14.1 FACHLICHKEIT ................................................................................................................. 230 14.2 STRATEGISCHES DESIGN .................................................................................................... 232 14.2.1 SUBDOMAENEN ................................................................................................... 233 14.2.1.1 KERNDOMAENE (CORE SUBDOMAIN) ...................................................... 233 14.2.1.2 UNTERSTUETZENDE SUBDOMAENE (SUPPORTING SUBDOMAIN) ................234 14.2.1.3 GENERISCHE SUBDOMAENEN (GENERIC SUBDOMAIN) ...........................234 14.2.1.4 ANMERKUNGEN AM BEISPIEL EINER FALLSTUDIE ..................................234 14.2.2 UBIQUITOUS LANGUAGE .....................................................................................236 14.2.2.1 EINE GEMEINSAME SPRACHE ALS SCHLUESSEL ZU EINEM GEMEINSAMEN VERSTAENDNIS .................................................................................... 237 14.2.2.2 MEHRDEUTIGE UND SYNONYME BEGRIFFE ............................................ 238 14.2.3 BOUNDED CONTEXTS ........................................................................................... 239 14.2.4 CONTEXT MAPPING ............................................................................................. 241 14.2.4.1 PARTNERSCHAFTLICHE KOOPERATIONSMUSTER (PARTNERS UND SHARED-KERNEL) ........................................................ 241 14.2.4.2 CUSTOMER-SUPPLIER-KOOPERATION ...................................................... 243 14.2.4.3 SEPARATE WAYS ................................................................................. 244 14.2.4.4 CONTEXT MAPS ALS LANDKARTE VON MACHTVERHAELTNISSEN .................. 245 14.3 TAKTISCHES DESIGN ......................................................................................................... 246 14.3.1 OFT GENUTZTE PATTERN FUER GESCHAEFTSLOGIK ........................................................ 246 14.3.1.1 DAS ETL-PATTERN (PRIMAER SUPPORTING SUBDOMAINS) ....................... 246 14.3.1.2 DAS ACTIVE RECORD-PATTERN (PRIMAER SUPPORTING SUBDOMAINS) ... 247 14.3.1.3 DAS DOMAIN MODEL-PATTERN (PRIMAER CORE SUBDOMAINS) ............... 248 14.3.1.4 DAS EVENT-SOURCING-PATTERN (PRIMAER CORE SUBDOMAINS) ...............250 14.3.2 OFT GENUTZTE PATTERN FUER DIE ARCHITEKTUR ...................................................... 251 14.3.2.1 DIE EBENEN-ARCHITEKTUR .................................................................. 252 14.3.2.2 DAS PORTS & ADAPTER-PATTERN ............................................................ 253 14.3.2.3 DAS CORS-PATTERN ........................................................................... 253 14.4 ZUSAMMENFASSUNG ....................................................................................................... 256 TEIL IV: SICHERE CLOUD-NATIVE ANWENDUNGEN ................................ 259 15 EINLEITUNG ZU TEIL IV ............................................................................... 261 16 HAERTUNG DOUD-NATIVER ANWENDUNGEN ................................................. 263 16.1 HAERTUNG (VIRTUELLER) INFRASTRUKTUREN ......................................................................... 267 16.1.1 TOOL-GESTUETZTES SYSTEM HARDENING ................................................................ 268 16.1.2 KONTINUIERLICHE AKTUALISIERUNG VON VIRTUELLEN MASCHINEN ......................... 270 16.1.3 SICHERE AUTHENTIFIZIERUNG MITTELS SSH ....................................................... 271 16.1.4 KONTINUIERLICHE UEBERWACHUNG VIRTUELLER MASCHINEN .................................. 273 16.1.4.1 VERHALTENSBASIERTE INTRUSION DETECTION MITTELS AUDITING ............. 273 16.1.4.2 SIGNATURBASIERTE INTRUSION DETECTION ............................................ 274 16.1.4.3 LOG FORWARDING ...............................................................................276 16.1.5 EINSATZ VON SICHERHEITSGRUPPEN UND FIREWALLS ........................................... 277 16.2 HAERTUNG CONTAINERISIERTER WORKLOADS ......................................................................... 279 16.2.1 ABSICHERUNG VON PUBLIC ENDPOINTS MITTELS INGRESSES ................................ 280 16.2.2 NAMESPACE-BASIERTE NETZWERKISOLATION ....................................................... 286 16.2.3 POD HARDENING .............................................................................................. 289 16.2.4 ERHOEHUNG DER CONTAINER RUNTIME ISOLATION ................................................. 299 16.2.5 VOLUME HARDENING ........................................................................................ 300 16.2.6 WORKLOAD POLICING .......................................................................................... 303 16.2.7 INTRUSION DETECTION ........................................................................................ 307 16.2.8 SICHERUNG DER SUPPLY CHAIN ........................................................................ 310 16.2.8.1 STATISCHE SOFTWARE COMPOSITION ANALYSIS (SCA) ........................... 311 16.2.8.2 STATIC APPLICATION SECURITY TESTING (SAST) ..................................314 16.2.8.3 KONTINUIERLICHES SCHWACHSTELLEN-SCANNING VON CONTAINER PLATTFORMEN ..................................................................................... 316 16.3 ZUSAMMENFASSUNG ...................................................................................................... 319 17 REGULATORISCHE ANFORDERUNGEN............................................................ 321 17.1 CLOUD COMPLIANCE UND ZERTIFIZIERUNGEN ................................................................... 322 17.1.1 ISO 9001 .......................................................................................................324 17.1.2 BSI-IT-GRUNDSCHUTZ UND BSI-STANDARDS ...................................................... 325 17.1.3 BSI-C5-ZERTIFIZIERUNG ................................................................................... 325 17.1.4 ISO/IEC 27001 UND 27017/27018 .............................................................. 326 17.1.5 CSASTAR ..................................................................................................... 327 17.1.6 CISPE CODE OF CONDUCT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 17.1.7 EU CLOUD CODE OF CONDUCT ........................................................................... 329 17.1.8 SOC 1-3 (SERVICE ORGANIZATION CONTROL) ...................................................... 330 17.1.9 FEDRAMP ....................................................................................................... 331 17.1.10 HIPAA ............................................................................................................ 331 17.1.11 PCI DSS 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BEISPIEL DES CLOUD ACT ........................................................ 344 17.3.2 LOESUNGEN TROTZ SCHREMS I + II .................................................................. 345 17.4 ZUSAMMENFASSUNG ...................................................................................................... 346 18 SCHLUSSBEMERKUNGEN .......................................................................... 349 LITERATURVERZEICHNIS ...................................................................................... 359 STICHWORTVERZEICHNIS .................................................................................... 365
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Exemplar 1	Ausleihbar Am Standort