Difficulties and Breakthroughs of Serverless Landing

サーバーレスが提唱された 2012 年から今年 2022 年で、ちょうど 10 年が経過しました。

過去 10 年間、クラウドの普及は確実な趨勢でした。現段階では、企業はいかにしてスムーズなクラウド移行を実現するかに焦点を当てています。ますます多くの企業がクラウドに移行し、さらには初日からクラウド上でシステムを構築する企業も増える中、企業の中心的な関心事はクラウド機能をより効果的に活用することに移っています。

新たなフェーズにおいて、クラウドサービスの役割も単なるリソース提供から、企業がアプリケーションを構築するための新たなプラットフォームへと変貌し、インフラ運用のような低付加価値の反復作業を最小限に抑え、ビジネス革新に集中できるよう支援しています。クラウドベンダーの中核的な能力は、企業にサーバーレスクラウドサービスを提供し、クラウド利用の複雑さを解消して、よりシンプルな方法でリソース使用率を向上させ、企業のコスト削減を支援することにあります。

近年では、クラウドベンダーだけでなく、Confluent Cloud、MongoDB Atlas、Snowflake、Databricks など、多くのオープンソース商用製品もサーバーレスモデルを採用しています。

ストレージ、コンピューティング、ミドルウェア、ビッグデータなどの分野でクラウドベンダーがサーバーレスサービスを次々と展開する中、クラウド製品体系は徐々にサーバーレス化しつつあり、これによりサーバーレスアーキテクチャは概念段階から大規模な本番運用段階へと進化しています。2021 年に DataDog が発表したサーバーレス調査レポートによると、クラウドベースのスタートアップから大企業までがサーバーレスに注目しており、サーバーレスエコシステムは FaaS の枠を超え、数十種類のサービスを含み、開発者がより迅速で動的なアプリケーションを構築するのを支援しています。

サーバーレスのシンギュラリティが到来しました。ここでいうシンギュラリティとは、安定的な発展から高速な発展への転換点であり、全産業におけるサーバーレスの本格導入が全面的に加速することを意味します。

しかし同時に、一方で企業の注目が高まり業界での実装が始まっている一方、企業や開発者はサーバーレスについてある種の混乱や懸念も抱いていることが分かります。

Alibaba Cloud は InfoQ と共同で、企業や開発者から現段階のサーバーレスに関するフィードバックを収集し、12 月 16 日にクラウドネイティブサーバーレス開発者サロンのオフラインイベントを開催しました。Alibaba の研究員で Alibaba Cloud インテリジェントクラウドネイティブアプリケーションプラットフォームの責任者である Ding Yu 氏をはじめ、Alibaba Cloud サーバーレス開発チーム、Shanghai Huiyou Culture、Deji Network Technology、Pumpkin Film、BMW などの企業の技術リーダーが参加し、All on Serverless のプロセスにおける課題と実践経験を議論しました。サーバーレスを実装するより多くの企業に参考となる情報を提供することを目的としています。本記事では、同サロンでの講演のエッセンスをご紹介します。

完全版の動画は Alibaba Cloud ネイティブのビデオチャンネルをご覧ください↓

サーバーレスとは何か？

サーバーレスについて語る前に、まずはサーバーレスとは何かを理解しましょう。クラウドとクラウドオリジン

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2012 年、サーバーレスの概念が公式に登場しました。2016 年の第 1 回 Serverless Conf により、この技術に関する議論はピークに達しました。2017 年、Alibaba Cloud は中国初の主要サーバーレス製品である Function Compute（FC）をリリースしました。これにより、開発者はインフラ管理に多くの時間を費やすことなく、ビジネスロジックの開発に集中でき、ビジネス価値を迅速に実現できます。

2018 年から 2019 年にかけて、Berkeley は 2 本の論文を立て続けに発表し、サーバーレスを定義するとともに、サーバーレスがクラウド時代の最も重要なコンピューティングパラダイムになると予測しました。これにより、サーバーレスはさらに注目を集めるようになりました。

サーバーレスは非常に広範な概念であり、コンピューティングに限定されません。一般的には、以下の条件を同時に満たす場合、そのサービスをサーバーレスと呼ぶことができます。

第一に、フルマネージドサービスであること。これは、企業が基盤リソースを直接扱うのではなく、抽象化されたサービスインターフェースを利用するため、ソフトウェアやハードウェアのインストール、設定、保守、更新の負担がなくなることを意味します。フルマネージドサービスには通常、フォールトトレラント機能、セキュリティ機能、オブザーバビリティ機能も組み込まれており、ユーザーがこれらの機能を独自に構築する必要はありません。

第二に、適応弾性であること。これは、サービスが負荷の大きさに応じて柔軟に自動スケーリングできることを意味し、システムの急速なビジネス成長への対応を可能にすると同時に、リソース使用効率を大幅に向上させます。

第三に、従量課金であること。これは、実際の実行時間、トラフィック、または API 呼び出し回数に基づいてのみ料金を支払うことを意味し、コストを削減できます。

したがって、サーバーレスサービスの中核的価値は、顧客の非機能部分のコード開発を可能な限り排除し、アプリケーションインフラ管理の作業を簡素化することで、開発効率の飛躍的な向上を実現することにあります。

Shanghai Huiyou Culture の CEO である Song Jie 氏は、第 1 回 Serverless Conf に参加した経験を持ちます。同氏の考えでは、サーバーレスは非常に革新的な技術とソリューションであり、従来のすべての技術革新とは根本的に異なります。その理由は、その中核に関わる問題がビジネスモデルの変革だからです。「機械語から高水準言語への移行に似ており、プログラマーが企業向けアプリケーション開発時に注意すべき問題を簡素化し、複雑さを大幅に削減するものです。」

サーバーレスが次世代のアプリケーションアーキテクチャを牽引する

サーバーレスサービスは、開発モデルの進化の趨勢に沿っています。過去 10 年間、主要なクラウドベンダーは継続的に製品体系のサーバーレス化を進めてきました。

中国でいち早くサーバーレスの実装を推進した Alibaba Cloud にとって、サーバーレスの進化プロセスはクラウドコンピューティングの発展プロセスそのものです。Alibaba の研究員で Alibaba Cloud インテリジェントクラウドネイティブアプリケーションプラットフォームの責任者である Ding Yu 氏は、共有の中で次のように述べています。Alibaba Cloud は中国で初めてクラウドコンピューティングに取り組んだ企業であり、2009 年の設立以降、リソースと IaaS を出発点とする第一段階を開始しました。この段階では、ビッグデータ、AI、ミドルウェア、マイクロサービス、アプリケーション層の技術など、多くの技術がオープンソース化され、大規模に普及しました。

クラウドの視点から見ると、この時期はクラウドベンダーとオープンソースが非常に良い相乗効果を持ち、クラウド上には多くのフルマネージド製品が登場しました。しかし企業顧客の視点から見ると、クラウド上でのアプリケーションの確実かつ効率的な運用を確保するためには、クラウドの複雑さが依然として高い状態でした。この時期、企業はクラウドをより良く活用したいという段階に入ります。クラウドの進化においても、サービス指向の方式へと進化を始めます。つまり、クラウドはリソース提供からサービス提供へと徐々に変化していくのです。

こうした背景の下、Alibaba Cloud は徐々にサーバーレスサービスの形態へと移行し、コンピューティング、ストレージ、データ、データベース、ビッグデータ、さらには音声・動画に至るまで、サーバーレス製品が次々と誕生しました。

Alibaba Cloud サーバーレスの進化と実践

2017 年、Alibaba Cloud は FaaS 製品である Function Compute（FC）をリリースしました。これはイベント駆動を中核とするフルマネージドコンピューティングサービスです。ユーザーはコードを記述してアップロードするだけで、FC が自動的にコンピューティングリソースを準備し、柔軟かつ信頼性の高い方法でコードを実行し、完全なオブザーバビリティ機能を提供するため、開発・運用プロセスを大幅に簡素化できます。翌年、Alibaba Cloud はサーバーレスアプリケーションエンジン SAE をリリースしました。これは業界初のアプリケーション指向サーバーレス PaaS プラットフォームであり、基盤となる IaaS や Kubernetes の複雑さを隠蔽し、コード変換不要で、より優れたコスト効率と高い生産性を持つアプリケーションホスティングソリューションを提供し、個々の Web アプリケーション、マイクロサービスアプリケーション、定期タスクのサーバーレス化を実現します。

同年、業界をリードしてサーバーレスコンテナサービス ASK をリリースしました。これは Elastic Container Instance（ECI）をベースにしており、1 分間で 2,000 Pod のスケーリングを実現し、Kubernetes の使用ハードルを下げ、ユーザーが基盤インフラの管理ではなくアプリケーションにより集中できるようにします。

2020 年、Alibaba Cloud は Serverless Devs をオープンソース化し、業界初の主流サーバーレスサービス/フレームワークに対応するクラウドネイティブライフサイクル管理プラットフォームとなりました。2022 年 9 月、同プロジェクトは正式に CNCF Sandbox に採用され、業界で初めて Sandbox に選ばれたサーバーレスツールプロジェクトとなりました。

サーバーレスはクラウドコンピューティングの粒度を非常に細かくします。企業がサーバーレス製品の採用可否を選択することは、単純なソフトウェアの問題ではありません。サーバーレスには、企業の複雑なビジネスニーズに対応するための十分な規模のコンピュートクラスタと製品エコシステム能力が必要です。Alibaba Cloud はコンテナからアプリケーションまで、あらゆるレベルのサーバーレス製品ポートフォリオを提供し、包括的なサーバーレス製品体系を堅実に推進しています。

現在、Alibaba Cloud の 20 以上のコア製品がサーバーレス化されています。Function Compute の FC 呼び出し回数は 1 日あたり 200 億回を超え、これまで独身の日のピーク時の 1,000 万 QPS 超えを有効に支え、ビジネス成長率は 300% 以上、全体的な規模は国内第 1 位です。超複雑なシナリオでの実践を経ており、サーバーレスコンピューティング製品は Alibaba Cloud のクラウドネイティブ分野における技術蓄積とベストプラクティスを体現しています。

製品形態の変化に加え、サーバーレスはソフトウェア開発パラダイムの変革ももたらします。サーバーレスクラウド製品はモジュール性、構成可能性、高可用性を備え、アプリケーション構築の要素となります。サーバーレスコンピューティングを通じて複数のクラウド製品を組み合わせることで、迅速にアプリケーションを構築できます。

サーバーレスに基づく組立式開発により、開発方式がアップグレードされます。組立式開発は従来のソフトウェア開発方式を根本から覆し、開発効率を大幅に向上させ、ビジネス課題に柔軟に対応します。権威ある機関の調査統計によると、組立式開発は従来モデルと比較して開発効率を 50% 以上向上させることができます。

Deji Network Technology の大規模フロントエンド技術責任者である Liu Xiaowei 氏は、サーバーレスによるコスト削減と効率向上の効果を肯定しています。同氏は次のように述べています。「過去 1 年間、フロントエンドのサーバーレス化を進めてきました。支出コストの観点からは、大幅に削減できました。サービスの観点からは、いくつかの側面に分ける必要があります。単一アプリケーションをサーバーレスに変換するコストは適切に増加しましたが、変換が完了すれば、その後の開発効率は大幅に向上します。」

これがサーバーレスのもたらす価値です。開発者が真にビジネスそのものに集中できるようになり、企業はより少ない作業でより多くの成果を得られます。

サーバーレスのプロセスにおけるジレンマと突破

現在のサーバーレスにとって、その価値は言うまでもありません。もちろん、サーバーレスも大規模実装への道のりでいくつかの抵抗に直面します。企業開発者はこの技術の採用についてためらいや懸念を抱いており、技術トレンドと実際の実装の間に見えないギャップがあることに同意しています。

Ding Yu 氏は、これは技術開発の過程における一般的な現象であり、技術発展の法則に合致すると考えています。サーバーレスの大規模実装にはきっかけが必要であり、そのきっかけが今訪れています。現在、企業や開発者はクラウドコンピューティングをより積極的に取り入れており、クラウドはイノベーションプラットフォームとなっています。同時に、より多くの製品が適応性のある柔軟性やメンテナンスフリーなどのクラウド機能を備えています。サーバーレス自体の観点から見ると、十分に先進的であるため、単にインターネット分散アーキテクチャを置き換えるのではなく、インターネット分散アーキテクチャをアップグレードすることで独自の体系を形成し、企業に多くの変化をもたらすことができます。

発展段階の違いにより、企業の選択も異なります。サーバーレス技術の発展に伴い、より多くの企業がサーバーレスを受け入れるようになるでしょう。インターネット分散アーキテクチャのように主流アーキテクチャとなるには 5〜10 年かかるかもしれませんが、最初の波の恩恵は真っ先に導入した企業が受け取ることになり、それが企業により大きな競争力をもたらします。

現在、国内のバックエンド開発では Java 言語が依然として主流ですが、Java 言語のコールドスタート特性は FC での利用に不向きです。コールドスタート時間の長さにより、ユーザーは FC のミリ秒課金や秒単位の自動スケーリングなどの技術的メリットを活かしきれません。

少し前、AWS はコールドスタートを解消する SnapStart をリリースし、コールドスタートは再びホットトピックとなりました。

コールドスタートにはシステムコールドスタートとアプリケーションコールドスタートがあります。システムコールドスタートについて、Alibaba Cloud はハードウェア、MicroVM、OS、言語ランタイムなどでフルスタック最適化を実施しています。FC のシステムコールドスタート段階でのパフォーマンス指標は業界をリードしています。アプリケーションコールドスタートは、ユーザーが選択したプログラミング言語やプログラムロジック自体に依存します。たとえば、Java アプリケーションの起動時間は通常、Node.js、Python、Go などの言語よりも大幅に長くなります。Alibaba Cloud はこれらの技術を社内で磨き上げてきましたが、実用化にはより慎重な姿勢を取っています。SnapStart などの技術は顧客のアプリケーション側での適応が必要であり、そうでなければプログラムの正確性に問題が生じる可能性があるためです。現在、AWS はこの技術をサポートし、基本ライブラリやサードパーティライブラリの適応を数多く行っていますが、それでも顧客自身が正確性を保証する必要があります。そのため、Alibaba Cloud は互換性を確保したソリューションを提供し、継続的な最適化を通じてユーザーの適応負担をできるだけ軽減したいと考えています。

現在、Alibaba Cloud は主に予約モードとアイドルモードでコールドスタート問題に対処しています。さらに、今年のクラウドカンファレンスで FC は vCPU とメモリのバインド解除戦略をリリースしました。顧客はリソース割り当てをより細かく管理できるようになり、リソース使用率がさらに最適化され、コストもさらに削減される見込みです。

また、ベンダーロックインもサーバーレスの大規模展開を阻む大きな障害の一つです。Alibaba Cloud にはこれに対する解決策もあります。

まず、Alibaba Cloud は Serverless Devs をオープンソース化しています。Serverless Devs はオープンソースのサーバーレス開発者プラットフォームであり、開発者に強力なツールチェーンシステムの提供に取り組んでいます。機能のプラグイン特性により、Serverless Devs は異なるクラウドベンダーのプロジェクトデプロイや、異なるクラウドプラットフォームへのワンクリックデプロイを簡単に実現できます。

次に、サーバーレスアーキテクチャの概念自体がアプリケーション開発モデルを再構築することです。クラウドプラットフォームは完全なサーバーレス BaaS と、より標準化されたプロセスベースのブリッジを提供します。FaaS のよりきめ細かいビジネス処理分割により、ビジネスコード開発を容易にし、企業クラウドモードの構築をさらに簡素化できます。

最後に、企業がマルチクラウドを採用するからといって、すべてのビジネスをマルチクラウドにして各クラウドに均等に分散させる必要があるわけではありません。多くの場合、差別化能力に基づいて最適なクラウドを選択することで、クラウドベンダーの真の強みを発揮し、より優れたクラウドリソースを獲得できます。要するに、ロックインのない状態とは、ベンダーがオープンで標準化されており、制限がないことです。ある意味では、ロックインは存在しないのです。

サーバーレスの未来への展望と計画

技術面での課題突破に加え、思考方法の変革も開発者にとっての重要な関門です。

技術革新からアプリケーション実装、そして普及に至るまで、開発者にとって最大の課題はシステム設計パターンとコーディング習慣の変革です。

多くの開発者がサーバーレスアーキテクチャの学習について疑問を抱いています。従来の開発パラダイムを使い続けるのか、新しいパラダイムを学ぶ必要があるのか。この懸念について、Huiyou Culture の CEO である Song Jie 氏は次のように述べています。「サーバーレスは従来の開発モデルとロジックを根本から覆すものであり、成熟した開発者にとってはより大きな挑戦となる可能性があります。学習コストの面では、経験豊富なプログラマーにとって、クラウドネイティブの世界に入る最大の障壁は『学ぶこと』ではなく『忘れること』です。」

クラウドネイティブ技術は従来の CPU、ハードディスク、メモリのサイズ制限を打ち破りましたが、経験豊富なプログラマーほど、思考方法を切り替えるのが難しくなります。「プログラマーはサーバーレスを継続的に学び、固定観念を克服する必要があります。Alibaba Cloud にはより多くのトレーニングを提供し、思考方法の変革を支援してほしいと期待しています。」Song Jie 氏は、これが Alibaba Cloud への期待でもあると述べています。

Alibaba Cloud は中国でのサーバーレスのパイオニアとして、より包括的で豊富なサーバーレス製品とソリューションを提供するだけでなく、オープンソースを継続的に取り入れ、サーバーレスユーザーに多様で代替性のある柔軟な方法を提供し、開発者の満足度を向上させていきます。

「将来的に、Alibaba Cloud の全製品体系はサーバーレス化され、製品間の統合はより詳細になり、ポイントツーポイントで全体のリンクをつなぎ、より多くの企業と開発者に利益をもたらすでしょう。」と Ding Yu 氏は述べています。