Applikationen schneller bereitstellen mit DevOps und Microservices

Trends wie Big Data, Mobile, Cloud Computing und das Internet der Dinge stellen Unternehmen aller Branchen vor große Herausforderungen. Sie müssen ihre Geschäftsprozesse schnell und flexibel an diese Veränderungen und neue Anforderungen anpassen. Hier ist speziell die IT-Abteilung gefordert. Fachabteilungen erwarten, dass sie Anwendungen in hoher Qualität sehr schnell entwickelt und neue Funktionen sowie Updates zügig ausliefert. Kurzum: IT-Entwicklung und -Betrieb müssen agil sein. Um dies zu erreichen, gibt es zwei wichtige Optionen: Zum einen den Aufbau einer flexiblen Anwendungs-Architektur (unter anderem mit Microservices), zum anderen innerhalb der IT-Abteilung eine engere Zusammenarbeit von Entwicklung und Betrieb (DevOps), um Reibungsverluste zu minimieren und die Bereitstellung von Anwendungen zu beschleunigen. Beide Ansätze ergänzen sich gegenseitig.

Microservices als Ansatz für agile Anwendungen

Monolithisch strukturierte Anwendungen stoßen in puncto Agilität durchaus auch an ihre Grenzen. Ändern Entwickler nur einen kleinen Teil der Anwendung, muss die gesamte Applikation zumeist unter großem Aufwand neu getestet werden. Ziel einer Microservices-Architektur ist, dies deutlich flexibler zu gestalten.Im Gegensatz zu monolithischen Architekturen bestehen Microservices aus lose gekoppelten, voneinander unabhängigen Diensten beziehungsweise Services mit einer in sich abgeschlossenen, fachlichen Funktionalität. Dank Versionierung auf den Schnittstellen kann vielfach ausgeschlossen werden, dass Änderungen an einem der Services Einfluss auf die Funktionsweisen oder Eigenschaften eines anderen Services haben. Zudem lassen sich Updates mit Erweiterungen oder Verbesserungen gezielter und häufiger vornehmen, ohne die gesamte Anwendung aktualisieren zu müssen. Weitere Vorteile: Bereits aus dem Umfeld von SOA ist bekannt, dass sich kleinere Services mit definierten Schnittstellen deutlich besser austauschen lassen. Und auch die Skalierbarkeit ist deutlich besser als in monolithischen Architekturen, da sich Dienste unabhängig und bedarfsgerecht skalieren lassen.

In letzter Zeit werden vor allem Browser-basierte Anwendungen häufiger als Microservice konzipiert. Eine E-Commerce-Anwendung wird dann nicht als monolithisches Ganzes konzipiert und entwickelt, sondern in einzelnen Modulen, zum Beispiel mit eigenen Komponenten für die Produktsuche, Bestellung oder Produktbewertungen. Im Verbund ergeben die Module die Gesamtfunktionalität einer Anwendung und enthalten neben den fachlichen Funktionen auch die relevanten Oberflächen-Anteile.

Die verteilte Architektur der Microservices bedingt aber, dass sich die Entwickler auch mit dem Betrieb der Anwendungen auseinandersetzen müssen, um Fehler bei der Verknüpfung und Koordination der einzelnen Services zu vermeiden. Hier hilft DevOps weiter.

DevOps verknüpft Entwicklung und Betrieb

Der Begriff setzt sich zusammen aus "Dev" für die Softwareentwicklung (Development) und "Ops" für den IT-Betrieb (Operations). Ziel von DevOps ist eine enge Zusammenarbeit von Entwicklung und Betrieb durch den Aufbau von interdisziplinären Teams. Es gibt also keine direkte Trennung der beiden Bereiche mehr. Vielmehr ist jedes Teammitglied für seine Komponente verantwortlich, zum Beispiel hinsichtlich Konzeption, Entwicklung, Test oder Inbetriebnahme. Hintergrund: Klassisch betrachtet, verfolgen Betrieb und Softwareentwicklung unterschiedliche Ziele. Während der IT-Betrieb die Priorität auf höchste Verfügbarkeit und stabile sowie kostengünstige Betriebsprozesse legt, geht es den Entwicklern darum, neue Anwendungen oder Funktionen möglichst schnell bereitzustellen und flexibel auf kurzfristig geänderte Spezifikationen zu reagieren. Probleme führen hier schnell zu Spannungen und gegenseitigen Vorwürfen. Das Ziel von DevOps ist es, diese Reibungsverluste zu verhindern, bestenfalls zu eliminieren.

Die organisatorischen Veränderungen im Zuge des Einsatzes interdisziplinärer Teams sind vielfach auch mit einem kulturellen Wandel innerhalb des Unternehmens verbunden. Die Mitglieder aus beiden Abteilungen treffen sich regelmäßig, teilen ihr Wissen und pflegen eine offene Feedback-Kultur, vor allem aber arbeiten sie tatsächlich gemeinsam an einem bestimmten Thema. Basis dafür sind die Festlegung von gemeinsamen Zielen und Werten sowie die permanente Bereitschaft zum Lernen. Die Entwickler machen sich mit den Anforderungen und Prozessen des Betriebs vertraut, die Administratoren haben Zugriff auf den Source-Code oder die Build-Tools. Auch Metriken und Planungen sollten offen für alle sein. Das Ergebnis dieser engen Zusammenarbeit sind interdisziplinäre Teams, die gemeinsam Verantwortung für einen kompletten Teil einer Anwendung tragen; von der Konzeption über die Entwicklung und den Test bis zum Betrieb.

Agile Methoden

Da DevOps das flexible Vorgehen der agilen Softwareentwicklung unterstützt, ist es möglich, Anwendungen bereits zu testen und zu nutzen, wenn deren Entwicklung noch nicht abgeschlossen ist. DevOps wendet agile Methoden auch im IT-Betrieb an und verbindet Standardmodelle für Softwareentwicklung und IT-Betrieb miteinander. Die Verzahnung führt zu kürzeren Release-Zyklen und minimiert das Risiko von ungetesteten Code-Elementen, weil die eingesetzten Werkzeuge und Verfahren über den gesamten Software-Erstellungsprozess hinweg identisch sind.

Die Vorteile von DevOps belegt beispielsweise der Software-Hersteller Puppet Labs in Portland, Oregon, im "2015 State of DevOps Report". Demnach stellen Unternehmen mit Hilfe von DevOps ihre Anwendungen um bis zu 30-mal schneller bereit als Firmen, die traditionell arbeiten - und sie verzeichnen 60 Prozent weniger Störungen oder Ausfälle bei Anwendungen.Laut Puppet Labs beheben sie Ausfälle im Schnitt auch 168-mal schneller als Firmen, die Entwicklung und IT-Betrieb nicht eng verzahnen.

Prozesse und Technologien

Wichtige Elemente von DevOps sind, neben einer Kultur der Zusammenarbeit, automatisierte Prozesse und moderne Technologien wie Container. Letztere kapseln und isolieren Anwendungen mit allen benötigten Komponenten in einem oder mehreren Paketen. Daher lassen sich Anwendungen schnell, einfach und vollständig konfiguriert bereitstellen. Zudem eignen sich Container durch die Kapselung sehr gut als Basis für die Bereitstellung von Microservices.

Ein zentrales Ziel von DevOps ist die Automatisierung von möglichst vielen Arbeitsvorgängen, um die Release-Prozesse zu beschleunigen. Dazu muss das IT-Team aus Entwicklern und Betrieb zunächst alle einzelnen Arbeitsschritte bis ins kleinste Detail definieren und standardisieren. Das betrifft Entwicklung, Testen, Produktion und schließt auch Fragen des Betriebs mit ein. Durch die detaillierte Aufteilung der Prozesse ist es auch möglich, kleine Veränderungen schnell umzusetzen und die Frequenz der Releases zu erhöhen - und damit die zentrale Anforderung von Fachabteilungen hinsichtlich einer schnellen und flexiblen Bereitstellung von Applikationen zu erfüllen.

Eine wichtige Voraussetzung für eine erfolgreiche DevOps-Nutzung sind einheitliche Bewertungskriterien (Measurements) für die Prüfung der Applikation, ihrer zugehörigen Komponenten und der zugrunde liegenden Prozesse, um die Qualität der Software-Releases dauerhaft zu sichern. Dies erfolgt über Softwaretests, die auf einheitlichen, transparenten Metriken beruhen. Die DevOps-Teams können die Softwaretests und die Qualitätssicherung auch über Cloud-Plattformen beschleunigen und so kostenoptimiert Infrastrukturen simulieren, die der späteren Produktionsumgebung ähneln.

Von Bedeutung im DevOps-Umfeld sind nicht zuletzt auch Continuous-Integration- und Continuous-Delivery-Prozesse. Während sich Continuous Integration mit dem automatisierten Build-Prozess sowie Unit- und Funktionstests beschäftigt, geht Continuous Delivery weiter bis hin zum automatisierten Rollout. Da die einzelnen Arbeitsschritte der Software in kleineren Einheiten abgebildet sind, lassen sich Funktionserweiterungen direkt automatisiert testen. Entwickler erhalten damit ein schnelles Feedback über mögliche Fehler. Sind die Tests erfolgreich, lässt sich das neue Software-Paket kurzfristig auf dem Produktivsystem installieren. Die Automatisierung erlaubt damit die kontinuierliche Bereitstellung kleiner Funktionen.

Microservices und DevOps ergänzen sich

Generell können IT-Abteilungen mit Hilfe von Microservices-Architekturen besser auf die Anforderungen aus den Fachabteilungen reagieren und Anwendungen kurzfristiger realisieren. Sehr wichtig ist dabei die enge Verzahnung zwischen Entwicklung und IT-Betrieb, sprich die Einführung des DevOps-Modells. Ein weiterer Vorteil des Microservices-Ansatzes ist, dass auch kleinere Teams individuelle Dienste entwickeln und testen sowie Releases schnell bereitstellen können - damit wird auch die Implementierung von DevOps vereinfacht. Auf diese Weise ergänzen sich Microservices und DevOps gegenseitig. Das Duo ermöglicht in Verbindung mit Containern die Realisierung einer flexibleren und effizienteren Infrastruktur, liefert Applikationen, die diese Infrastruktur optimal nutzen, und etabliert Prozesse, mit denen diese Anwendungen schnell und mit hoher Qualität entwickelt und bereitgestellt werden können. (wh)