Die Zukunft ist Serverless?

Überblick

Die “Cloud” ist ein Begriff, der in den letzten Jahren immens an Bedeutung gewonnen hat. Häufig wird sie für die Bereitstellung von Diensten und Services genutzt. Im Lauf der Zeit haben sich dabei verschiedene Architekturen entwickelt, die in der Cloud eingesetzt werden und unterschiedliche Ansätze für die Handhabung des Codes der Entwickler und die Anfragen von Nutzern haben. Eine davon ist die sogenannte Serverless-Architektur. Doch wie genau funktioniert dieser Ansatz, welche Vor- und Nachteile bietet er und handelt es sich dabei um die Zukunft der Cloud-Entwicklung?

Wie bereits erklärt handelt es sich bei Serverless (auf deutsch serverlos) um eine Architektur zur Entwicklung von Anwendungen in der Cloud. Der Name lässt vermuten, dass es bei diesem Ansatz darum geht, auf die Verwendung von Servern zu verzichten. Ganz ohne Server funktioniert es natürlich nicht, da die Anwendung und Services trotzdem über das Internet (und damit über irgendeine Art von Server) für die Nutzer erreichbar sein müssen.

Funktionsweise

Das “Serverlose” bezieht sich darauf, wie die Entwickler mit der Cloud umgehen und mit ihr interagieren. Denn im Gegensatz zum klassischen Cloud-Computing muss sich das Entwicklerteam hier keine Gedanken über die Bereitstellung der Anwendung für die Nutzer, die Skalierung oder die Verwaltung des Codes machen. Diese Aufgaben übernimmt alle der Cloud-Anbieter und folgt damit ein bisschen dem Prinzip “aus dem Auge aus dem Sinn”, da die Entwickler ihren Code nur hochladen müssen und sich danach keine, bzw. nur noch wenige Gedanken mehr machen müssen.

Man unterscheidet dabei zwischen BaaS (Backend-as-a-Service) und Faas (Function-as-a-Service). Die zwei Möglichkeiten differenzieren, was genau der Cloud-Anbieter bereitstellt.
Bei BaaS kann man auf bereits vorhandene Dienste zurückgreifen, die der Cloud-Anbieter schon im Repertoir hat. AWS Amplify beispielsweise ermöglicht es den Entwicklern, einfach Datenbanken, Authentifizierung, etc. nach ihren Wünschen zu konfigurieren und einzubauen.
Bei FaaS wird auf diese Art der Drittanbieter-Services verzichtet und die Entwickler schreiben ihre Logik und System selbst. Statt das Ganze dann auf einem eigenen Server laufen zu lassen, wird der Code bei dem Cloud-Anbieter hochgeladen, der diesen dann verwaltet. Je nach Bedarf wird dann durch Events der passende Code aufgerufen und ausgeführt, ohne dass der Entwickler dies manuell handhaben muss.

Abb. 1: Monolithische Architektur und Microservice-Architektur [4]

Zusammenfassend bietet Serverless also wie in Abbildung 1 dargestellt den Zugang zu vordefinierten Services, zu Möglichkeiten der Datenverwaltung, zu Monitoring über das System mit Metriken und Dashboards und natürlich eigene Zugangspunkte, die die Services und Funktionen der Entwickler ausführen.

Doch wie sieht der Code, beziehungsweise das gesamte System eigentlich aus, dass so ein Ansatz funktionieren kann? Im Grunde MUSS der Code keine besondere Struktur aufweisen. Serverless bezieht sich lediglich auf die Bereitstellung des Systems über einen Cloud-Anbieter, der sich um die Verwaltung dessen kümmert und diese Aufgabe von den Entwicklern abnimmt.
Es hilft jedoch, das System in einzelne, kleinere Services oder sogar einzelne Funktionen zu unterteilen, die unabhängig voneinander funktionieren, um die Vorteile von Serverless besser nutzen zu können. Hier kommt der Vergleich zwischen der traditionellen, monolithischen Software-Architektur und der Microservice-Architektur ins Spiel.

Abb. 2: Monolithische Architektur und Microservice-Architektur [3]

Bei einer monolithischen Software-Architektur (Abbildung 2 links) wird das System klassischerweise in ein Frontend, Backend und die Datenbankanbindung unterteilt. Die drei Teile arbeiten eng zusammen und sind stark voneinander abhängig. Sie lassen sich kaum auseinanderziehen oder separieren.
Im Gegensatz dazu nutzt die Microservice-Architektur (Abbildung 2 rechts) hinter dem Frontend mehrere, unabhängige Services (daher der Name). Diese können auch unterschiedliche Datenbanken verwenden. Mit diesem Ansatz wird die Logik des Backends in kleinere Teile aufgedröselt. Besonders wichtig ist dabei die angesprochene Unabhängigkeit. Die Services sind dazu in der Lage, ihre Aufgabe selbstständig zu erfüllen, können dazu auf ihre Datenbank zugreifen und müssen nicht andere Services hinzuziehen. Beispiele für solche Services könnten die Authentifizierung von Nutzern, das Suchen nach Produkten oder das Kaufen von Produkten sein.

Betrachtet man nun eine Microservice-Architektur und lässt diese Serverless in der Cloud betreiben, kann man den Nutzen von Serverless gut erkennen: Die einzelnen Services können separat voneinander gestartet und ausgeführt werden. Die Entwickler definieren eventbasierte Funktionen (siehe “Event-driven Computing”), um beim Eintreten eines Events den passenden Service zu starten und auszuführen. Wenn beispielsweise ein Nutzer nach einem Produkt auf unserer Webseite sucht, wird der Such-Service hochgefahren, dieser durchsucht die Datenbank nach passenden Treffern und gibt diese an das Frontend zurück. Nachdem der Service diese Aufgabe erledigt hat, wird er durch den Cloud-Anbieter wieder heruntergefahren, wenn keine weiteren Anfragen hinzukommen.

Zusammenfassend lässt sich zu der Funktionsweise von Serverless sagen, dass es sich dabei um eine Architektur oder ein Modell zur Verwaltung und Bereitstellung des Systems über einen Cloud-Anbieter handelt. Dieser übernimmt Funktionen, wie das Hoch- und Runterskalieren von Services/Funktionen nach Bedarf durch die Bereitstellung von passender Rechen- und Speicherkapazität, die Wartung der darunterliegenden Hardware und stellt bei Bedarf auch vordefinierte Services bereit.

Vorteile

Nun stellt sich die Frage, welche Vorteile der Serverless-Ansatz mit sich bringt und wann es Sinn macht, ihn einzusetzen:

Skalierbarkeit: Ein bereits angesprochener und auch einer der zentralsten Punkte ist die Skalierbarkeit. Es können je nach Bedarf neue Ressourcen für das System bereitgestellt und auch wieder zurückgenommen werden. Dadurch ist es möglich, die Anfragen an das System effektiv zu beantworten und gleichzeitig effizient mit den Ressourcen umzugehen.
Geringe Kosten: Das führt auch direkt zu dem zweiten Vorteil, nämlich den geringeren Kosten. Da die Rechenleistung nur dann verwendet wird, wenn sie auch wirklich benötigt wird, zahlt der Kunde des Cloud-Anbieters auch nur für die wirklich genutzten Ressourcen. Das bedeutet, dass wenn wenig Last vorhanden ist und dementsprechend auch nur wenig Rechenleistung benötigt wird, die Kosten für das System gering gehalten werden und man nicht beispielsweise einen eigenen Server, der dauerhaft erreichbar ist, bereitstellen muss.
Geringerer Aufwand: Für die Entwickler selbst verringert sich der Aufwand durch die wegfallenden Verwaltungs- und Wartungsaufgaben. Es muss keine Zeit für die Instandhaltung, Administration oder Konfiguration der Server aufgebracht werden, wodurch mehr Zeit in die eigentliche Entwicklung der Software gesteckt werden kann. Bei der Verwendung von BaaS lässt sich zudem auf bereits vorhandene Services des Anbieters zurückgreifen, wodurch noch mehr Zeit eingespart werden kann.
Sicherheit und Zuverlässigkeit: Die Cloud-Anbieter stellen Sicherheitsmaßnahmen zum Schutz des Systems und der Daten bereit. Nicht nur sind die Daten dadurch professionell geschützt, sondern auch hier sparen sich die Entwickler wieder Zeit, da sie sich nicht selbst um die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systems kümmern müssen, sondern diese durch den Anbieter umgesetzt werden.

Ihre Vorteile kann die Serverless-Architektur am Besten ausspielen, wenn die dafür genutzte Applikation auch auf die genannten Vorteile eingeht. So macht es beispielsweise Sinn, Serverless einzusetzen, wenn man mit sehr unterschiedlichem Verkehrsaufkommen rechnen muss. Hier kann Serverless durch die einfache Skalierbarkeit und auch die dadurch effizientere Kostenverteilung besonders hilfreich sein, da man bei geringem Verkehr nur wenig bezahlt und bei vielen Anfragen diese trotzdem schnell behandeln kann.

Nachteile

Natürlich hat Serverless auch seine Nachteile und Probleme, die in diesem Abschnitt aufgegriffen und erläutert werden.

Startzeit: Da die einzelnen Services/Funktionen erst ausgeführt werden, wenn sie auch wirklich gebraucht werden, müssen sie zu Beginn einer Anfrage und wenn noch kein anderer, freier Service derselben Art gerade läuft, erst gestartet werden. Dies wird als “Cold Start” bezeichnet. Das Starten eines solchen Services beinhaltet das Starten eines Containers mit dem passenden Code, das Laden der dazugehörigen Packages und die eigentliche Ausführung des Services. Bei Anwendungen, die auf Serverless verzichten, fällt dieser Cold Start weg, da das System ja bereits komplett läuft.
Weniger Kontrolle: Der größte Nachteil ist wahrscheinlich der Verlust von Kontrolle in vielerlei Hinsicht. Zum einen hat man keine Möglichkeit mehr, die Hardware selbst zu konfigurieren und zu managen. Darunter fällt auch die Macht zu entscheiden, welche Sicherheitsvorkehrungen genau implementiert werden, welche Updates und Versionen von Software benutzt werden und vieles mehr. Bei der Nutzung von BaaS ist man zudem an den Code des Cloud-Anbieters gebunden und kann keine eigenen Optimierungen oder Anpassungen vornehmen.
Außerdem liegen die verwendeten Daten auch nicht mehr bei den Entwicklern selbst auf einem Server, sondern müssen dem Cloud-Anbieter anvertraut werden.
Abhängigkeit: Ein weiterer Nachteil ist die Abhängigkeit vom Cloud-Anbieter. Lässt man sich auf sein System ein und verwendet möglicherweise von ihm bereitgestellte Services und Funktionen, ist ein Wechsel zu einem anderen Anbieter schwierig und kompliziert, da dieser eventuell nicht dieselben Funktionen oder Workflows anbietet.

Evaluierung

Betrachtet man die genannten Vor- und Nachteile von Serverless, so lässt sich sagen, dass Serverless durchaus viele relevante Vorteile mit sich bringt, die es als die Cloud-Architektur der Zukunft rechtfertigen würde. Besonders die Einfachheit, die durch die automatische Skalierung ermöglicht wird und damit gleichzeitig das System kostengünstiger und einfacher bereitzustellen macht, sind wichtige Kriterien.

Natürlich muss man die Abhängigkeit vom Cloud-Anbieter und den Kontrollverlust in Betracht ziehen. Besonders letzteres schließt Serverless für manche Unternehmen aus, die den vollen Zugang zu den Servern benötigen und selbst an dem System aktiv arbeiten wollen. Für viele Unternehmen eröffnet Serverless jedoch eine Möglichkeit, sich voll und ganz auf die Entwicklung der Anwendung zu konzentrieren.

Wie bei vielen Aspekten ist Serverless ein Angebot für einen Tausch. Man bekommt Effizienz und Kostenersparnis, büßt dabei aber Kontrolle und Zugänglichkeit ein. Im Endeffekt muss jedes Unternehmen selbst entscheiden, mit welcher Architektur sie arbeiten wollen.
Ich persönlich denke, dass der Ansatz besonders für kleine Unternehmen und Startups eine gute Möglichkeit bietet, ihr Produkt auf den Markt zu bringen, ohne sich über die Verwaltung der Server Gedanken machen zu müssen, sondern sich auf ihr Produkt selbst fokussieren zu können. Denn besonders für diese Unternehmen ist es sehr aufwändig und vor allem teuer, die benötigte Hardware bereitzustellen und auch funktionstüchtig und sicher zu halten. Fällt diese Komponente weg, so können mehr Entwickler das tun, was sie wirklich tun wollen und auch können, nämlich entwickeln und müssen sich nicht mehr um die Bereitstellung ihres Systems sorgen.

Dementsprechend halte ich Serverless durchaus für eine Architektur, die die Zukunft weiter mitgestalten wird.

Ausblick

Neben den angesprochenen Aspekten, warum Serverless vermutlich in der Zukunft weiterhin stark vertreten sein wird, sollte man sich auch etwas Gedanken über die nötige Weiterentwicklung machen. Meiner Ansicht nach ist Serverless besonders für die steigende Anzahl an IoT-Geräten und Applikationen eine optimale Lösung. Oft bieten diese nämlich genau das, was Serverless bereitstellt: Kleine Funktionen und Services, die schnell ausgeführt werden, die hochskaliert werden müssen und die dadurch dem Entwickler einen kostengünstigen Weg bieten, diese Aspekte umzusetzen.

Ich könnte mir vorstellen, dass viele Systeme aufgrund dieser Einfachheit in die Cloud verlegt werden. Dadurch könnte es möglich sein, dass in der Zukunft viele dieser Systeme sich auch untereinander vernetzen. Es entsteht quasi eine große Welt aus miteinander verknüpften Services und Diensten, die auch die Entwicklung neuer Systeme einfacher gestaltet. Denn Cloud-Anbieter werden ihr Repertoir kontinuierlich erweitern und eine immer größere Sandbox aus vordefinierten Services erstellen, mit der Entwickler ihre Ideen schnell und einfach umsetzen können.