Computação em Nuvem - Parte 1: O que contratar?

Este artigo é o primeiro de uma série que abordará o uso de aplicações Web em nuvem com casos reais vivenciados.

Qualquer pessoa que esteja executando projetos Web, não importa se é uma simples API, ou uma aplicação Web completa, após minuciosamente selecionar sua pilha de tecnologia seja Java, PHP, Ruby, Python, Node.js, etc, em algum momento haverá a necessidade de publicar o projeto para o mundo ou para os usuários de seu interesse. Por exemplo, imagine uma empresa com unidades de negócios em todo o mundo. Existem várias alternativas disponíveis atualmente, este artigo busca apresentar estas alternativas e auxiliar na escolha do melhor cenário para hospedar sua aplicação.

PaaS, SaaS, IaaS e CaaS

Uma vez que a decisão de construir uma solução tecnológica foi tomada, o próximo passo natural é procurar seguir as últimas tendências de tecnologia e provavelmente uma das primeiras coisas que vem em mente é o uso de serviços em nuvem (Cloud Services). Existem muitos artigos já publicados sobre este assunto explicando suas vantagens e desafios. Neste artigo buscamos prover informações de como escolher o melhor fornecedor e sabemos que há uma grande confusão em torno do que é SaaS, PaaS e IaaS. Não desanime, esta não é uma dúvida exclusivamente sua. Existem algumas diferenças cruciais, mas a escolha fica mais difícil caso os detalhes destes três modelos não estejam claros.

SaaS vs PaaS vs IaaS

SaaS - O modelo de Software como um Serviço é fornecido por meio de um acesso a aplicação, muitas vezes chamado de "software sob demanda". Não há a necessidade de se preocupar com a instalação, configuração e execução da aplicação. O provedor de serviços fará isso automaticamente mesmo que a demanda aumente.

Exemplos: Salesforce.com, Google Apps, Microsoft Office 365, Box, etc.

PaaS - Plataforma como Serviço, como o nome sugere, fornece plataformas de computação que tipicamente incluem sistema operacional, ambiente de execução para linguagens de programação, banco de dados, servidor web, entre outros.

Exemplos: AWS Elastic Beanstalk, Heroku, Windows Azure, Force.com, Google App Engine, Apache Stratos, etc.

CaaS - Containers como um Serviço, são um caminho fácil para virtualizações, são elementos importantes de qualquer estratégia DevOps e que precisam ser considerados em um modelo de arquitetura de referência moderno e atual. É possível executar um container sem se preocupar com a limitação das linguagens de programação suportadas por um PaaS como o Heroku, por exemplo. É possível executar o que for preciso em um container desde que a infraestrutura (o hardware) contratada suporte o que se deseja executar. Um bom exemplo desta tecnologia é o Amazon Container Services (EC2).

Exemplos: Cloud Foundry, Amazon EC2 Container Service, etc.

IaaS - Infraestrutura como um Serviço, como o nome sugere, fornece infraestrutura de computação, máquinas físicas, ou muitas vezes, virtuais e outros recursos como bibliotecas de máquinas virtuais, armazenamento baseado em blocos de informações e arquivos, firewalls, balanceadores de carga, Endereços IP, redes locais por região e virtuais, etc.

Exemplos: Amazon EC2, Windows Azure, Rackspace, Google Compute Engine, etc.

Fornecedores - a tríade

AWS - Amazon

A AWS é uma enorme coleção de serviços de computação em nuvem que fornece uma plataforma completa oferecida pela Amazon.com desde 2004. Esta plataforma, na verdade, pode ser chamada de uma central de dados que provê armazenamento, gerenciamento, análise, rede de dados e opções de deploy/entrega. A nuvem AWS está disponível em 16 regiões geográficas com 44 locais e vem crescendo a cada dia mais e mais.

AWS global Infrastructure

O Amazon Elastic Compute Cloud e o Amazon Simple Storage Service (S3) estão entre os serviços mais utilizados desta plataforma somado aos serviços em constante expansão como banco de dados, balanceamento de carga e configuração de implantação. Entre os principais benefícios da plataforma Amazon podemos destacar:

• Nível de controle;
• Análise abrangente de toda a infraestrutura;
• Fácil disponibilização de informações úteis por meio de relatórios;
• Capacidade de acessar todo o funcionamento interno da aplicação.

Algumas desvantagens são comumente reportadas e entre elas destacamos os seguintes pontos:

• Deploy não muito confiável, pois não existe uma descrição de erros detalhada e muitas vezes a solução de problemas ocorre de forma manual, exigindo uma equipe capacitado em sistema operacional e debug de aplicações;
• Processo de implantação oneroso, podendo demorar entre 15 e 20 minutos, mesmo para um site simples com dois front-ends;
• Falta de transparência para as atualizações que ocorrem no background da pilha de tecnologias, este procedimento em alguns casos pode levar a quebra da aplicação em decorrência de incompatibilidade entre versões.

Para manter o software nas instâncias, é recomendado que não se faça instalações de software manualmente, esta ação, em nossa experiência, pode levar a ter configurações diferentes em máquinas diferentes, entre outros problemas. Recomendamos usar um conjunto de ferramentas de provisionamento criadas para este fim, como o Ansible, Puppet ou o Chef. Além disso, seguindo as recomendações dos arquitetos de solução AWS, é aconselhável que se analise e pense em utilizar o AWS Cloudformation. O Cloudformation permite que se escreva modelos para descrever a infra-estrutura na AWS. O Cloudformation pode fornecer uma documentação adequada da infraestrutura no código e permite que, em caso de problemas, se restabeleça os parâmetros de uma instância com a mesma configuração feita inicialmente.

Além do Cloudformation, a AWS fornece uma interface de linha de comando muito prática e que permite a gestão das instâncias por meio de scripts. O AWS Command Line Interface é disponibilizado gratuitamente no site da AWS e no Github.

É possível criar um ALM (Application Lifecycle Management) completo com as soluções fornecidas pela Amazon.

Outro ponto importante é que o custo de execução do AWS é baixo quando comparado ao Heroku por exemplo, pois se paga "apenas" pela infraestrutura. Dependendo do tipo de instância contratada, os preços começam tão baixos quanto US $0.012 por hora para uma instância t2.micro ou US $0.053 por hora para a instância preparada para produção. É possível simular valores em vários sites. A AWS oferece uma cota de 1 ano gratuita para uso respeitando alguns aspectos de volumetria e uso.

Outro recurso importante comercializado pela AWS são suas Spot Instances. Spot Instances são instâncias comercializadas no modelo de um leilão no qual é possível ofertar um valor pela instância e ela é liberada para seu uso particular sob demanda. Estes recursos são muito utilizados nos ambientes em que ocorrem demandas esporádicas com aumentos de picos de utilização e é necessário escalar a infraestrutura aumentando a capacidade de processamento. É possível economizar um bom dinheiro com esta estratégia, mas é necessário o uso de algoritmos preparados para lidar com estas Spot Instances e alocar os servidores nesta modalidade. Há inúmeros projetos no Github que oferecem soluções para lidar com as Spot Instances e ajudar a economizar custos com instâncias AWS.

Heroku

O Heroku é uma plataforma em nuvem que oferece um local eficiente e sintonizado para a construção, implantação/deploy e dimensionamento de aplicações Web. Seu ecossistema é composto por mais de 140 complementos (ou add-ons), que vão desde alertas e notificações a bancos de dados, ferramentas de análise ou serviços de segurança para monitoramento, cache, email ou rede. Muitos desses complementos (add-ons) inclusive são hospedados na AWS.

A lista de regiões geográficas da Heroku é muito mais modesta quando comparada a AWS e Google, e disponibiliza apenas 8 localidades.

Infraestrutura global da Heroku

O Heroku é como mágica. A plataforma remove todo o trabalho de instalar qualquer software disponível em seu ecossistema, não há preocupações por parte do desenvolvedor com aspectos relacionados a manutenibilidade, monitoramento e atualizações de versões necessárias para as tecnologias utilizadas em um projeto. Este é um dos motivos pelo qual o Heroku é sugerido em muitos tutoriais e artigos disponíveis na Internet. Ele simplesmente funciona e permite que tenhamos rapidamente uma aplicação web disponível para o mundo em poucos minutos. E eles também oferecem uma cota gratuita, com claras limitações, tornando-se uma ótima opção para testar seu aplicativo.

E por que nem todo mundo utiliza o Heroku? A resposta é simples, o custo é muito alto. À medida que temos toda a plataforma de um software como um serviço, também pagamos por esta facilidade, além do suporte prestado. Então, é altamente recomendado calcular o custo extra no caso da infraestrutura crescer e compará-la com o custo de configurar esta infraestrutura na AWS, Digital Ocean, VPS.net, entre outros. Existe ainda a possibilidade de valores diferenciados para pacotes empresariais.

Como mencionamos inicialmente, o Heroku é muito prático, ele elimina toda a complexidade de preparação e configuração de infraestrutura e disponibiliza de forma prática tudo o que um desenvolvedor necessita, o desenvolvedor precisa apenas se preocupar em fazer o que foi contratado, ou seja, código.

Entre as desvantagens que identificamos com o Heroku, podemos destacar:

• Falta de controle sobre o balanceamento de carga e escalonamento, que pode levar a gargalos de desempenho a longo prazo;
• Escalonamento com alto custo;
• Bom para aprender e como projeto inicial, mas a plataforma não fornece um controle completo de administração do servidor;
• Por não existir como gerir o sistema de arquivos, o envio de dados, arquivos XML por exemplo, depende do uso de um complemento (Bucketeer) que recorre a uma instância AWS S3 e assim permite trabalhar com transferência de arquivos entre a aplicação hospedada no Heroku e sua necessidade local. Portanto atenção com arquivos temporários;
• Os complementos disponibilizados para pessoa física naturalmente possuem menor capacidade com relação a uma conta premium e a medida que aumenta seu volume de transações, maior será seu custo;
• Não há hospedagem de serviços no Brasil, a maioria das alocações é distribuída entre os Estados Unidos e Europa. É importante destacar que prevalece a instalação da maioria dos data centers nos EUA. Este fator, aumenta a latência quando pensamos em aplicações Web. Mas não é nada que inviabilize o funcionamento de seu produto. É apenas um ponto de atenção que deve ser considerado;
• Apesar de ser uma plataforma consolidada e com um grande números de complementos (add-ons) disponíveis, talvez pode ser percebido a falta de algum determinado recurso, como um banco de dados ou ferramenta específica.

Windows Azure

O Azure da Microsoft está em pé de igualdade com a AWS, esta é a impressão de pessoas que utilizam este serviço. O Azure é um candidato digno para provedor de serviços da nuvem e esta percepção é impulsionada pelas ofertas da Azure, que podem ser facilmente igualadas às da AWS.

As ferramentas de segurança e gerenciamento incluem Serviços de Federação do Active Directory, Azure Active Directory, Multi-Factor Auth, entre outros, bem como uma gama de integrações para monitoramento e ajustes de desempenho no Azure.

Apesar de recente, apenas em 2010 foi lançado, o Azure fornece serviços e infraestrutura compatíveis com muitos dos serviços da AWS e vem a cada dia conquistando mais e mais clientes. Podemos citar, por exemplo, a Boeing como um dos principais clientes desta plataforma.

O Azure possui várias opções para deploy de aplicações para desenvolvedores incluindo App Services, Cloud Services, Service Fabric, Container Service, Functions, Batch, WebJobs e muito mais. Independentemente do tipo de aplicação que se está desenvolvendo, a Microsoft possui excelentes ferramentas para ajudar a implementá-lo e dimensioná-lo.

Uma das principais dificuldades das empresas que planejam migrar para a computação em nuvem é o uso de aplicações legadas. Nem todas as empresas possuem recursos financeiros e de pessoal para criar novas aplicações para funcionar em ambiente de nuvem ou mesmo começar todos os seus projetos neste novo paradigma. Para situações em que há necessidade de contar com as aplicações legadas, uma nuvem híbrida que combine o ambiente em nuvem com data centers se torna muito útil.

As nuvens híbridas também são uma das opções mais populares para empresas que não querem fazer uma conversão completa para a nuvem e que desejam manter alguns dos seus dados e sistemas internos, seja por motivos de compliance com relação a dados sigilosos ou por ainda não confiar totalmente neste tipo de serviço e na segurança dos dados.

Nuvens híbridas têm sua implementação no Azure facilitada, em parte porque a Microsoft previu a necessidade de nuvens híbridas desde o início da concepção do Azure. O Azure oferece suporte substancial para nuvens híbridas, no qual é possível usar servidores locais para executar aplicações na pilha de tecnologias do Azure. Assim como as VPCs da AWS, é possível inclusive configurar os recursos computacionais locais para acessar os recursos baseados em nuvem quando necessário por meio de VPNs. Isso torna a mudança para a nuvem transparente e indolor. Várias soluções no Azure ajudam a manter e gerenciar nuvens híbridas, como o Azure Stack, Hybrid SQL Server e Azure StorSimple. O histórico de produtos Microsoft largamente utilizado no mundo empresarial lhes concede uma vantagem neste quesito, pois os detalhes de como se trabalhar com algumas tecnologias consolidadas no mundo empresarial praticamente já é de conhecimento de profissionais que utilizam soluções Microsoft.

A lista de regiões do Azure é bastante abrangente e cobre ao menos 36 localidades distribuídas globalmente segundo a Microsoft.

Infraestrutura global da Azure

O Microsoft Azure adotou uma abordagem ligeiramente diferente ao tornar sua pilha de produtos simples de usar, desde que sejam utilizadas da maneira que a Microsoft criou para serem utilizadas. Com o Azure, não haverá tantas opções de soluções para escolher, mas isso nem sempre é um trade-off negativo caso a simplicidade seja um fator importante.

Outro fator que contribui para o crescimento do uso do Azure é que nos últimos anos, a Microsoft vem aumentando suas ofertas de soluções Open Source, liberando seus produtos para desenvolvedores nesta modalidade. Esta iniciativa fez aumentar o uso de suas soluções e com isto mais adeptos vem procurando utilizar sua plataforma em nuvem.

Google Cloud Platform

O Google Cloud Platform (GCP) é formado por um conjunto de servidores físicos, assim como também de servidores virtuais (VMs) instalados nos data centers do Google em todo o mundo. Cada data center está localizado em uma região global diferente. O Google Cloud Platform possui 10 regiões, 30 zonas e mais de 100 pontos de presença.

Infraestrutura global da Google Cloud Platform

Como vantagem competitiva, o GCP oferece os seguintes pontos:

• A escalabilidade é incomparável com a capacidade de executar milhares de máquinas virtuais e lidar com grandes aumentos no tráfego sem uma redução na estabilidade do serviço;
• A velocidade também é um fator importante com seus 14 Gbps e baixa latência, permitindo que os serviços atendam aos padrões e necessidades da indústria;
• O tráfego de rede de dados do Google passa por sua própria rede de fibra evitando passar pelos canais da internet pública.

O impressionante desempenho da rede do GCP é algo a ser destacado. Cada instância também é anexada a uma única rede que abrange todas as regiões, sem fazer uso de VPNs ou gateways como intermediários. Este fator, aumenta consideravelmente toda a infraestrutura da rede, provendo velocidade e estabilidade.

Digital Ocean

A Digital Ocean é um outro provedor de infraestrutura como serviço que a cada dia vem ganhando novos adeptos. Seus preços iniciam com instâncias pequenas de 5 dólares com 1 processador e 512 Mb de memória RAM, o que é suficiente para hospedar uma página pessoal, um site institucional sem grandes interações, ou mesmo uma aplicação de pequeno porte.

Dois aspectos que merecem destaque sobre a Digital Ocean dizem respeito ao tempo de criação de um servidor e a disponibilização de servidores pré-configurados. Uma das propagandas mais disseminadas da Digital Ocean é o fato de que seus servidores (os droplets) estarão prontos para uso em apenas 55 segundos.

Em 2015, a Digital Ocean foi nomeada o 2º maior provedor de hospedagem do mundo e, em 2016, a Forbes a incluiu na lista de 100 empresas de nuvem do mundo. A Digital Ocean foca principalmente na segurança de alto nível, ferramentas de desenvolvimento ricas, infra-estrutura confiável, SSDs poderosos e documentação abrangente. A lista de tutoriais e artigos com informações e disseminação de conhecimento é extensa e ajuda significamente.

A pergunta de 1 milhão - O que usar?

Não existe bala de prata, como eternizou Fred Brooks e a resposta para esta pergunta é: depende.

Dependendo do cenário em que se encontra, o uso das soluções de um ou outro fornecedor se adequará melhor ou não às suas necessidades.

A Heroku como solução, conforme já descrito, pode ter um custo mais elevado, mas é de fácil implementação, desenvolvedores não precisam se preocupar com aspectos de infraestrutura para funcionar suas soluções. Por outro lado, a medida que a solução é mais utilizada e mais acessada, inevitavelmente a infraestrutura será escalada para atender às demandas e isto implicará em maior custo.

Além disso, dependendo do add-on/complemento escolhido para o projeto, os custo de utilização serão bastante elevados, tome como exemplo o complemento Treasure Data, sem analogias, é o preço de um tesouro com seus 5 mil dólares por mês. O que pode inviabilizar qualquer projeto.

Se o objetivo é de apenas iniciar e buscar conhecimento para se ambientar com frameworks como o Spring Boot ou algumas das ferramentas disponibilizadas pelos complementos, esta plataforma é um bom começo. Aja com prudência, com discernimento e não saia comprando complementos sem aplicar a técnica do alfaiate, meça muitas vezes a sua demanda para então cortar ou contratar uma única vez. Pergunte-se sobre volumetria.

A AWS possui atrativos incontestáveis para qualquer equipe de desenvolvimento, mas o custo para se beneficiar deste atrativos pode sair alto para algumas empresas. Ela provê infraestrutura e APIs capazes de executar projetos de qualquer tamanho. Imagine um cenário em que infraestrutura de hardware, CPUs, GPUs seja disponibilizada sem restrições, com capacidade de armazenamento de dados relacional, NoSQL, colunar, e ainda uma rede de dados global, distribuída e capaz de acionar eventos por meio das soluções lambda (Serverless Architectures). A AWS oferece tudo o que uma solução de TI precisa para entregar valor ao cliente. Mas tudo isto tem custo. Custo com mão de obra especializada em infraestrutura em nuvem, custos com desenvolvimento de aplicações em nuvem, custos com a criação de soluções DevOps e ALM capazes de realizar deploy e testes automáticos. Além de tudo isto, os custos pelo uso de infraestrutura melhor e tráfego de informações em sua rede precisa ser utilizado com discernimento para que não inviabilize a solução.

A Digital Ocean nos últimos anos vem oferecendo produtos em vários tipos de tecnologias e este crescimento cadenciado é benéfico para projetos iniciantes uma vez que o custo de aquisição quando bem calculado pode auxiliar pequenos projetos ou o nascimento de um MVP que precisa ser validado sem impactar diretamente os custos de um projeto. Existem vários projetos disponíveis no Github que assim como para a AWS auxiliam na administração de instâncias na Digital Ocean e esses conjuntos de scripts podem ser utilizados sem restrições para implantar em produção mesmo projetos complexos.

Tenha paciência, faça análises, este também é o papel de quem constrói software, atuar na análise dos custos, mesmo que auxiliando alguém de compras no mínimo somará ao seu conjunto de conhecimentos habilidades para apontar com maior discernimento o que contratar. Existem vários artigos disponíveis na Internet que podem auxiliar na construção de uma matriz com informações comparativas entre os vários provedores de serviço, não limite suas opções apenas nos três maiores fornecedores, se possível, faça experimentos com as outras opções apresentadas neste artigo.

Na UNICAMP, durante os estudos de Engenharia de Software uma recordação que sempre vem a mente é o projeto da Cafeteira da disciplina de Projeto e Implementação Orientado a Objetos. Imagine um cenário em que a sua disposição existe apenas um mínimo recurso de hardware com pouca memória, pouco espaço de armazenamento e uma capacidade de processamento reduzida e seu desafio é fazer o ciclo completo de uma aplicação executar neste hardware mínimo.

Este é um desafio que rotineiramente devemos praticar e evitar em qualquer projeto alocar recursos demais e consequentemente gastar demais. Menos sempre é mais. Cresça com prudência. Não desperdice recursos financeiros de sua empresa sem necessidade.

Conclusão

Além dos grandes fornecedores para hospedagem de soluções em nuvem, AWS, Google Cloud e Azure, existem vários outros fornecedores que trilharam caminhos próprios para fornecer infraestrutura simples, facilitada e acessível permitindo a criação de uma nova máquina virtual em segundos. Neste grupo de fornecedores estão empresas como DigitalOcean, Jelastic, Linode, Vultr, OVHs Public Cloud e Scaleway (já imaginou utilizar servidores com processadores ARM em suas soluções?).

Ao contrário dos três grandes, esses provedores não oferecem muitos produtos para infraestrutura diferentes. Eles iniciaram suas atividades oferecendo um conjunto de recursos básicos, principalmente instâncias de computação (máquinas virtuais), mas alguns recentemente começaram a oferecer armazenamento em bloco (Block Storage) para estender às instâncias/hosts espaço em disco e armazenamento de objetos como forma de atender a necessidade de armazenar muitos dados.

Para definir sua infraestrutura ou plataforma em nuvem a utilizar, uma análise minuciosa precisa ser realizada envolvendo profissionais de várias áreas. A alocação de profissionais de rede de dados, segurança da informação, integração de sistema, migração de sistemas (incluindo o uso de ETLs), desenvolvedores e arquitetos é fundamental para que a melhor solução seja escolhida. Há casos em que haverá necessidade da criação de uma solução híbrida envolvendo legado instalado localmente (on premises) que precisará integrar com soluções em nuvem, esta integração poderá ser realizada por meio de interligação de redes de dados com o uso de VPNs, LAN-TO-LAN ou simplesmente configurando portas e endereços IPs em firewalls. Novamente, esta decisão precisa ser tomada por uma equipe com profissionais de várias áreas de conhecimento.

Podem ser levadas em consideração, estratégias de evolução, como curto e longo prazo, por exemplo uma aplicação pode começar pequena para validar um conceito, neste estágio embrionário, talvez não faça sentido arcar com uma infraestrutura completa, uma plataforma provavelmente irá garantir maior agilidade em entregas. Conforme o crescimento da solução, o cenário pode mudar.

No que diz respeito à popularidade desses serviços, todos são populares. E este é um bom cenário, pois podemos utilizar o que melhor se adapta à necessidade do projeto. Por exemplo, caso seja necessário ter um cluster Hadoop no qual se deseja executar tarefas de MapReduce, o EC2 é um componente perfeito para este uso, que é um exemplo de IaaS. Por outro lado, quando temos uma aplicação escrita em alguma linguagem de programação e desejamos implantá-la em ambiente de nuvem sem se preocupar com os aspectos referentes à infraestrutura e instalação de tecnologias, é possível escolher uma solução como o Heroku, que é um exemplo de PaaS.

Vivemos em um momento em que as grandes e pequenas empresas podem acessar infraestrutura de primeira linha para computação, armazenamento e gerenciamento de seus serviços de forma on-line e inovadora. Essa abordagem permite que as organizações se concentrem na estratégia de seus negócios, na melhoria de seus processo operacionais e assim aumentem seu desempenho.

Por fim, Paul Kerrison recentemente fez uma analogia que impede qualquer um de esquecer os variados tipos de serviços em nuvem disponíveis comparando-os com um processo de fazer Pizza.

Pizza as a Service 2.0

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