第 12 屆 iThome 鐵人賽

DAY 1

自我挑戰組

AWS架構應用系列第 12 篇

Auto Scaling Out/In 自動擴展或縮減 - Day12

12th鐵人賽 aws elb alb auto scaling group

yehchitsai

2020-09-12 20:51:54

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Auto Scaling Out/In 自動擴展或縮減 - Day12

目前為止已經完成將應用程式從傳統自建機房搬到 AWS 雲端的工作，這已經幫管理人員節省了要管理一大堆實體設備的問題，接下來我們就繼續發揮雲端的特色，雲計算最為人所稱道的就是它的便利性，也就是要用多少拿多少，不用就還給雲端，轉成專業術語就是 Auto Scaling Up/Down 自動擴展或縮減，所以接下來我們要進行的就是如何讓原先的架構可以達到這個目標，如下圖所示

圖一、具有自動擴展功能的應用程式架構

下圖是個很常見的網頁應用程式計算使用量的統計圖表，所有網站擁有者都有相同的困擾，他們必須為最高計算量準備好該有的硬體設備，但是當我們把整個計算量統計出來時，卻發現原來閒置的計算量可能數倍於使用所需的計算量，這對經營者而言是個很大的打擊，尤其是針對新創業者或是產品週期就短的業者而言，都是很不利的，這也說明了，為何現在的新創公司或是手遊業者會大量採用雲端技術的主要原因。

圖二、網頁應用程式容量統計圖

AWS 在自動擴展或縮減這個需求上提供了三個組件：

啟動配置 Launch Configuration : 這個組件提供的是當要擴展時所要啟動的 EC2 實例，所以需要提供 AMI 、實例類型、安全組、角色。
自動擴展組 Auto Scaling Group : 這個組件提供的是整個 EC2 實例所在的環境，包含了 VPC 和子網、負載均衡器、最少實例數、最多實例數、所需容量。
自動擴展策略 Auto Scaling Policy : 這個組件提供的是整個系統要如何進行擴展或縮減需求，是按特定時間就增加或減少，這個功能適合對時間敏感的組織，如證券公司開盤時就是高峰期間，零售商特賣活動等；另一種是依照目前的計算量來進行配置。所以包含了按計畫／按求需、擴展策略或縮減策略等功能。

下圖描述了 AWS 自動擴展或縮減架構， ELB 對外提供服務，透過 Cloud Watch 來監控 ELB 目前的狀態，根據使用者是先定義好的 Auto Scaling Policy 來通知 Auto Scaling 是否要新增 EC2 實例，如果需要，則從 Launch Configuration 所定義好的 EC2 實例進行啟動，並放置到 ELB 的 target group 中。

圖三、AWS 自動擴展或縮減架構

Aoto Scaling Group 建置

從無到有建置 Aoto Scaling Group 要做的事情有

建置 VPC 與相關的子網 - 請參閱Amazon VPC 練習 - Day07。
新增 EC2 實例 - 請參閱Amazon Elastic Compute Cloud (EC2) - Day08。
新增 RDS 實例 - 請參閱EC2 連接 RDS - Day11。
新增 AMI - 建置一個 AMI 範本供後續的 Launch Configuration 使用

根據以上所建立的 EC2 實例，我們必須在該實例上進行一些雛型系統配置，作為將來檢驗之用

系統設定

# 安裝套件 httpd php mysql php-mysql
sudo yum -y install httpd php mysql php-mysql
# 啟動 Web Server
sudo systemctl start httpd
# 設定 Web Server 為系統服務，可在下次重開機時自動啟動
sudo systemctl enable httpd

應用程式設定
首頁程式 index.php，新增加可以增加主機CPU負載的鏈結

<center>
<p>
<a href="put-cpu-load.php" target="_blank">Increase CPU Load</a>
</p>
<table class='table table-bordered'>
<tr><th>Meta-Data</th><th>Value</th></tr>
<?php
  #The URL root is the AWS meta data service URL where metadata
  # requests regarding the running instance can be made
  $urlRoot="http://169.254.169.254/latest/meta-data/";
  $instanceId = file_get_contents($urlRoot . 'instance-id');
  $availabilityZone = file_get_contents($urlRoot . 'placement/availability-zone');
  # Get the instance ID from meta-data and print to the screen
  echo "<tr><td>InstanceId</td><td><i>" . $instanceId . "</i></td><tr>";
  # Availability Zone
  echo "<tr><td>Availability Zone</td><td><i>" . $availabilityZone . "</i></td><tr>";
  include("rds_write.php");
?>
</table>
</center>

存取 RDS 的程式 rds_write.php

<?php
//This is a simple EC2_metadata example for testing with RDS

// RDS configuration
  $rdsURL = "ithomedbid.clbfxibs3qbv.ap-southeast-1.rds.amazonaws.com";
  $rdsDB = "ithomeDB";
  $rdsUser = "ithomeDbuser";
  $rdsPwd = "ithome-password";

// Get remote IP
  $remoteIp = isset($_SERVER['REMOTE_ADDR']) ? $_SERVER['REMOTE_ADDR'] : "";

// Connect to the RDS database
  $mysqli = new mysqli($rdsURL, $rdsUser, $rdsPwd, $rdsDB);

// Set mysql connection character set
  if (!$mysqli->set_charset('utf8')) {
    printf("Error loading character set utf8: %s\n", $mysqli->error);
    exit;
  }

// Insert data into ec2_metadata tbale in RDS
  $sql = "INSERT INTO ec2_metadata (instanceId, availabilityZone, remoteIp)
        VALUES ('${instanceId}', '${availabilityZone}', '${remoteIp}')";
  if (!$mysqli->query( $sql))
    echo "<div>Error: " . $sql . "<br>" . $mysqli->error . "</div>";

 $mysqli->close();
?>

產生 CPU 負載的程式 put-cpu-load.php

<?php
  # Start PHP Session to keep track of whether or not load is getting generated
  session_start();
  
  echo "<meta http-equiv=\"refresh\" content=\"5,URL=./put-cpu-load.php\" />";

  $idleCpu = exec('vmstat 1 2 | awk \'{ for (i=1; i<=NF; i++) if ($i=="id") { getline; getline; print $i }}\'');

  if ($idleCpu > 50) {

    echo exec('dd if=/dev/zero bs=100M count=500 | gzip | gzip -d  > /dev/null &');
    echo "Generating CPU Load! (auto refresh in 5 seconds)";
  }
  else {
    echo "Under High CPU Load! (auto refresh in 5 seconds)";
  }
  echo "<br /><p>Current CPU Load: <b>"; 
  echo 100-$idleCpu;
  echo "%</b></p>";
?>

透過瀏覽器確認功能無誤，確認首以及壓力測試頁均可正常運行，如下圖顯示

圖四、確認 EC2 實例的功能符合要求

到 EC2 主控台，選擇左邊選單中的 執行個體，再選擇剛剛建立的 EC2 實例，按滑鼠右建，選擇 Image > Create Image，接著輸入以下內容建可以建立一個 AMI Image

Image name : ithomeAMI
Image description : ithome Web Server AMI

圖五、新增 AMI

圖六、輸入 AMI 資訊

新增 Application Load Balancer (ALB) - 原則上跟 Elastic Load Balancing (ELB) - Day09很類似，只有第五個步驟 Register Targets，有所不同，原來的步驟是

圖六、指定負載平衡器目標群內容

但因為這次的目標群是不固定的，會在下一個步驟再設定，所以應該是不要指定，如下圖

圖七、負載平衡器目標群內容不指定

新增 Launch Configuration - 設定目標群內的 EC2 實例的啟動組態

到 EC2 主控台，選擇左邊選單中的 Launch Configuration，按下右邊的建立啟動組態按鈕

圖八、建立啟動組態

完成啟動組態設定

名稱 : ithomeLC
AMI : ithomeAMI
執行個體類型 : t2.micro (1 vCPU, 1 GiB, 僅 EBS)
監控 (Monitoring) : 在 CloudWatch 中啟用 EC2 執行個體詳細監控
指派安全群組 :
選取現有的安全群組
ithome_web_SG
金鑰對選項 :
選擇現有的金鑰對
ithome

圖九、啟動組態設定畫面

新增 Auto Scaling Group

到 EC2 主控台，選擇左邊選單中的 Auto Scaling 群組，按下右邊的建立 Auto Scaling 群組按鈕，接下來需要完成七個步驟來完成Auto Scaling 群組的設定

步驟 1. 選擇啟動範本或組態

Auto Scaling 群組名稱 : ithomeACG
啟動組態 : ithomeLC (記得一定要先按下轉換至啟動組態，才會切換到選擇啟動組態)

圖十、選擇啟動組態

步驟 2. 進行設定

VPC : vpc-0bb7004b67556d0da (172.16.0.0/16) | ithomeVPC
子網路 :
ap-southeast-1a | subnet-0f1df807467b642f6 (ithome public subnet 1)
172.16.0.0/26
ap-southeast-1b | subnet-06f56dccb2a9cfcf0 (ithome public subnet 2)
172.16.0.64/26

圖十一、網路組態設定

步驟 3 (選用) 設定進階選項

負載平衡
勾選 啟用負載平衡
_Application Load Balancer _
為您的負載平衡器選擇目標群組 : ithomeTargetGroup
監控 : 勾選 在 CloudWatch 中啟用群組指標集合

圖十二、負載平衡設定

步驟 4 (選用) 設定群組大小和擴展政策

群組大小 - 選用
變更所需的容量，以指定 Auto Scaling 群組的大小。您也可以指定最小和最大容量限制。所需的容量必須在限制範圍內。
所需容量 : 2 # 指的是一開始啟動 Auto Scaling Group 會啟動的 EC2 實例數量
容量下限 : 1 # 指的是 Auto Scaling Group 最少正在執行的 EC2 實例數量
容量上限 : 10 # 指的是 Auto Scaling Group 最多正在正常執行的 EC2 實例數量

擴展政策 - 選用
選擇目標追蹤擴展政策
選擇所需的結果，並將其保留至擴展政策中，視需要新增和移除容量，以實現該結果。
擴展政策名稱: itHomePolicy
指標類型 : 平均 CPU 使用率
目標數值 : 50
納入指標之前的暖機秒數 : 300

這個設定的意思是說當整個 Auto Scaling Group 的平均 CPU 使用率為 50% 的話，會擴展一台新的 EC2 實例來降低整個系統的負荷
納入指標之前的暖機秒數這個數字是說，當新增一台新的 EC2 實例，從啟動到可以被註冊到目標群的時間

圖十三、設定群組大小和擴展政策