Auto Scaling Out/In 自动扩展或缩减笔记

Auto Scaling Out/In 自动扩展或缩减笔记

目前为止已经完成将应用程序从传统自建机房搬到 AWS 云端的工作，这已经帮管理人员节省了要管理一大堆实体设备的问题，接下来我们就继续发挥云端的特色，云计算最为人所称道的就是它的便利性，也就是要用多少拿多少，不用就还给云端，转成专业术语就是 Auto Scaling Up/Down 自动扩展或缩减，所以接下来我们要进行的就是如何让原先的架构可以达到这个目标，如下图所示

图 1 具有自动扩展功能的应用程序架构

下图是个很常见的网页应用程序计算使用量的统计图表，所有网站拥有者都有相同的困扰，他们必须为最高计算量准备好该有的硬设备，但是当我们把整个计算量统计出来时，却发现原来闲置的计算量可能数倍于使用所需的计算量，这对经营者而言是个很大的打击，尤其是针对新创业者或是产品周期就短的业者而言，都是很不利的，这也说明了，为何现在的新创公司或是手游业者会大量采用云端技术的主要原因。

图 2 网页应用程序容量统计图

AWS 在自动扩展或缩减这个需求上提供了三个组件：

• 启动配置 Launch Configuration : 这个组件提供的是当要扩展时所要启动的 EC2 实例，所以需要提供 AMI 、实例类型、安全组、角色。
• 自动扩展组 Auto Scaling Group : 这个组件提供的是整个 EC2 实例所在的环境，包含了 VPC 和子网、负载均衡器、最少实例数、最多实例数、所需容量。
• 自动扩展策略 Auto Scaling Policy : 这个组件提供的是整个系统要如何进行扩展或缩减需求，是按特定时间就增加或减少，这个功能适合对时间敏感的组织，如证券公司开盘时就是高峰期间，零售商特卖活动等；另一种是依照目前的计算量来进行配置。所以包含了按计划／按求需、扩展策略或缩减策略等功能。

下图描述了 AWS 自动扩展或缩减架构， ELB 对外提供服务，透过 Cloud Watch 来监控 ELB 目前的状态，根据使用者是先定义好的 Auto Scaling Policy 来通知 Auto Scaling 是否要新增 EC2 实例，如果需要，则从 Launch Configuration 所定义好的 EC2 实例进行启动，并放置到 ELB 的 target group 中。

图 3 、AWS 自动扩展或缩减架构

Aoto Scaling Group 建置

从无到有建置 Aoto Scaling Group 要做的事情有

1. 建置 VPC 与相关的子网 - 请参阅 Amazon VPC 实操。
2. 新增 EC2 实例 - 请参阅 Amazon Elastic Compute Cloud (EC2) 笔记。
3. 新增 RDS 实例 - 请参阅 EC2 连接 RDS。
4. 新增 AMI - 建置一个 AMI 模板供后续的 Launch Configuration 使用

根据以上所建立的 EC2 实例，我们必须在该实例上进行一些雏型系统配置，作为将来检验之用

系统设定

# 安装套件 httpd php mysql php-mysql
sudo yum -y install httpd php mysql php-mysql
# 启动 Web Server
sudo systemctl start httpd
# 设定 Web Server 为系统服务，可在下次重开机时自动启动
sudo systemctl enable httpd

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应用程序设定
首页程序 index.php，新增加可以增加主机CPU负载的链结

<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>

 

 
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存取 RDS 的程序 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
$mysqli=newmysqli($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
$sql="INSERTINTOec{2}_{m}etadata(instanceId,availabilityZone,remoteIp)VALUES{(}^{\prime }${instanceId}’, ‘${availabilityZone}^{\prime }{,}^{\prime }${remoteIp}’)";
if (!$mysqli->query( $sql))
echo "<div>Error: " . $sql . “<br>” . $mysqli->error . “</div>”;

$mysqli->close();
?>

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产生 CPU 负载的程序 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” />”;

KaTeX parse error: Can't use function '\'' in math mode at position 34: …stat 1 2 | awk \̲'̲{ for (i=1; i&l…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>”;
?>

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透过浏览器确认功能无误，确认首首以及产生 CPU 负载测试页均可正常运行，如下图显示

图 4 确认 EC2 实例的功能符合要求

到 EC2 控制台，选择左边选单中的 实例，再选择刚刚建立的 EC2 实例，按鼠标右建，选择 Image > Create Image，接着输入以下内容建可以建立一个 AMI Image

Image name : ithomeAMI
Image description : ithome Web Server AMI

图 5 新增 AMI

图 6 输入 AMI 信息

5. 新增 Application Load Balancer (ALB) - 原则上跟 Elastic Load Balancing (ELB) 笔记 很类似，只有第五个步骤 Register Targets，有所不同，原来的步骤是

Register Targets: 指定目标群的内容，将先前设定的两个 EC2 实例指定到上面新建立的目标群

图 7 指定负载平衡器目标群内容

但因为这次的目标群是不固定的，会在下一个步骤再设定，所以应该是不要指定，如下图

图 8 负载平衡器目标群内容不指定

6. 新增 Launch Configuration - 设定目标群内的 EC2 实例的启动组态

到 EC2 控制台，选择左边选单中的 Launch Configuration，按下右边的建立启动组态按钮

图 9 建立启动组态

完成启动组态设定

名称 : ithomeLC
AMI : ithomeAMI
实例类型 : t2.micro (1 vCPU, 1 GiB, 仅 EBS)
监控 (Monitoring) : 在 CloudWatch 中启用 EC2 实例详细监控 #重要！!!启用详细监控之后，当您使用此启动组态时，Auto Scaling 群组可以具备相关扩展政策，以 1 分钟的频率在 Amazon EC2 实例指标上扩展。
指派安全群组 :
选取现有的安全群组
ithome_web_SG
密钥对选项 :
选择现有的密钥对
ithome

图 10 启动组态设定画面

7. 新增 Auto Scaling Group

到 EC2 控制台，选择左边选单中的 Auto Scaling 群组，按下右边的建立 Auto Scaling 群组按钮，接下来需要完成七个步骤来完成Auto Scaling 群组的设定

步骤 1. 选择启动模板或组态

Auto Scaling 组名 : ithomeACG
启动组态 : ithomeLC (记得一定要先按下转换至启动组态，才会切换到选择启动组态)

图 11 选择启动组态

步骤 2. 进行设定

VPC : vpc-0bb7004b67556d0da (172.16.0.0/16) | ithomeVPC
子网 :
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

图 12 网络组态设定

步骤 3 (选用) 设定进阶选项

负载平衡
勾选 启用负载平衡
_Application Load Balancer _
为您的负载平衡器选择目标组 : ithomeTargetGroup
监控 : 勾选 在 CloudWatch 中启用群组指针集合

图 13 负载平衡设定

步骤 4 (选用) 设定群组大小和扩展政策

群组大小 - 选用
变更所需的容量，以指定 Auto Scaling 群组的大小。您也可以指定最小和最大容量限制。所需的容量必须在限制范围内。
所需容量 : 2 # 指的是一开始启动 Auto Scaling Group 会启动的 EC2 实例数量
容量下限 : 1 # 指的是 Auto Scaling Group 最少正在执行的 EC2 实例数量
容量上限 : 10 # 指的是 Auto Scaling Group 最多正在正常执行的 EC2 实例数量

扩展政策 - 选用
选择 目标追踪扩展政策
选择所需的结果，并将其保留至扩展政策中，视需要新增和移除容量，以实现该结果。
扩展政策名称: itHomePolicy
指标类型 : 平均 CPU 使用率
目标数值 : 50
纳入指标之前的暖机秒数 : 300

这个设定的意思是说当整个 Auto Scaling Group 的平均 CPU 使用率为 50% 的话，会扩展一台新的 EC2 实例来降低整个系统的负荷
纳入指标之前的暖机秒数这个数字是说，当新增一台新的 EC2 实例，从启动到可以被注册到目标群的时间

图 14 设定群组大小和扩展政策

步骤 5 (选用) 新增通知

没有设定

步骤 6 (选用) 新增标签

标签
密钥 : Name # 注意大小写是不同的，
数值 : itHomeWebServer

图 15 设定新启动的 EC2 实例的名称

步骤 7. 检阅

再次确认上述数据有无错误

检验 Auto Scaling Group

到 EC2 控制台，选择左边选单中的 负载平衡器，选择负载平衡器 ithomeALB，并找到 DNS name 这个字段，复制这个字段并贴到浏览器，如果成功会出现以下画面，按下 Increase CPU Load 来增加 CPU 使用率。

图 16 透过ALB浏览网页

几分钟后，到 EC2 控制台，选择左边选单中的 Target groups，选择 ithomeTargetGroup，切换到 Targets 页签，可以观察到下方的 EC2 实例的增加状况。

图 17 观察目标组实例的状态

以上是没有错误的状况，但如果一直观察不到有新的 EC2 实例生成，可以到 EC2 控制台，选择左边选单中的 Auto Scaling Groups，选择 ithomeACG，切换到活动页签，可以观察到活动的历史纪录，这是很重要的排错功能。

图 18 观察Auto Scaling Groups活动的历史纪录

此外还可以透过监控页签，选择检视所有 CloudWatch 指标，切换到CloudWatch的控制台，选择 EC2 > 依照 Auto Scaling 群组，选择观察 CPUUtilization 这个指针，就可以有图形化的方式显示出来

图 19 透过 CloudWatch 观察 CPUUtilization

再检查RDS是否正常运作

图 20 检查RDS是否正常运作

最后，当整个CPU使用率下降后，确认是否会自动缩减，一样去检查目标组(Target groups)中的实例的状态就可以知道，下图中有三个实例正在进行解注册目标组

图 21 目标组实例自动缩减