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@yuukinet(tabe yuuki)

AWS EC2のCPU負荷でのオートスケーリングとCPUクレジットを試してみた

Last updated at Posted at 2024-09-26

AWS Hands-on for Beginners

Amazon EC2 Auto Scaling スケーリング基礎編

上記のハンズオンに基づいて、EC2インスタンスを作成しオートスケーリンググループ（通常：２　最小：２　最大４）を作成する。

ここで、作成したインスタンスに対して下記のコマンドを実行しCPU負荷をかける。

stress -c 1

ハンズオンでは、CloudWatchによるCPU使用率が上昇し、スケールアウトが発生する。とのことだが、実際にはCPU負荷は一度は上昇するが、すぐに減少してしまい。スケールアウトが発生しないケースがある。

1.CloudFormationでハンズオン用のスタックを作成する

　CloudFormation　＞　スタック　＞　スタックの新規作成

{
  "AWSTemplateFormatVersion" : "2010-09-09",

  "Description" : "This template is for 'AWS Hands-on for Beginners Amazon EC2 Auto Scaling'.",

  "Resources" : {

    "VPC" : {
      "Type" : "AWS::EC2::VPC",
      "Properties" : {
        "CidrBlock" : "10.0.0.0/16",
        "EnableDnsSupport" : true,
        "EnableDnsHostnames" : true,
        "Tags" : [ {"Key" : "Name", "Value" : "h4b-vpc" } ]
      }
    },

    "PublicSubnet1" : {
      "Type" : "AWS::EC2::Subnet",
      "Properties" : {
        "VpcId" : { "Ref" : "VPC" },
        "CidrBlock" : "10.0.0.0/24",
        "AvailabilityZone" : { "Fn::Select" : [ "0", { "Fn::GetAZs" : { "Ref" : "AWS::Region" }}]},
        "MapPublicIpOnLaunch" : true,
        "Tags" : [ {"Key" : "Name", "Value" : "h4b-subnet1" } ]
      }
    },
    
    "PublicSubnet2" : {
      "Type" : "AWS::EC2::Subnet",
      "Properties" : {
        "VpcId" : { "Ref" : "VPC" },
        "CidrBlock" : "10.0.1.0/24",
        "AvailabilityZone" : { "Fn::Select" : [ "1", { "Fn::GetAZs" : { "Ref" : "AWS::Region" }}]},
        "MapPublicIpOnLaunch" : true,
        "Tags" : [ {"Key" : "Name", "Value" : "h4b-subnet2" } ]
      }
    },

    "InternetGateway" : {
      "Type" : "AWS::EC2::InternetGateway",
      "Properties" : {
        "Tags" : [ {"Key" : "Name", "Value" : "h4b-igw" } ]
      }
    },

    "AttachGateway" : {
       "Type" : "AWS::EC2::VPCGatewayAttachment",
       "Properties" : {
         "VpcId" : { "Ref" : "VPC" },
         "InternetGatewayId" : { "Ref" : "InternetGateway" }
       }
    },

    "RouteTable" : {
      "Type" : "AWS::EC2::RouteTable",
      "Properties" : {
        "VpcId" : {"Ref" : "VPC"},
        "Tags" : [ {"Key" : "Name", "Value" : "h4b-route-table" } ]
      }
    },

    "Route" : {
      "Type" : "AWS::EC2::Route",
      "DependsOn" : "AttachGateway",
      "Properties" : {
        "RouteTableId" : { "Ref" : "RouteTable" },
        "DestinationCidrBlock" : "0.0.0.0/0",
        "GatewayId" : { "Ref" : "InternetGateway" }
      }
    },

    "SubnetRouteTableAssociation1" : {
      "Type" : "AWS::EC2::SubnetRouteTableAssociation",
      "Properties" : {
        "SubnetId" : { "Ref" : "PublicSubnet1" },
        "RouteTableId" : { "Ref" : "RouteTable" }
      }
    },
      
    "SubnetRouteTableAssociation2" : {
      "Type" : "AWS::EC2::SubnetRouteTableAssociation",
      "Properties" : {
        "SubnetId" : { "Ref" : "PublicSubnet2" },
        "RouteTableId" : { "Ref" : "RouteTable" }
      }
    },

    "ALBSecurityGroup" : {
      "Type" : "AWS::EC2::SecurityGroup",
      "Properties" : {
        "VpcId" : { "Ref" : "VPC" },
        "GroupDescription" : "Enable http access",
        "GroupName" : "h4b-alb-sg",
        "SecurityGroupIngress" : [
          { "IpProtocol" : "tcp", "FromPort" : "80", "ToPort" : "80", "CidrIp" : "0.0.0.0/0"}
         ],
         "Tags" : [ {"Key" : "Name", "Value" : "h4b-alb-sg" } ]
      }
    },


    "EC2SecurityGroup" : {
      "Type" : "AWS::EC2::SecurityGroup",
      "Properties" : {
        "VpcId" : { "Ref" : "VPC" },
        "GroupDescription" : "Enable http access from ALB Security Group",
        "GroupName" : "h4b-ec2-sg",
        "SecurityGroupIngress" : [
          { "IpProtocol" : "tcp", "FromPort" : "22", "ToPort" : "22", "CidrIp" : "0.0.0.0/0" },
          { "IpProtocol" : "tcp", "FromPort" : "80", "ToPort" : "80", "SourceSecurityGroupId" : { "Ref" : "ALBSecurityGroup" }}
         ],
         "Tags" : [ {"Key" : "Name", "Value" : "h4b-ec2-sg" } ]
      }
    },
    
    "ALBTargetGroup" : {
      "Type" : "AWS::ElasticLoadBalancingV2::TargetGroup",
      "Properties" : {
        "HealthCheckEnabled" : true,
        "HealthCheckIntervalSeconds" : 30,
        "Matcher" : {
          "HttpCode" : "200"
        },
        "Name" : "h4b-tg",
        "Port" : 80,
        "Protocol" : "HTTP",
        "TargetGroupAttributes" : [{
          "Key" : "deregistration_delay.timeout_seconds",
          "Value" : "120"
        }],
        "VpcId" : { "Ref" : "VPC" },
        "Tags" : [ {"Key" : "Name", "Value" : "h4b-tg"} ]
      }
    },
    
    "ALB" : {
      "Type" : "AWS::ElasticLoadBalancingV2::LoadBalancer",
      "Properties" : {
        "IpAddressType" : "ipv4",
        "Name" : "h4b-alb",
        "Scheme" : "internet-facing",
        "SecurityGroups" : [{ "Ref" : "ALBSecurityGroup" }],
        "Subnets" : [ { "Ref" : "PublicSubnet1" }, {"Ref" : "PublicSubnet2"} ],
        "Tags" : [ {"Key" : "Name", "Value" : "h4b-alb"} ],
        "Type" : "application"
      }
    },
    
    "ALBListener" : {
      "Type" : "AWS::ElasticLoadBalancingV2::Listener",
      "Properties" : {
        "DefaultActions" : [{
          "TargetGroupArn" : { "Ref" : "ALBTargetGroup" },
          "Type" : "forward"
        }],
        "LoadBalancerArn" : { "Ref" : "ALB" },
        "Port" : 80,
        "Protocol" : "HTTP"
      }
    }

  }

}

image.png

2.EC2の起動テンプレートの作成

EC2　＞　起動テンプレート　＞　起動テンプレートを作成

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3.EC2のオートスケーリンググループの作成

EC2　＞　Auto Scaling グループ　＞　Auto Scaling グループを作成する
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4.インスタンスを確認

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5.CloudWatchのCPUUtilizationの確認

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6.インスタンスに接続し、topコマンド実行

■１号機
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■２号機
image.png

stress -c 1

コマンドを実行

■１号機
image.png

■２号機
image.png

この時のインスタンスの状態
image.png

この時のCloudWatchの状態
image.png

数分後
■CloudWatch
image.png

３号機のインスタンスが起動される

■インスタンスの状態
image.png

■１号機の状態
image.png

■２号機の状態
image.png

さらに４号機のインスタンスが起動される

■インスタンスの状態
image.png

■CloudWatchの状態
image.png

■最終形態
image.png

image.png

■オートスケーリンググループのアクティビティ
image.png

7.スケールインを試す

１号機、２号機のstressコマンドを中断
image.png

image.png

スケールインの条件は
15 分内の15データポイントのCPUUtilization < 60

image.png

約２０分後にTargetTracking-h4b-autoscaling-group-AlarmLowのアラームが発生
image.png

１つのインスタンスが終了状態になる
image.png

オートスケーリングのアクティビティ
image.png

古いインスタンスから終了していることがわかる

そしてもう一つのインスタンスも終了される
image.png

これでスケールアウト、およびスケールインの検証は完了。

ここまではスムーズにいったケース
しかし、筆者が同じ状態で行ったときには、CPU負荷が一度は１００％になったが、それ以降CPU負荷は１０％にとどまり、それ以上上昇しなかった。

EC2のCPUクレジット

image.png
image.png

Amazon EC2でT系インスタンスでは、他のインスタンスタイプとは違い、ベースラインと呼ばれるあらかじめ決められたCPU使用率が定義されています。ベースラインを超えたCPU使用率が使用できる状況をバースト機能と呼びます。バースト機能を使用している時に使われるのが、「CPUクレジット」です。

この「CPUクレジット残高」が0になると、CPUクレジットの消費タイプにより、ベースライン以下の性能しか出なくなるか、追加の課金が発生します。

ここで、先ほどの２つのインスタンスの内、一つだけstressでCPUを100%の状態にしてみます。

image.png

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何もしていないインスタンスの状態はCPUが０％のままです。
image.png
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負荷をかけたインスタンスのほうがCPUクレジットを消費していくのがわかります。
image.png

このときのCloudWatchのTargetTracking-h4b-autoscaling-group-AlarmHighのCPUUtilizationメトリクスは一度は上昇します。

image.png

その後もCPUクレジットは減少を続けます。
image.png

ついにCPUクレジットがなくなりました。
image.png

■この時の負荷をかけたインスタンスの状態はこのようになります。
image.png

stressでCPUが100%だった状態が、CPUが10%しか稼働していません。

この時のCloudWatchのTargetTracking-h4b-autoscaling-group-AlarmHighのCPUUtilizationメトリクスは減少します。
image.png

これで負荷をかけても、CPUクレジットがなくなるとCPUが100%の能力を出せず、オートスケーリングが失敗することがあるようです。
筆者の場合、最初にこの状態になりました。
この状態だと、一度stressを止めて再度実行しても、既にクレジットがないためCPUは１０％までしか稼働できません。

なぜ最初からCPUクレジットがなくなっていたのかは謎のままですが、CPU負荷を掛けても１００％使えない状態があることは知っておいたほうが良いと思います。

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