483-AWS SAP AWS 「理論・実践・一問道場」MemoryDB

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理論

1. AWSにおけるデータベースとインメモリストレージ

Amazon RDS (Relational Database Service):

フルマネージドなリレーショナルデータベースサービス。耐久性が高く、バックアップやスケーリングが簡単ですが、書き込みレイテンシが高くなることがある。
用途: トランザクション処理や分析のためのデータ保持。

Amazon MemoryDB for Redis:

フルマネージドインメモリデータベースで、高いパフォーマンスと低レイテンシを提供。
永続化機能があり、高可用性とデータの永続化を確保。リアルタイムデータ処理に最適。
用途: 高速なデータアクセスが必要なアプリケーション（例: ゲームのリーダーボード、セッション管理）。

Amazon ElastiCache for Redis:

インメモリキャッシュサービス。データの読み取りと書き込み速度が非常に速い。
用途: キャッシュ用途や一時的なデータストレージとして使用され、データの永続化や高可用性には追加の設定が必要。

2. 高可用性と耐障害性の構成

Multi-AZ配置:

複数のアベイラビリティゾーンにまたがる配置により、障害発生時の自動フェイルオーバーを実現。
耐障害性と高可用性を向上させ、システムダウンタイムを最小限に抑える。

バックアップとデータ永続化:

データの永続性を確保するために、データベースは定期的にバックアップを取る必要があります。
S3やEBSなどを使用して、データのバックアップやログ保存が可能。

3. インメモリデータストレージの特徴

低レイテンシ:

インメモリストレージは、ディスクベースのストレージよりも高速で、数ミリ秒単位でデータにアクセスできます。これがゲームやリアルタイムアプリケーションで重要です。

データの一貫性:

RedisやMemoryDBは、データがメモリ内で管理されるため、非常に高いパフォーマンスを発揮します。永続化設定をすることで、データをディスクにも保存でき、データの損失を防げます。

スケーラビリティ:

インメモリストレージは、スケールアウト（複数ノードの追加）やスケールアップ（より大きなインスタンスの使用）によって、アプリケーションの成長に対応できます。

4. 運用負荷の軽減

フルマネージドサービス:

AWSのフルマネージドサービス（MemoryDB for Redis、RDSなど）は、運用の手間を大きく削減します。バックアップ、スケーリング、障害復旧などをAWSが自動で処理してくれるため、運用負荷が低減します。

EC2での自己管理:

EC2インスタンスで自分でRedisを構築する場合、運用負荷が増加します。インスタンスの管理、スケーリング、バックアップの手動設定が必要です。

結論

この問題では、リアルタイム性とデータ永続化の要件を満たし、運用負荷を最小化するためには、MemoryDB for Redisのようなフルマネージドで高可用性のインメモリストレージが適していることがわかります。

実践

略

一問道場

問題 #483

ある企業が、大規模マルチプレイヤーゲームのインフラをAWSに移行しています。このゲームのアプリケーションには、プレイヤーがリアルタイムでランキングを見ることができるリーダーボードがあります。リーダーボードは、マイクロ秒単位の読み取りと、数ミリ秒単位の書き込み遅延を必要とします。データセットのサイズは数テラバイトで、プライマリノードが障害を起こした場合でも、1分以内に書き込みを受け付けることができなければなりません。企業は、データが今後の分析処理用にデータパイプラインを通じて永続化されるソリューションを必要としています。

どのソリューションが最も運用負荷を抑えつつ、これらの要件を満たしますか？

A. Amazon ElastiCache for Redisクラスタを作成し、Multi-AZモードで構成します。アプリケーションをプライマリノードとやりとりするように設定します。

B. Amazon RDSデータベースを作成し、読み取りレプリカを設定します。アプリケーションに書き込み先として書き込みエンドポイントを指し示し、読み取り先として読み取りエンドポイントを指し示すように設定します。

C. Amazon MemoryDB for Redisクラスタを作成し、Multi-AZモードで構成します。アプリケーションをプライマリノードとやりとりするように設定します。

D. 複数のRedisノードをAmazon EC2インスタンスに配置し、複数のアベイラビリティゾーンに分散させます。バックアップをAmazon S3に設定します。

解説

この問題では、大規模マルチプレイヤーゲームのインフラをAWSに移行し、リアルタイムで更新されるリーダーボードのデータを高いパフォーマンスで処理する必要があります。また、プライマリノードが障害を起こした場合でも迅速に復旧し、データを将来の分析処理のために永続化する必要があります。これらの要件を満たすために、最も運用負荷が少ない解決策を選ぶことが求められています。

各選択肢を順番に解析します。

A. Amazon ElastiCache for Redis クラスタを作成し、Multi-AZモードで構成します。アプリケーションをプライマリノードとやりとりするように設定します。

ElastiCache for Redis はインメモリデータストアで、非常に高速なデータ読み書きが可能です。しかし、復旧の速さとデータ永続性の観点で不十分です。

Redisは主にキャッシュ用途で使われるため、データを永続的に保存するためには追加のストレージ設定や、データパイプラインを構成する必要があります。

ただし、データ永続化や分析用のデータパイプラインに関する要件は、この選択肢では十分に満たされません。

したがって、この選択肢は要件を完全に満たさないため、不適切です。

B. Amazon RDSデータベースを作成し、読み取りレプリカを設定します。アプリケーションに書き込み先として書き込みエンドポイントを指し示し、読み取り先として読み取りエンドポイントを指し示すように設定します。

Amazon RDS はリレーショナルデータベースサービスで、高い耐久性を提供し、データ永続性の要件に適しています。

読み取りレプリカを使用して、読み取りのパフォーマンスを向上させることができますが、書き込みのレイテンシーが数ミリ秒という要件に対して十分に対応できるかは不明です。特に、RDSはマルチプレイヤーゲームのような非常に高いスループットが要求されるアプリケーションには最適ではないかもしれません。

また、RDSの復旧速度は遅く、障害発生時に1分以内で書き込みを受け付けるという要件を満たすためには追加の対策が必要になる可能性があります。

よって、この選択肢はパフォーマンス要件を十分に満たすことができません。

C. Amazon MemoryDB for Redis クラスタを作成し、Multi-AZモードで構成します。アプリケーションをプライマリノードとやりとりするように設定します。

MemoryDB for Redis はAWSのフルマネージドインメモリデータベースで、耐久性と高可用性を提供するために設計されています。データが永続化されるため、バックアップや障害復旧にも対応できます。

また、Multi-AZモードを使用することで、高可用性と耐障害性が確保され、プライマリノードがダウンした場合でも、1分以内にデータの書き込みが再開できる可能性が高くなります。

さらに、MemoryDB for Redisは非常に低い読み書きレイテンシ（数ミリ秒）を提供し、ゲームのようなリアルタイムアプリケーションに最適です。

データを将来の分析処理のために永続化できることから、この選択肢は要件を最も満たすと言えます。

D. 複数のRedisノードをAmazon EC2インスタンスに配置し、複数のアベイラビリティゾーンに分散させます。バックアップをAmazon S3に設定します。

EC2インスタンスに複数のRedisノードを配置して分散することは可能ですが、これには運用の管理負担が伴います。AWSのマネージドサービスを利用する場合と比べて、手動でのスケーリング、バックアップ、障害時の復旧など、管理が大変です。

また、バックアップをS3に設定しても、高可用性や低レイテンシの要件を満たすためには、アーキテクチャの設計が複雑になり、運用負担が増える可能性があります。

よって、この選択肢は運用負荷が高く、最小限の運用負荷を求める要件には適していません。

結論

最も運用負荷が少なく、すべての要件を満たすのは、C. Amazon MemoryDB for Redis クラスタを作成し、Multi-AZモードで構成するです。この選択肢は、低レイテンシ、高可用性、データ永続化に対応し、運用負荷も最小限に抑えることができます。