Amazon DOP-C02: ストレージ、データベース、データ管理 — 学習ガイド
こちらの一部です： AWS DevOps Engineer Professional DOP-C02 — 学習ガイド. 検証済みの解答で練習： Amazon試験ハブ, または時間制限付き模擬試験に挑戦： ExamRoll.io.
概要
AWSにおけるストレージ、データベース、データ移動は、耐久性、可用性、コスト効率、自動化を考慮して設計する必要があります。S3のストレージクラスとレプリケーション、DynamoDBのキャパシティとグローバル配信、RDS/Auroraの設定制御とバックアップパターン、インメモリキャッシュ、共有ファイルシステム、データ移行サービスを習熟することで、予測可能な復旧動作と管理された支出を備えた、信頼性の高い低レイテンシーシステムを実現できます。
Amazon S3: ストレージクラス、ライフサイクル、インテリジェント階層化、レプリケーション
S3ストレージクラスは、アクセスパターンに合わせてコストを調整します:
- Standard: マルチAZ、低レイテンシー、取り出し料金なし。ホットデータのデフォルト。
- Intelligent-Tiering (S3 INT): マルチAZで、Frequent AccessティアとInfrequent Accessティア、およびオプションのアーカイブティア間で自動的に階層化します。オブジェクトごとにモニタリングおよび自動化料金が発生します。128 KB未満のオブジェクトは自動階層化されません。Archive AccessティアとDeep Archive Accessティアは、最終アクセスしきい値を持つオプトイン形式です。頻繁にアクセスされないティアからの取り出しには料金がかかります。
- Standard-IAおよびOne Zone-IA: ストレージコストは低いですが、取り出し料金がかかります。最低30日間のストレージ料金が発生します。One Zone-IAはシングルAZで、再作成可能なデータ向けです。
- Glacier Instant Retrieval: アーカイブの経済性でミリ秒単位のアクセスが可能。最低90日間。
- Glacier Flexible Retrieval: 数分から数時間の取り出し時間、bulk/standard/expeditedのオプションあり。最低90日間。
- Glacier Deep Archive: 数時間から12時間の取り出し時間。最低180日間。 最低ストレージ期間料金、取り出し料金、および必要なアクセス時間を考慮しながら、実行可能な最もコールドな階層を選択してください。
ライフサイクルポリシーは、フィルター（プレフィックス、タグ）を使用して移行と有効期限切れを自動化し、きめ細かな制御を実現します。主なアクションには、非アクティブしきい値を超えた後のIA/Glacierティアへの移行、バージョニングされたバケットでの非現行バージョンの移行/失効、削除マーカーの失効、未完了のマルチパートアップロードの中止などがあります。不変性が求められる場合には、S3 Object Lock（ガバナンス/コンプライアンスモード）と並行して、ライフサイクルとオブジェクトタグ付けがデータ保持と法的証拠保持のための削除を強制するために不可欠です。
Intelligent-Tieringは、アクセスパターンが不明または変動する場合に最適です。パフォーマンスを維持し（frequent/IAティアからの取り出し遅延なし）、パターンが変化した際の再設計の必要がなく、オプションで最終アクセスに基づいてディープティアに自動的にアーカイブすることもできます。これにより、散発的なアクセスがある長期間保存されるデータセットに対して、俊敏性とコスト管理の最適な組み合わせを提供します。
S3レプリケーションは、オブジェクトの耐久性のある非同期コピーを提供します:
- 要件: ソースとデスティネーションでバージョニングが有効であること。レプリケーション設定では、デスティネーションのバケット/アカウント/リージョン、プレフィックス/タグによるフィルタリング、メタデータ（ACL、タグ、S3 Object Lock）のレプリケーション、ストレージクラス、および削除マーカーと既存のオブジェクトをレプリケートするかどうかを定義します。
- Same-Region Replication (SRR): コンプライアンス/データ主権、ログ集約、アカウント間でのアトミックな処理。
- Cross-Region Replication (CRR): DR、レイテンシーの削減、グローバル配信、コンプライアンス。
- KMSで暗号化されたオブジェクト: レプリケーションロールには、ソースKMSキーでの復号と、デスティネーションKMSキーでの暗号化が許可されている必要があります。レプリケーションルールのEncryptionConfigurationでレプリカのKMSキーを指定します。クロスアカウントの場合、デスティネーションバケットポリシーを更新して、レプリケーションロールによる書き込みを許可します。
- 既存のオブジェクト: S3 Batch Replicationを使用してバックフィルします。
- Replication Time Control (RTC): レプリケーション完了に対して15分のSLAを追加し、レプリケーションメトリクスと通知でSLAを監視します。コンプライアンスや厳格なRPOに役立ちます。
- 所有権とアクセス: アカウントをまたぐ場合、ACLの複雑さを避け、デスティネーションアカウントがレプリカを所有するようにするために、
bucket owner preferredまたはObject Ownershipのbucket owner enforcedを有効にします。
データ移行: DMS、Snowball、DataSync
- AWS Database Migration Service (DMS): フルロードと変更データキャプチャ (CDC) を使用し、最小限のダウンタイムでオンライン移行を実現します。組み込みのスキーマ変換機能（複雑な変換にはAWS Schema Conversion Toolを使用）により、同種および異種移行をサポートします。RDS/Auroraへのリフトアンドシフト、DynamoDBへの移行（JSONマッピング経由）、または読み取りオフロードや段階的なカットオーバーのための継続的なレプリケーションに使用します。レプリケーションインスタンスはピーク時の変更率に合わせてサイジングし、ソースログ（例: binlog/redo）が十分な履歴を保持するようにします。
- AWS Snowball (Edge Storage/Compute Optimized): ネットワークが限定的/高価な場合や、大規模なS3/EFSデータセットを迅速に初期投入（シーディング）する必要がある場合に適した、ペタバイト規模のオフラインデータ転送サービスです。複数のデバイスを連結して、数ペタバイトの負荷に対応できます。初期の一括ロード、リモート/エッジでのデータ収集、または制約のあるデータセンターからの移行に使用します。データはKMSでエンドツーエンドで暗号化され、デバイスの追跡と耐タンパーシールによりCoC (Chain of Custody) をサポートします。
- AWS DataSync: NFS/SMBからS3/EFS/FSxへ、またAWSのストレージサービス/リージョン間でのオンライン高速転送サービスです。増分変更の検出、並列化、圧縮、帯域幅制御、スケジューリング、整合性チェックを処理します。定期的な差分データの移動、ハイブリッドワークフロー、カスタムのrsyncスクリプトのマネージドな自動化への置き換えに使用します。オンプレミスのDataSyncエージェントをデプロイして、ローカルストレージにアクセスします。
実践的な問題シナリオ
Shopifyは、グローバルな商品メディアパイプラインとカタログデータをモダナイズし、世界中の購入者のための耐障害性とレイテンシーを改善する必要があります。同社は以下の要件を満たす必要があります：厳格なRPOでリージョン間およびアカウント間で商品画像をレプリケートし、北米とヨーロッパでのDynamoDBの読み取りレイテンシーを削減し、継続的な差分があるオンプレミスのNFSアセットを移行し、信頼性の高いバックアップでRDSの運用を簡素化する。
- プライマリメディアバケット (us-east-1、マーチャンダイジングアカウント) から送信先バケット (eu-west-1、配信用アカウント) へ、Replication Time Controlを使用したS3 CRRを実装する。
- 理由: CRRは、最小権限とデータ主権のためのクロスリージョンおよびクロスアカウント分離の要件を満たします。RTCは、コンプライアンスグレードのRPOを実現するための15分間のレプリケーションSLAとモニタリングを提供します。クロスアカウントのバケットポリシーにより、ソースのレプリケーションロールが書き込み可能になり、送信先のKMSキーを指定することで暗号化ドメインを維持します。
- プレフィックスとタグでフィルタリングされたS3レプリケーションルールを定義して、オリジナル、サムネイル、ログを分離し、削除マーカーのレプリケーションを有効にする。S3バッチレプリケーションを使用して、既存のオブジェクトをバックフィルする。
- 理由: ルールのスコープを限定することで不要なレプリケーションコストを回避し、削除マーカーのレプリケーションによってリージョン間の意味的な一貫性を保ちます。バッチレプリケーションは、カスタムスクリプトなしで過去のデータのギャップを埋めます。
- 商品カタログと在庫を、us-east-1とeu-west-1にまたがるDynamoDBグローバルテーブルに変換する。テーブルをオンデマンドキャパシティに切り替え、読み取り負荷の高いAPIのために各リージョンにDAXクラスターを追加する。
- 理由: グローバルテーブルは、低レイテンシーのローカル読み取り/書き込みと継続的なレプリケーションによるアクティブ/アクティブな書き込みを提供します。オンデマンドは、トラフィックスパイク時のキャパシティプランニングのリスクを排除します。DAXは、ホットな読み取りに対するP99レイテンシーを削減し、突発的なアクセスからDynamoDBを保護します。
- 注文のリレーショナルワークロードを、ライターエンドポイントとリーダーエンドポイントを持つAmazon Aurora MySQLにリプラットフォームする。突発的な分析ワークロードのために小規模なAurora Serverless v2リーダーを追加し、14日間の保持ポリシーを持つ自動バックアップを有効にする。
- 理由: クラスター/リーダーエンドポイントは読み取りと書き込みを分離し、メンテナンスやフェイルオーバー中の影響を最小限に抑えます。Serverless v2は、予測不能な分析バーストをコスト効率よく吸収します。自動バックアップは、PITRと簡素化された復元プロセスを提供します。
- セッションストレージと製品在庫状況のキャッシングのために、ElastiCache for Redis（クラスターモード有効）を導入する。Multi-AZとスナップショットバックアップを構成し、ビジネスSLAに合わせたTTLを設定する。
- 理由: Redisのデータ構造とMulti-AZフェイルオーバーにより、高速でステートフルなセッションと、ほぼリアルタイムのキャッシュ無効化が保証されます。クラスターモードは、カタログサイズとトラフィックの増加に応じて水平にスケールします。
- 各アプリケーションAZにマウントターゲットを持つEFSリージョナルファイルシステムを作成し、共有POSIXストレージを必要とするワークロード（例: メディアプロセッサ）のためにアクセスポイントを作成する。30日後にIAに移行するEFSライフサイクルを有効にする。
- 理由: EFSは、伸縮性のあるマルチAZ共有ストレージを提供します。アクセスポイントは、アプリケーションごとの分離とPOSIXアイデンティティを強制します。ライフサイクル管理は、アクセス可能な状態を保ちつつ、アクセス頻度の低いアセットのコストを自動的に削減します。
- オンプレミスのNFSメディアライブラリをAWS DataSyncを使用して移行し、夜間の増分同期のためのスケジュールタスクでS3とEFSに同期する。
- 理由: DataSyncは、その場しのぎのrsyncよりも優れた方法で、変更検出、並列化、整合性検証、帯域幅制御を処理し、最小限の運用で継続的な差分を自動化します。
- レガシーなPostgreSQLカタログを、AWS DMS（フルロードとCDC）と必要に応じてAWS Schema Conversion Toolを使用してAuroraに移行する。CDCの遅延が解消された後にカットオーバーする。
- 理由: DMSは、ほぼゼロダウンタイムの移行を可能にし、継続的なレプリケーションによってカットオーバー時のデータパリティを保証します。SCTは、エンジン固有の変換を処理します。
- Snowball Edgeデバイスを使用して、数ペタバイトの履歴メディアをS3に初期投入（シーディング）し、その後、継続的な増分にはDataSyncに切り替える。
- 理由: Snowballは、WANリンクを飽和させることなく一括初期転送を高速化します。DataSyncは、検証とスケジューリング機能により、初期投入後の継続的な更新を維持します。
このアーキテクチャは、グローバルな読み取りレイテンシーを削減し、予測可能なレプリケーションRPOを提供し、リレーショナルデータベースの運用とバックアップを簡素化し、アクセス制御を備えた共有ストレージを一元化し、一括オフライン移行から自動化された増分データ移動への実践的な道筋を提供します。
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