スケーラビリティの高いアプリケーションでの自動スケーリングの使用

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このチュートリアルでは、自動スケーリングを使用して、アプリケーションをホストしている VM インスタンスの数を自動的に調整し、アプリケーションがさまざまな量のトラフィックに適応できるようにする方法について説明します。

自動スケーリングを使用するには、マネージド インスタンス グループでアプリケーションをホストします。マネージド インスタンス グループとは、すべてが同じアプリケーションを実行し、単一のエンティティとして管理できる、インスタンスの集まりです。マネージド インスタンス グループで自動スケーリングが有効になっている場合、インスタンス グループ内の VM の数は、自動スケーリング ポリシーに指定したターゲット値に従って自動的に増加（スケールアウト）または減少（スケールイン）します。

このチュートリアルでは、マネージド インスタンス グループでウェブ アプリケーションを起動する手順、自動スケーリングを設定する手順、ネットワーク アクセスを構成する手順、負荷の急激な上昇や下落をシミュレートして自動スケーリングを観察する手順の詳細を示します。このような機能の使用経験にもよりますが、このチュートリアルは約 20 分で完了します。

目標

• マネージド インスタンス グループでデモのウェブ アプリケーションを起動する。
• トラフィックの急激な上昇や下落をシミュレートすることで、自動スケーリングの効果を観察する。

費用

このドキュメントでは、Google Cloud の次の課金対象のコンポーネントを使用します。

• Compute Engine

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始める前に

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   Note: If you don't plan to keep the resources that you create in this procedure, create a project instead of selecting an existing project. After you finish these steps, you can delete the project, removing all resources associated with the project.

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3. Make sure that billing is enabled for your Google Cloud project.

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アプリケーション アーキテクチャ

アプリケーションには、次の Compute Engine コンポーネントが含まれています。

• ファイアウォール ルール: Google Cloud ファイアウォールにより、インスタンスへのトラフィックを許可または拒否できます。
• インスタンス テンプレート: マネージド インスタンス グループに個々の VM インスタンスを作成するために使用されるテンプレート。
• リージョン マネージド インスタンス グループ: 複数のゾーンで同じアプリケーションを実行する VM インスタンスのグループ。

ウェブ アプリケーションの起動

このチュートリアルでは、GitHub に保存されているウェブ アプリケーションを使用します。アプリケーションの実装方法の詳細については、GoogleCloudPlatform/python-docs-samples GitHub リポジトリをご覧ください。

インスタンス テンプレートに起動スクリプトを含めることで、マネージド インスタンス グループ内のすべての VM でウェブ アプリケーションを起動します。ウェブ アプリケーションへの HTTP トラフィックを許可するには、ファイアウォール ルールを作成します。

ファイアウォール ルールを作成する

注: このファイアウォール ルールは、デフォルト ネットワーク上にあり http-server ネットワーク タグを持つすべてのインスタンスに対して、上り（内向き）HTTP トラフィックを許可します。

ウェブ アプリケーションへの HTTP トラフィックを許可するファイアウォール ルールを作成します。

1. Google Cloud Console で、[ファイアウォール] ページに移動します。

   [ファイアウォール] に移動

2. [ファイアウォール ルールを作成] をクリックします。

3. [名前] に「default-allow-http」と入力します。

4. [ネットワーク] を default に設定します。

5. [ターゲット] を Specified target tags に設定します。

6. [ターゲットタグ] に「http-server」と入力します。

7. [ソースフィルタ] を IPv4 ranges（IP 範囲）に設定します。

8. [送信元 IPv4 範囲] に「0.0.0.0/0」と入力します。

   すべての IP アドレスに対しアクセスを許可します。

9. [プロトコルとポート] で [指定したプロトコルとポート] をオンにします。 次に、[TCP] を選択し、「80」と入力して HTTP トラフィックのアクセスを許可します。

10. [作成] をクリックします。

インスタンス テンプレートの作成

起動時にデモのウェブ アプリケーションを起動するインスタンス テンプレートを作成します。

1. Google Cloud Console で、[インスタンス テンプレート] ページに移動します。

   [インスタンス テンプレート] に移動

2. [インスタンス テンプレートを作成] をクリックします。

3. [名前] に「autoscaling-web-app-template」と入力します。

4. [マシンの構成] で、[マシンタイプ] を e2-standard-2 に設定します。

5. [ファイアウォール] で、[HTTP トラフィックを許可する] チェックボックスをオンにします。これにより、このテンプレートから作成された各インスタンスに http-server ネットワーキング タグが適用されます。

6. [詳細オプション] セクションを開き、詳細設定を確認します。

7. [管理] セクションを開きます。

8. [自動化] セクションで、次の起動スクリプトを入力します。

   sudo apt update && sudo apt -y install git gunicorn3 python3-pip
   git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/python-docs-samples.git
   cd python-docs-samples/compute/managed-instances/demo
   sudo pip3 install -r requirements.txt
   sudo gunicorn3 --bind 0.0.0.0:80 app:app --daemon
   

   このスクリプトにより、起動時に各 VM でウェブ アプリケーションが実行されます。

9. [作成] をクリックします。

マネージド インスタンス グループの作成

リージョン インスタンス グループを作成して、ウェブ アプリケーションの実行を開始します。

1. Google Cloud Console で、[インスタンス グループ] ページに移動します。

   [インスタンス グループ] に移動

2. [インスタンス グループを作成] をクリックして、新しいインスタンス グループを作成します。

3. [新しいマネージド インスタンス グループ（ステートレス）] を選択します。

4. [名前] に「autoscaling-web-app-group」と入力します。

5. [インスタンス テンプレート] で [autoscaling-web-app-template] を選択します。

6. [ロケーション] で [複数のゾーン] を選択します。

   ヒント: ゾーンの停止などの極端なケースでもアプリケーションの可用性を確保するため、Compute Engine のアプリケーションを複数のゾーンに分散することをおすすめします。

7. [リージョン] で、[us-central1] を選択します。

8. [ゾーン] で、プルダウン リストから次のゾーンを選択します。

   • us-central1-b
   • us-central1-c
   • us-central1-f

9. インスタンス グループの自動スケーリングを構成します。

   1. [自動スケーリング モード] で [オン: グループに対してインスタンスを追加および削除します] を選択します。

   2. [インスタンスの最小数] を 3 に設定します。

      ヒント: リージョン マネージド インスタンス グループを作成する際に、Compute Engine で十分な数のインスタンスをプロビジョニングして、1 つのゾーンのすべてのインスタンスが使用できなくなっても、残りのインスタンスが必要最小限のインスタンス数を満たすようにすることをおすすめします。ただし、必要以上にインスタンスをプロビジョニングすると、余分な費用が発生する可能性があります。詳細については、可用性を確保できるようにインスタンス グループのサイズを選択するをご覧ください。

   3. [インスタンスの最大数] を 6 に設定します。

   4. [初期化期間] を 120 秒に設定します。

      上級者向けのヒント: 初期化期間は、インスタンスが作成された後、インスタンスに関する情報をスケーリングの決定に使用するまでに、オートスケーラーが待機する秒数です。VM の初期化中、CPU 使用率は自動スケーリングでの使用には適しません。オートスケーラーが不正確なデータに基づいてスケーリングしないようにするには、初期化期間が、VM の CPU 使用率が最初に安定するまでの時間よりも長いことを確認します。詳細については、初期化期間と自動スケーリング グラフとログのモニタリングをご覧ください。

   5. [自動スケーリング指標] で、指標タイプとして [CPU 使用率] を選択します。自動スケーリング指標の詳細については、自動スケーリング ポリシーをご覧ください。

   6. [CPU 使用率の目標値] を 60 に設定します。

   7. [完了] をクリックします。

10. [自動修復] で、[ヘルスチェック] プルダウン リストから [ヘルスチェックをしない] を選択します。

11. [作成] をクリックします。[インスタンス グループ] ページにリダイレクトされます。

    注: グループ内のすべてのインスタンスが実行されてウェブ アプリケーションを表示する準備ができるまで、数分待ちます。

12. インスタンスが実行されていることを確認します。

    1. Google Cloud コンソールの [インスタンス グループ] ページで、autoscaling-web-app-group をクリックしてグループ内のインスタンスを表示します。

    2. [外部 IP] で IP アドレスをクリックして、そのインスタンスを接続します。新しいブラウザタブが開き、デモウェブ アプリケーションが表示されます。

       

       注: 数分経過してもウェブ アプリケーションに接続できない場合は、次に示すように、インスタンスのステータスとネットワーク設定を確認してください。

       • インスタンス グループの準備ができていることを確認します。アプリケーションが ERR_CONNECTION_REFUSED ステータスで読み込みに失敗した場合は、起動スクリプトの実行が完了するまで数分待ちます。
       • グループのインスタンス テンプレートで [HTTP トラフィックを許可する] が有効になっていることを確認します。次に、allow-web-app-http ファイアウォール ルールが正しく作成されていることを確認します。

       確認が終わったら、デモウェブ アプリケーションのブラウザタブを閉じます。

自動スケーリングの観察

自動スケーリングの動作の詳細については、自動スケーリングの判断についてをご覧ください。

自動スケーリングのモニタリング

作成したインスタンス グループは、CPU 使用率に基づいた自動スケーリング ポリシーを使用します。つまり、オートスケーラーが必要に応じてグループを拡大または縮小して、CPU 使用率の目標値を 60% に維持します。

インスタンス グループのサイズと CPU 使用率をモニタリングするには、Google Cloud コンソールの自動スケーリング グラフを使用します。

1. autoscaling-web-app-group インスタンス グループの [インスタンス グループ] ページで、[モニタリング] タブをクリックします。
2. [グループサイズ] のグラフで自動スケーリングをモニタリングできます。グラフの [インスタンス] に、グループ内の VM インスタンスの数の推移が表示されます。

3. 省略可: 自動スケーリングされた容量と使用率をモニタリングするには、[オートスケーラーの使用率（CPU）] のグラフを確認します。グラフには、グループ内の VM インスタンスの合計 CPU 使用率である使用率と、累積ターゲット CPU 使用率（ターゲット CPU 使用率に VM インスタンス数を掛けた値）を表す容量が表示されます。

   自動スケーリングは、可能な場合にインスタンスの数を変更することで、容量を使用率に一致させようとします。

このウィンドウは閉じないでください。

スケールアウトのシミュレーション

スケールアウトは、インスタンス グループの平均 CPU 使用率がターゲット値より大幅に高い場合に発生します。スケールアウトの際、オートスケーラーは、CPU 使用率がターゲット CPU 使用率の値まで減少するか、インスタンス グループ サイズがインスタンスの最大数（6 に設定しました）に等しくなるまで、インスタンス グループのサイズを徐々に増やします。

スケールアウトをトリガーするには、インスタンスの CPU 使用率を増やします。

1. Google Cloud Console で Cloud Shell を開きます。

   Cloud Shell を開く

   Google Cloud コンソールの下部に Cloud Shell が開きます。セッションが初期化されるまで数秒かかることがあります。

   上級者向けのヒント:

   すべての Google Cloud コンソール ページの右上隅にある [Cloud Shell をアクティブにする] ボタンを使用すると、Google Cloud コンソールのどのページでからでも Cloud Shell を開くことができます。

2. プロジェクト ID のローカル bash 変数を作成します。

   export PROJECT_ID=[PROJECT_ID]
   

   ここで、PROJECT_ID は、現在のプロジェクトのプロジェクト ID です。この値は Cloud Shell のすべての新しい行に表示されます。

   user@cloudshell:~ ([PROJECT_ID])$
   

3. 次の bash スクリプトを実行します。このスクリプトにより、デモのウェブ アプリケーション インスタンスの負荷が増加し、CPU 使用率が増加します。数分後、CPU 使用率がターゲット値を上回り、自動スケーリングはインスタンス グループのサイズを増やすように促されます。

   export MACHINES=$(gcloud --project=$PROJECT_ID compute instances list --format="csv(name,networkInterfaces[0].accessConfigs[0].natIP)" | grep "autoscaling-web-app-group")
   for i in $MACHINES;
   do
     NAME=$(echo "$i" | cut -f1 -d,)
     IP=$(echo "$i" | cut -f2 -d,)
     echo "Simulating high load for instance $NAME"
     curl -q -s "http://$IP/startLoad" >/dev/null --retry 2
   done
   

4. Google Cloud コンソールで [モニタリング] タブを開きます。

   数分後、[Monitoring] タブに CPU 使用率の増加が表示され、インスタンスの数を増やすことで容量を増やすように自動スケーリングがトリガーされます。

   注: 最新のグラフを表示するには、ページの更新が必要になる場合があります。

   また、[概要] タブに 6 つのインスタンスが表示されるようになったこともわかります。

両方のウィンドウを開いたままにします。

スケールインのシミュレーション

スケールインは、インスタンス グループの平均 CPU 使用率がターゲット値より大幅に低い場合に発生します。スケールインの際、オートスケーラーは、CPU 使用率が CPU 使用率の目標値まで増加するか、インスタンス グループ サイズがインスタンスの最小数（3 に設定しました）に等しくなるまで、インスタンス グループのサイズを徐々に減らします。

注: オートスケーラーはプリエンプティブ スケールインを防ぐために、安定化期間のピーク負荷に基づいてグループの適切なターゲット サイズを計算します。この安定化期間は、スケールインの遅延のように見えることもありますが、実際には自動スケーリングの組み込み機能によるものです。この遅延により、サイズを小さくしたグループでも、安定化期間中に観測されたピーク負荷に確実に対応できます。安定化期間について詳しくは、スケールインの遅延をご覧ください。

スケールインをトリガーするには、インスタンスの CPU 使用率を減らします。

1. 次の bash スクリプトを実行します。このスクリプトにより、デモのウェブ アプリケーション インスタンスの負荷が減少し、CPU 使用率が減少します。数分後、CPU 使用率がターゲット値を下回り、オートスケーラーはインスタンス グループサイズを減らすように促されます。

   export MACHINES=$(gcloud --project=$PROJECT_ID compute instances list --format="csv(name,networkInterfaces[0].accessConfigs[0].natIP)" | grep "autoscaling-web-app-group")
   for i in $MACHINES;
   do
     NAME=$(echo "$i" | cut -f1 -d,)
     IP=$(echo "$i" | cut -f2 -d,)
     echo "Simulating low load for instance $NAME"
     curl -q -s "http://$IP/stopLoad" >/dev/null --retry 2
   done
   

2. Google Cloud コンソールで [モニタリング] タブを開きます。

   数分後、[Monitoring] タブに CPU 使用率の減少が表示されます。安定化期間後、負荷が一貫して少ないことを確認するため、自動スケーリングは減少します。容量次の数を減らしてインスタンス。

   注: 最新のグラフを表示するには、ページの更新が必要になる場合があります。

   また、[概要] タブに 3 つのインスタンスのみが表示されていることもわかります。

終了したら、両方のウィンドウを閉じます。

クリーンアップ

チュートリアルが終了したら、作成したリソースをクリーンアップして、割り当ての使用を停止し、課金されないようにできます。次のセクションで、リソースを削除または無効にする方法を説明します。

このチュートリアル用に別個のプロジェクトを作成した場合は、プロジェクトごと削除します。それ以外の場合は、プロジェクトに保持したいリソースがあれば、このチュートリアルで作成した特定のリソースのみを削除します。

プロジェクトを削除する

注意: プロジェクトを削除すると、次のような影響があります。

• プロジェクト内のすべてのものが削除されます。このドキュメントのタスクで既存のプロジェクトを使用した場合、それを削除すると、そのプロジェクトで行った他の作業もすべて削除されます。
• カスタム プロジェクト ID が失われます。このプロジェクトを作成したときに、将来使用するカスタム プロジェクト ID を作成した可能性があります。そのプロジェクト ID を使用した URL（たとえば、appspot.com）を保持するには、プロジェクト全体ではなくプロジェクト内の選択したリソースだけを削除します。

複数のアーキテクチャ、チュートリアル、クイックスタートを実施する予定がある場合は、プロジェクトを再利用すると、プロジェクトの割り当て上限を超えないようにすることができます。

1. In the Google Cloud console, go to the Manage resources page.

   Go to Manage resources

2. In the project list, select the project that you want to delete, and then click Delete.
3. In the dialog, type the project ID, and then click Shut down to delete the project.

特定のリソースを削除する

インスタンス グループを削除する

1. In the Google Cloud console, go to the Instance groups page.

   Go to Instance groups

2. Select the checkbox for your autoscaling-web-app-group instance group.
3. To delete the instance group, click Delete.

インスタンス テンプレートを削除する

注: インスタンス テンプレートを削除する前に、インスタンス グループを削除しておく必要があります。インスタンス テンプレートがマネージド インスタンス グループによって使用されていると、削除できません。

1. Google Cloud Console で、[インスタンス テンプレート] ページに移動します。

   [インスタンス テンプレート] に移動

2. autoscaling-web-app-template の横にあるチェックボックスをオンにします。

3. ページの上部にある [削除] をクリックします。表示された新しいウィンドウで、[削除] をクリックして削除を確定します。

ファイアウォール ルールを削除する

1. Google Cloud Console で [ファイアウォール ルール] ページに移動します。

   [ファイアウォール ルール] に移動

2. default-allow-http という名前のファイアウォール ルールの横にあるチェックボックスをオンにします。

3. [削除] をクリックします。表示される新しいウィンドウで、[削除] をクリックして削除を確定します。

次のステップ

• 別のチュートリアルを試す
  • 可用性の高いアプリケーションでの自動修復の使用。
  • 可用性の高いアプリケーションでのロード バランシングの使用。
• マネージド インスタンス グループの詳細を学ぶ。
• 自動スケーリングの詳細を学ぶ。
• 堅牢なシステムの設計の詳細を学ぶ。
• Google Cloud Platform でのスケーラブルで復元力を備えたウェブ アプリケーションの構築の詳細を学ぶ。