Amazon EC2 をグラレコで解説

Amazon EC2 は、AWS が提供するクラウドコンピューティングの中核を成すサービスです。Amazon EC2 を利用することで、ユーザーはオンデマンドでコンピューティングリソースを柔軟に調整できる仮想マシンを、AWS クラウド上で簡単に起動および管理することができます。

Amazon EC2 の仮想マシンは、「インスタンス」と呼ばれる単位で提供されます。インスタンスは、CPU、メモリ、ストレージ、およびネットワークキャパシティの組み合わせで構成されており、多様なワークロードに対応できるよう、幅広い選択肢が用意されています。ユーザーは、それらのインスタンス群の中から自身の求めるワークロードに最適なインスタンスを選び、必要に応じて柔軟にリソースをスケールすることができます。

一般的に、オンプレミス環境でサーバーを運用する場合、物理サーバーの調達からリソースの設定などに相応のコストや知識が求められます。一方、クラウド仮想サーバーは、ソフトウェアによる仮想化技術で実現されたリソースプールから、必要に応じて CPU、メモリ、ストレージなどを柔軟に割り当てることができます。

AWS クラウド上の仮想サーバーである Amazon EC2 では、ユーザーはリソースのプロビジョニングとスケーリングを自在に行えるだけでなく、ハードウェアの保守やセキュリティパッチの適用など、インフラ運用の多くの部分を AWS に任すことができます。さらに、Amazon EC2 単体での利用だけでなく、AWS が提供するさまざまなクラウドネイティブなサービスと連携することで、オンプレミス上に構築されたシステムとは異なる、柔軟で拡張性の高いクラウドアーキテクチャを構築できます。

Amazon EC2 は様々なコンピューティングニーズに応える柔軟なソリューションを提供します。以下は、Amazon EC2 が提供する主な特徴です。

その他 Amazon EC2 の特徴について詳しくは、「Amazon EC2 の特徴」をご覧ください。

Amazon EC2 は、クラウド仮想サーバーとしての柔軟性やスケーラビリティ、コスト効率の高さから、多様なビジネスニーズに対応できます。ここでは、Amazon EC2 の代表的なユースケースをいくつか紹介します。

• Web アプリケーションのホスティング：
  Amazon EC2 は、動的な Web サイトや API をホストするために広く利用されています。トラフィックに応じてインスタンスをスケールアウト・インできるため、ユーザーの需要に柔軟に対応できます。
• High Performance Computing (HPC) アプリケーションの構築：
  HPC 領域では、シミュレーション、モデリング、データ解析など、様々なワークロードが存在します。これらのワークロードには、高度な並列実行、大量のメモリ需要、高速データ転送など、異なる計算の特性があります。Amazon EC2 であれば、そうした計算の特性に合わせてマルチコア CPU、大容量メモリ、高速ネットワークなど、最適な計算リソースを柔軟に確保できます。
• Apple プラットフォーム向け開発：
  Amazon EC2 Mac インスタンスを使用することで、AWS 上で macOS 環境でのビルド、テスト、デプロイが可能になります。ユーザーは必要な開発ツール (Xcode、Android Studio、Unity、Docker など) をインストールし、Apple 製品向けのアプリケーション開発環境を AWS クラウド上に構築できます。
• 機械学習アプリケーションの構築：
  Amazon EC2 には、機械学習向けの高性能コンピューティングリソースが豊富に用意されています。GPU インスタンスでは NVIDIA の最新 GPU を利用でき、深層学習モデルのトレーニングを高速化できます。また、各種機械学習フレームワークがプリインストールされた AMI を提供しており、これらを使用して ML 向けのインスタンスを簡単にセットアップできます。

その他 Amazon EC2 の利点やユースケースについて詳しくは、「概要」をご覧ください。

Amazon EC2 では、多様なユースケースに対応する豊富な「インスタンスタイプ」が提供されています。インスタンスタイプは、CPU、メモリ、ストレージ、ネットワーク性能などのハードウェア構成を定義します。

EC2 インスタンスを起動する際は、AMI (Amazon マシンイメージ) の選択、インスタンスタイプの指定、ネットワーク、ストレージの設定などが必要です。これらの選択と設定は、AWS マネジメントコンソールの GUI 操作で簡単に行えます。

AMI は、EC2 インスタンスを作成するための基本テンプレートです。オペレーティングシステム、アプリケーションサーバー、アプリケーションなどのソフトウェア構成を含んでいます。EC2 インスタンスの起動時には、以下の 4 種類の AMI からニーズに適したものを選択します。

1. クイックスタート AMI：
   AWS が公式に提供する基本的な OS イメージです。セキュリティアップデートが適用され、AWS 環境での動作に最適化されています。
2. 自分の AMI：
   ユーザーや組織が独自に作成した AMI です。特定の要件やセキュリティ基準に合わせてカスタマイズされた AMI です。
3. AWS Marketplace AMI：
   AWS Marketplace で販売されている有料の AMI です。各種ソフトウェアベンダーの特定のソフトウェアやツールがプリインストールされています。
4. ユーザーコミュニティ AMI：
   ユーザーコミュニティによって作成・共有されている AMI です。特定の目的に特化した AMI が多く公開されています。

その他 AMI について詳しくは、「Amazon EC2 の Amazon マシンイメージ」をご覧ください。

インスタンスタイプは t2.micro や c7gn.xlarge のように英数字で表現され、それぞれ「インスタンスファミリー」「インスタンス世代」「オプション」「インスタンスサイズ」の 4 つの要素で構成されます。4 つの構成要素の組み合わせで、ユーザーはインスタンスタイプの性能や特徴を一目で理解できるようになっています。

例えば、c7gn.xlarge の場合、c、7、gn、xlarge の各構成要素は以下を表します。

インスタンスタイプの命名規則について詳しくは、「Amazon EC2 インスタンスタイプの命名規則」をご覧ください。

Amazon EC2 では、異なる用途や性能に応じてさまざまなインスタンスファミリーが提供されています。インスタンスファミリーは以下の 6 つに分類されます。

Amazon EC2 の利用を始めるには、複雑なサーバー構築の手間や専門的な知識は不要です。サーバー構築に知見のない初心者でも簡単に EC2 インスタンスを起動できます。

Amazon EC2 では、インスタンスの起動から接続、終了 (削除) までの全行程を、AWS マネジメントコンソールから GUI 操作で簡単に行えます。

インスタンスの起動方法について詳しくは、「Amazon EC2 の使用を開始する」をご覧ください。

EC2 インスタンスへのアクセス方法は複数あり、上記の手順では EC2 Instance Connect という最も簡易的な方法で接続しました。ここでは、主要な 4 つの接続方法を紹介します。

各接続方法には特徴があり、EC2 インスタンスの用途や運用環境に応じて、接続方法を使い分けることができます。

EC2 インスタンスの状態管理は、コストとデータ保存の観点から重要です。使用していないインスタンスを稼働させたままにすると不要な料金が発生する恐れがあります。また、無闇にインスタンスを終了 (削除) すると必要なデータが失われる可能性があります。

EC2 インスタンスには、「実行中」、「停止」、「終了 (削除)」の主要な 3 つの状態があり、実行中のインスタンスの「再起動」や停止中のインスタンスの「開始」操作が可能です。

• 停止：
  一時的にインスタンスを停止します。コンピューティングリソースに対する課金は停止しますが、関連する EBS ボリュームのストレージ料金は継続して発生します。インスタンスのデータは保持されるため、「開始」操作することで以前の状態に戻すことができます。
• 終了 (削除)：
  インスタンスを完全に削除します。デフォルトでは、関連する EBS ボリュームも削除されるため、保存されているデータは失われます。ただし、EBS ボリュームに対して「DeleteOnTermination 属性」を無効にしている場合は、ボリュームは保持されます。なお、DeleteOnTermination 属性を無効にしていても、一度終了 (削除) したインスタンスは再起動できません。
• 再起動：
  インスタンスの OS レベルでの再起動を行います。この操作はインスタンスを停止せずに再起動するため、IP アドレスは変更されず、データも保持されます。一時的なサービス中断は発生しますが、短時間で復旧します。

ユースケースに応じて適切に状態を管理することで、不要なコストの発生を防ぎつつ重要なデータの損失を防ぐことができます。

EC2 インスタンスの状態管理について詳しくは、「Amazon EC2 インスタンスの状態変更」をご覧ください。

セキュリティ上の脅威は常に進化するため、対策の定期的な見直しと更新が不可欠です。EC2 インスタンスのセキュリティ対策について詳しくは、「セキュリティ」をご覧ください。

EC2 インスタンスにおけるストレージの選択とデータ永続化は、アプリケーションのパフォーマンス、可用性、コストに大きな影響を与えます。適切なストレージオプションを選択することで、データの耐久性を確保しつつ、コストとパフォーマンスのバランスを最適化できます。

Amazon EC2 では主に、「Amazon Elastic Block Store (EBS)」と「インスタンスストア」の 2 つのストレージオプションが提供されています。

インスタンスストアとは異なり、EBS ボリュームは EC2 インスタンスとは別に存在するため、インスタンスを削除してもボリューム自体は残ります。ただし、DeleteOnTermination 属性が有効になっている場合は、インスタンスと一緒にEBSボリュームも削除されてしまうので注意が必要です。

その他 EBS ボリュームを使ってデータを永続化する場合、以下のような点を考慮する必要があります。

• EBS ボリュームは 1 つのアベイラビリティーゾーンに拘束される
• ボリュームのスナップショットを手動で作成する手間がかかる
• 長期保存用のスナップショットを維持するコストがかかる

そこで、より確実で効率的なデータ永続化を実現するために、他の AWS のストレージサービスを組み合わせることもできます。

• Amazon S3：
  Amazon S3 に EBS スナップショットを保存することで、データをクロスリージョンで冗長化できます。
• Amazon EFS：
  Amazon EFS は、Amazon EC2 と併用できるスケーラブルなファイルストレージを提供します。EFS ファイルシステムを作成し、複数のインスタンスでマウントすれば、共有データソースとして活用できます。
• Amazon FSx：
  Lustre、NetApp ONTAP、OpenZFS、Windows File Server など、高性能なファイルシステムに EC2 インスタンスからアクセスできます。
• Amazon File Cache：
  Amazon File Cache は、AWS 上でファイルデータを処理するための一時的な高性能キャッシュを提供します。EC2 インスタンスからの高速なデータアクセスを実現できます。

これらのストレージサービスの併用以外にも、Amazon Data Lifecycle Manager で EBS スナップショットと EBS-backed AMI のバックアップを自動化し、データ永続化にかかるコストと手間を削減する方法もあります。詳しくは、「Amazon Data Lifecycle Manager でバックアップを自動化」をご覧ください。

Amazon EC2 の重要な機能の一つに、需要に応じてリソースを柔軟に調整できる動的なスケーリング機能があります。この機能を効果的に活用することで、コスト効率を高めつつ、パフォーマンスと可用性を最適化できます。ここでは、EC2 インスタンスのスケーリングの方法と Amazon EC2 Auto Scaling (以降、Auto Scaling) の仕組みについて説明します。

EC2 インスタンスのスケーリングは主に「垂直スケーリング」と「水平スケーリング」の 2 つのアプローチがあります。それぞれの特性と留意点は以下のとおりです。

Amazon EC2 では、任意のスケーリングポリシーの条件に応じて自動的にリソースをスケーリングする、Auto Scaling 機能が備わっています。Auto Scaling のスケーリングアプローチは、「水平スケーリング」として機能し、EC2 インスタンスの数を需要に応じて動的に増減させる仕組みです。

Amazon EC2 Auto Scaling は、主に「Auto Scaling グループ (ASG)」と「スケーリングポリシー」を使用して設定します。

スケーリングポリシーは、CloudWatch メトリクスと連携して動作し、リソースの増減を決定するルールです。Amazon CloudWatch が継続的に収集する EC2 インスタンスのメトリクス (CPU 使用率、メモリ使用率、ネットワークトラフィックなど) に基づいて、動的に Auto Scaling がトリガーされます。

Amazon EC2 Auto Scaling の動的なスケーリングポリシーは、主に以下の 3 種類が提供されています。

1. シンプルスケーリング：
   特定の CloudWatch アラーム がトリガーされた時に、定義された数のインスタンスを追加または削除します。
   設定例：CPU 使用率が 70% を超えた場合にインスタンスを 1 台追加し、30% 未満になった場合に 1 台削除
2. ステップスケーリング：
   特定の CloudWatch アラームの値の範囲に応じて、段階的にインスタンス数を増減させます。
   設定例：CPU 使用率が 50〜60% の範囲でインスタンスを 1 台追加、60〜70% で 2 台追加
3. ターゲット追跡スケーリング：
   特定のメトリクス（例：CPU 使用率）の目標値を設定し、その値を維持するようにインスタンス数を自動調整します。
   設定例：CPU 使用率を常に 50% に保つようにインスタンス数を増減

スケーリングポリシーの設定により、トラフィックの変動に応じて効率的なリソース運用が可能になります。動的スケーリングポリシーについて詳しくは、「Amazon EC2 Auto Scaling の動的スケーリング」をご覧ください。

なお、Amazon EC2 Auto Scaling では、リソースの利用状況に関わらず、あらかじめ決められた時間に増減させるスケジュールされたスケーリングなど、静的なスケーリングポリシーも用意されています。

Amazon EC2 のスケーリングについて詳しくは、「スケーリングでアプリケーションのコンピューティングキャパシティを増減する」をご覧ください。

ここでは、Amazon EC2 との他の AWS サービスを連携することで、アプリケーション層やデータ層の最適化、セキュリティの向上、運用管理の効率化などの側面で、より堅牢でスケーラブルなクラウドインフラストラクチャを実現する例を紹介します。

Amazon EC2 を中心として各種 AWS サービスを適切に組み合わせることで、スケーラブルで安全性の高いクラウドアーキテクチャを構築できます。AWS Well-Architected Framework のベストプラクティスに従いながら、ビジネスニーズに最適な組み合わせを選択することで、より高度で堅牢なシステム構築が可能になります。

その他 Amazon EC2 を中心に据えたアーキテクチャの知見や事例について詳しくは、「Amazon EC2 のリソース」をご覧ください。

最後に、本記事で紹介した機能の全体図を見てみましょう。