AWS 专题学习 P3 (RDS、Aurora、ElastiCache)

1. Amazon RDS Overview

• RDS 代表关系型数据库服务
• 它是一种托管数据库服务，用于使用SQL 作为查询语言的数据库。
• 它允许您在云中创建由 AWS 管理的数据库
  • Postgres
  • MySQL
  • MariaDB
  • Oracle
  • Microsoft SQL Server
  • Aurora（AWS 专有数据库）

RDS v.s. 在 EC2 上部署数据库

• RDS 是一项托管服务：
  • 自动配置、操作系统修补
  • 持续备份和恢复到指定时间戳（时间点恢复）
  • 监控仪表板
  • 读取副本以提高读取性能
  • DR（灾难恢复）的多可用区设置
  • 升级维护窗口
  • 缩放能力（垂直 & 水平）
  • EBS 支持的存储（gp2 或 io1）
• 但是不能通过 SSH 直接连接到 RDS 实例

RDS — Storage Auto Scaling

• 可以动态增加 RDS 数据库实例上的存储
• 当 RDS 检测到数据库可用存储空间不足时，它会自动扩展
• 避免手动扩展数据库存储
• 必须设置最大存储阈值（数据库存储的最大限制）
• 在以下情况下自动修改存储：
  • 免费存储空间少于分配存储空间的 10%
  • 低存储至少持续 5 分钟
  • 自上次修改以来已过去 6 小时
• 适用于具有不可预测工作负载的应用程序
• 支持所有 RDS 数据库引擎（MariaDB、MySQL、PostgreSQL、SQL Server、Oracle）
• 

RDS Read Replicas

Read Scalability

• 最多 5 个只读副本
• AZ 内、跨 AZ 或 跨 Region
• 复制是异步的，因此读取是最终一致的
• 副本可以提升到它们自己的数据库
• 应用程序必须修改连接地址字符串以利用只读副本

Use Cases

• 已存在一个正常负载的生产数据库
• 想使用一个报告应用程序来运行一些分析
• 创建一个只读副本以运行新的工作负载
• 希望生产应用不受影响
• 只读副本仅用于 SELECT (=read) 类型的语句（不是 INSERT、UPDATE、DELETE）

Network Cost

• 在 AWS 中，当数据 跨 AZ 传输 时会产生网络成本
• 对于同一 Regoin 内的 RDS 只读副本，无需支付该费用

RDS 多可用区（灾难恢复）

• SYNC replication
• 一个 DNS 名称 – 自动将应用故障转移到待机状态
• 提高可用性
• 在 AZ 丢失、网络丢失、实例或存储出现故障时进行故障转移
• 无需手动干预应用程序
• 不用于缩放
• 注意：只读副本需要被设置为用于灾难恢复 (DR) 的多可用区

RDS — 从单可用区到多可用区

• 零停机操作（无需停止数据库）
• 只需点击数据库的“修改”
• 以下情况在内部发生：
  • 拍摄快照
  • 从新 AZ 中的快照恢复新数据库
  • 在两个数据库之间建立同步

RDS Custom

• 通过操作系统和数据库定制管理 Oracle 和 Microsoft SQL Server 数据库
• RDS：自动设置、操作和扩展 AWS 中的数据库
• Custom：访问底层数据库和操作系统，这样就可以：
  • 配置设置
  • 安装补丁
  • 启用原生功能
  • 使用 SSH 或 SSM 会话管理器访问底层 EC2 实例
• 停用自动模式以应用程序自定义配置，在这之前最好生成一份数据库快照
• RDS vs RDS custom
  • RDS：整个数据库和由AWS管理的操作系统
  • RDS Custom：对底层操作系统和数据库的完全管理员访问权限

2. Amazon Aurora

• Aurora 是 AWS 的专有技术（非开源）
• Postgres 和 MySQL 都作为 Aurora DB 得到支持（这意味着您的驱动程序将像 Aurora 是 Postgres 或 MySQL 数据库一样工作）
• Aurora 是“AWS 云优化”并声称 RDS 上的 MySQL 性能提高了 5 倍，RDS 上 Postgres 的性能提高了 3 倍以上
• Aurora 存储以 10GB 的增量自动增长，最高可达 128TB。
• Aurora 可以有 15 个副本，而 MySQL 有 5 个，并且复制过程更快（低于 10 毫秒的副本滞后）
• Aurora 中的故障转移是即时的。 它是 HA（高可用性）原生的。
• Aurora 的成本高于 RDS（高出 20%）— 但效率更高

Aurora 高可用性和只读扩展

• 跨 3 个可用区的 6 个数据副本：
  • 写入所需的 6 个副本中有 4 个副本
  • 6 份中的 3 份需要读取
  • 通过点对点复制进行自我修复
  • 存储跨 100 多个卷条带化
• 一个 Aurora 实例进行写入（主节点）
• 在不到 30 秒内完成主服务器的自动故障转移
• Master + 最多 15 个 Aurora Read Replicas 服务读取
• 支持跨区域复制

Aurora 数据库集群

Aurora 的特点

• 自动故障转移
• 备份和恢复
• 隔离和安全
• 行业合规
• 一键缩放
• 零停机自动补丁
• 高级监控
• 例行维修
• 回溯：在任何时间点恢复数据而不使用备份

Aurora Replicas - Auto Scaling

Aurora – 自定义端点

• 将 Aurora 实例的子集定义为自定义端点
• 示例：对特定副本运行分析查询
• Reader Endpoint 通常在定义 Custom Endpoints 后不使用

Aurora Serverless

• 基于实际使用情况的自动数据库实例化和自动缩放
• 适用于不频繁、间歇性或不可预测的工作负载
• 无需容量规划
• 按秒付费，更划算

Aurora Multi-Master

• 如果您希望写入节点 (HA) 立即进行故障转移
• 每个节点都进行 R/W
• 对比将 RR 提升为新的主节点

Global Aurora

• Aurora 跨区域只读副本：
  • 对灾难恢复有用
  • 安装简单
• Aurora 全球数据库（推荐）：
  • 1 个主要区域（读/写）
  • 最多 5 个次要（只读）区域，复制延迟小于 1 秒
  • 每个次要区域最多 16 个只读副本
  • 有助于减少延迟
  • 提升另一个区域（用于灾难恢复）的 RTO 小于 1 分钟
  • 典型的跨区域复制不到 1 秒
    

Aurora 机器学习

• 使您能够通过 SQL 将基于 ML 的预测添加到您的应用程序
• Aurora 和 AWS ML 服务之间简单、优化和安全的集成
• 支持的服务
  • Amazon SageMaker（与任何 ML 模型一起使用）
  • Amazon Comprehend（用于情绪分析）
• 您无需具备机器学习经验
• 用例：欺诈检测、广告定位、情绪分析、产品推荐
  

3. Backups

RDS 备份

• 自动备份：
• 数据库的每日完整备份（在备份窗口期间）
• RDS 每 5 分钟备份一次事务日志
• => 能够恢复到任何时间点（从最旧的备份到 5 分钟前）
• 1 到 35 天的保留，设置为 0 以禁用自动备份
• 手动数据库快照
• 由用户手动触发
• 备份保留时间不限
• 技巧：在停止的RDS 数据库中，您仍然需要为存储付费。 如果您打算长时间停止它，您应该改为快照和恢复

Aurora 备份

• 自动备份
• 1 到 35 天（无法禁用）
• 该时间范围内的时间点恢复
• 手动数据库快照
• 由用户手动触发
• 备份保留时间不限

RDS 和 Aurora 还原选项

• 还原 RDS/Aurora 备份或快照创建新数据库
• 从 S3 恢复 MySQL RDS 数据库
• 创建本地数据库的备份
• 将其存储在 Amazon S3（对象存储）上
• 将备份文件还原到运行 MySQL 的新 RDS 实例上
• 从 S3 恢复 MySQL Aurora 集群
• 使用 Percona XtraBackup 创建本地数据库的备份
• 将备份文件存储在 Amazon S3 上
• 将备份文件还原到运行 MySQL 的新 Aurora 集群上

Aurora 数据库克隆

• 从现有数据库集群创建新的 Aurora 数据库集群
• 比快照和恢复更快
• 新数据库集群使用与原始集群相同的集群卷和数据，但会在进行数据更新时发生变化
• 非常快速且具有成本效益
• 有助于在不影响生产数据库的情况下从“生产”数据库创建“暂存”数据库

4. RDS & Aurora Security

• 静态加密：
• 使用 AWS KMS 的数据库主副本加密 – 必须定义为启动时间
• 如果主节点未加密，则只读副本无法加密
• 要加密未加密的数据库，请查看数据库快照并恢复为加密状态
• 动态加密：默认情况下 TLS 就绪，使用 AWSTLS 根证书客户端
• IAM 身份验证：连接到您的数据库的 IAM 角色（而不是用户名/密码）
• 安全组：控制对您的 RDS / Aurora 数据库的网络访问
• 除 RDS Custom 外，没有可用的 SSH
• 可以启用审计日志并将其发送到 CloudWatch Logs 以便保留更长时间

5. Amazon RDS Proxy

• RDS 的完全管理的数据库代理
• 允许应用程序汇总并共享与数据库建立的 DB 连接
• 通过减少数据库资源的压力（例如CPU，RAM）来提高数据库效率，并最大程度地减少开放连接（以及超时）
• 无服务器，自动化，高度可用（多功率）
• 将 RDS 和 Aurora 故障转移时间减少了66％
• 支持RDS（MySQL，PostgreSQL，Mariadb）和Aurora（MySQL，PostgreSQL）
• 大多数应用程序无需更改代码
• 对 DB 执行 IAM 身份验证，并在 AWS Secrets Manager 中安全存储凭据
• RDS 代理永远无法公开访问（必须从VPC访问）
  

6. Amazon Elasticache

概述

• RDS 的方式是获得托管的关系数据库…
• Elasticache 是要管理 Redis 或 Memcach
• 缓存是内存数据库，具有非常高的性能，低延迟
• 有助于减少数据库的负载，以读取密集工作负载
• 有助于使您的申请无状态
• AWS 负责 OS 维护 /修补，优化，设置，配置，监视，故障恢复和备份
• 使用 Elasticache 涉及重型应用程序代码更改

ElastiCache 解决方案架构 - DB缓存

• 应用程序查询 Elasticache（如果不可用的话）从 RDS 获取并存储在 Elasticache 中。
• 有助于减轻 RDS 的负载
• 缓存必须具有无效策略，以确保其中仅使用最新数据。

ElastiCache 解决方案架构 - 用户会话存储

• 用户登录到任何应用程序
• 应用程序将会话数据写入 Elasticache
• 用户击中了我们应用程序的另一个实例
• 实例检索数据，用户已经登录

ElastiCache - Redis vs Memcach

Redis	MemCached
- 自动禁用的多 AZ - 阅读副本以扩展读取并具有高可用性 - 使用 AOF 持久性的数据耐用性 - 备份和还原功能	- 用于分区数据的多节点（碎片） - 没有高可用性（复制） - 非持久 - 没有备份和还原 - 多线程体系结构

Elasticache - 缓存安全性

• Elasticache 支持 REDIS 的 IAM 身份验证
• IAM 关于 Elasticache 的政策仅用于 AWS API 级安全性
• redis auth
• 创建 REDIS 群集时，您可以设置“密码/令牌”
• 这是您的缓存的额外安全性（在安全组之上）
• 在飞行加密中支持 SSL
• 备忘录
• 支持基于 SASL 的身份验证（高级）

Patterns for ElastiCache

• 懒惰加载：所有读取数据均已缓存，数据可能变为缓存中的陈旧
• 写入：将缓存中的数据添加或更新数据写入DB（没有陈旧数据）
• 会话存储：将临时会话数据存储在缓存中（使用TTL功能）
• Quote：计算机科学中只有两件事：缓存无效和命名事物

Elasticache - Redis用例

• 游戏排行榜在计算上很复杂
• REDIS 排序设置保证唯一性和元素排序
• 每次添加新元素时，都会实时排名，然后以正确的顺序添加