# AWS EC2 運算資源 (觀念講解篇)

###### tags: `概論介紹`

## EC2 重點架構

EC2 Instance (EC2 虛擬機) 由許多重要元件組成，我們分成三大部分介紹。

### ◆ AMI

在一個 EC2 Instance 裡，有一個重要元件叫做 ==**AMI** (Amazon Machine Image)==。

什麼是 AMI：
- 最主要的功用為++決定我們的 OS (Operating System) 作業系統++。
- AMI 如同一個模板，當每次在建立 EC2 Instance 時，就要選擇使用何種 AMI。
- 包含許多細部設定，之後會再來討論，這裡先用 TBD (To Be Defined) 標記起來。


### ◆ Instance Metadata

當我們啟動一台 Instance 時，會有一些 Instance 層面的資料，裡面包含：Instance ID、Hostname 等。


### ◆ Instance Type

在 Instance Type 中，我們會去決定 Instance 本身要使用多少資源，包含我們要使用 vCPU、記憶體、儲存空間的多寡。

:::danger
Instance Storage 是一個本地的儲存空間，會隨著 EC2 Instance 的更動而改變。

換句話說，若 EC2 Instance 消失，Instance Storage 就會不見，因此不適合放置永久資訊。
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不過 Instance Storage 的好處是：

- 它就在 EC2 Instance 上，所以能讓我們進行非常高效率的 I/O 工作。

- 可以決定 Network speed，Network speed 能決定 EC2 Instance 能負荷多少網路流量。

EC2 中還有許多細部設定，一樣先標 TBD。


### ◆ EC2 連接的子服務

當我們在 AWS Consol 建立一台 EC2 時，我們會連接許多子服務。

- **Network 網路**
我們會配給 EC2 一個或多個虛擬網卡 (ENI)，而 EC2 Instance 在 AWS 網路架構中的角色是由 ENI 來決定。

如下圖，我們必須看 ENI 在哪個 SG (Security Group) 、哪個 Subnet，以及被哪個 NACL 所管控。

> [NACL 及 SC 相關介紹](https://hackmd.io/ZP5kM8BgSr-se5JNBp1UtQ#%E2%97%86-NACL-vs-SG-%E7%9A%84%E5%AE%89%E5%85%A8%E8%A8%AD%E5%AE%9A%E4%BB%8B%E7%B4%B9)


- **Permission 權限**
在 AWS 中，管理權限有個重要元件 ==**IAM Role**==。

IAM Role 並不能直接被 EC2 Instance 給使用，因此需要一個銜接角色來串接，也就是 ==**Instance Profile**==，如下圖：

Instance Profile 會將 IAM Role 轉換為 EC2 Instance 可以使用的形式，來管控 EC2 Instance 可以使用哪種權限及 AWS 服務。


- **External Storage**
==External Storage== 是一個外接的儲存空間。

服務名稱叫做 ==**EBS Volume** (Elastic Block Storage Volume)==。

有別於 Instance Storage，EBS Volume 並不會隨者 EC2 Instance 的消失而不見，因此適合放置永久資料。


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<h2>小結</h2>

EC2 主體實際上只有下圖紅框圈起來的部分，右側都是可以連結的子系統們。

EC2 必須透過與這些服務的連結才能建出一個完整的虛擬機功能。
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## EC2 儲存資源 Instance Store vs Elastic Block Storage (EBS)

### ◆ EC2 Instance 與 EBS Volume 的關係介紹

在 EC2 Instance 中，有個 Instance Storage，他們會在同一個 Host 主機上。

我們可以透過網路連結到另外的外部硬碟空間 EBS Volume (Elastic Block Storage)。

EC2 Instance 與 EBS Volume 會在同一個 AZ 中，如下圖：


EBS Volume 可以備份，而 AWS 提供的備份功能叫做 ==EBS Snapshot==。

EBS Snapshot 有個特點，它會進行漸進式的備份 (==backup==)，也就是說，已備份的部分不會重複備份，只會針對新的部分備份，這種漸進式的方法稱作 ==Incremental==。

另外， EBS Snapshot 會與 EC2 Instance 在同一個 Region 中。

EC2 Instance、EBS Volume、EBS Snapshot 三者的關係如下圖：


### ◆ EBS 與 Instance Storage 的優缺點比較

- Instance Storage
- 優點：
- High I/O
由於 Instance Storage 跟 EC2 Instance 在同一個 Host 中，因此具有很好的 I/O 處理能力。

- 缺點：
- Ephemeral，短暫存在
當 EC2 Instance 被刪除時，Instance Storage 的資料也會全部消失。
- No Backup
當主機儲存硬碟故障時，資料因為沒有備份，所以也會跟著消失。
換句話說，它的耐久性非常低，不適合存放長久資料。

- EBS
- 優點
- Persistent
EBS Volume 的生命週期與 EC2 的出現消失無關，即使 EC2 被砍掉，EBS Volume 的資料也不會消失
- Backup
當創造 EBS Volume 時，在背後的 AZ 中，AWS 會幫忙建立多台儲存設備，簡稱 ==Nodes==，來組成 EBS Volume，就算一個硬碟故障，資料仍完整保存，提供較高的耐久性。
另外，還有 EBS Snapshot 來保護資料，就算 AZ 所有資料中心都無法使用，資料仍會保存在同一個 Region 下的 EBS Snapshot。

- 缺點
- Lower I/O
由於 EBS 和 EC2 之間連通內部網路會造成時間消耗，因此 I/O 處理能力較低

Instance Storage 與 EBS 優缺點比較圖：

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<h2>小結</h2>

相較於 Instance Storage，更常使用 EBS 儲存，因為 EBS 提供較高的 Durability。

雖然 EBS 存在 lower I/O 的問題，但 AWS 提供我們許多不同的 EBS Type 來解決這個問題，之後會再詳細說明。
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## EC2 儲存資源 EBS Types 方案比較

AWS 提供以下四種 EBS Types，讓我們根據 I/O 需求來做選擇，改善 lower I/O 的問題：
1. io1
2. gp2
3. st1
4. sc1

### ◆ SSD 與 HDD 與四種 EBS Types

- SSD 下含有 io1 與 gp2 兩種類別
- HDD 下含有 st1 與 sc1 兩種類別

各類別的數據比較：

- Max Storage：最大容量都是 16TB
- I/O：Input / Output 的簡寫，用來評量檔案讀寫的速度效能
- IOPS：I/O Per Second，每秒可處理的 I/O 請求次數
- IO Packet Size：指的是每次處理一個 I/O 請求時，一個 Package 的大小。
- Throughput：「*每秒可以處理的 I/O 資料總量*」，Throughput = IOPS * I/O Packet Size
- Cost：這邊以相對的數值來建立數字級距的概念，以處理一單位資料的花費，以 $ 當作比較符號

> 關於 IO Packet Size：
>
> SSD 底下兩個 Type 的 Packet Size 只有 16 KB，HDD 底下兩個 Type 的則有 1MB
>
> 主要是因為在 SSD 底下，是針對「*次數高但量小的使用情境*」
> 而 HDD 則是處理「*次數少但量大的狀況*」

### ◆ 比較數值意義

<h3>HDD</h3>

最重要的數值是 Throughput，st1 處理 500MB/s，sc1 處理 250MB/s，勝過 gp2。

雖然 io1 可以達到 1000MB/s，但是花費成本也是最高的，因此並非最佳選擇。

sc1 的花費最低，又可以達到 250MB/s，算是較經濟實惠的選擇。

gp2 需花 4 倍的花費才能達到 sc1 的 Throughput，因此也不划算。

:::success
因此當我們要使用 HDD 底下的 Type 時，必須特別注意 Throughput 和 Cost 兩個數值。
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<h3>SSD</h3>

底下兩個 Type 都是以 IOPS 為主要數值，雖然比 HDD 貴很多，但是相對它的 IOPS 也高出非常多。

:::success
所以當我們使用 SSD 底下的 Type 時，就是願意花大錢買很高的 IOPS。
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<h3>四個 Type 適用情境</h3>

- ==io1==
- 建議使用於 EC2 上有建立「***資料庫***」的情況，因為在資料庫處理中的 CRUD，可能都是資料小但請求次數多的狀況。
- ==gp2==
- 建議使用於「***開機硬碟***」，AWS 建議大家使用的預設硬碟選擇，可使開機速度快，費用也不像 io1 那麼貴。
- ==st1==
- 建議使用於「***影音串流***」，影音串流的請求頻率不高，但每次都是幾 GB 的容量。
- ==sc1==
- 建議使用於「***資料封存***」的情況，因為使用資料的頻率非常低，保存成本也不高。


<h3>EBS 效能</h3>

SSD 最強的效能是 IOPS，HDD 則是 Throughput。

決定最後 EBS 可以得到的效能是由兩種要件組成的：
1. EBS Type 之間不同的效能
2. EBS Volume 被 attach 到一台 EC2 Instance 上時，那台 Instance 的 EC2 Type 也會影響最後 EBS Volume 的效能

參考下圖，儘管左邊 EBS type 效能高，但終究還是會被右邊 EC2 Type 最高效能給拉下來，最後取得兩者的交集。


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<h2>小結</h2>

1. HDD 底下的 st1 和 sc1 是「**便宜大流量**」
2. SSD 底下的 io1 和 gp2 是「**高貴快手速**」
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> 參考網站：
> [Day 9 運算寶石：EC2 重點架構](https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10263305)
> [Day 10 運算寶石：EC2 儲存資源 Instance Store vs Elastic Block Storage (EBS)](https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10264261)
> [Day 11 運算寶石：EC2 儲存資源 EBS Types 方案比較](https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10264904)