【AWS】CPU使用率减轻方法
在 AWS EC2 实例上管理和优化 CPU 使用率是确保应用程序高效运行和控制成本的关键。高 CPU 使用率可能导致性能下降、响应时间延长，并直接增加您的 AWS 费用。
优化 EC2 CPU 使用率的六大策略
为了帮助您系统性地理解并实施 CPU 优化，我将这些方法归纳为六个主要方面：
1. 应用程序和代码优化
这是最直接也最根本的解决方案。通过提升代码本身的效率，可以显著减少对 CPU 的需求。
识别并优化瓶颈： 使用 性能分析工具 (profiler) 精准定位代码中 CPU 密集型的部分，例如复杂的循环、昂贵的计算或频繁的 I/O 操作。
算法改进： 审视并替换效率低下的算法，例如将复杂度高的算法（如 O(N2)）优化为更高效的（如 O(NlogN) 或 O(N)）。
结果缓存： 避免重复计算，对已生成的结果进行缓存。在应用程序内存中或利用像 Amazon ElastiCache (Redis/Memcached) 这样的分布式缓存服务，存储频繁访问的数据或查询结果，从而减少对后端数据库或服务的反复调用。
异步处理： 将耗时操作（如图像处理、报告生成）从主线程中分离，通过消息队列 Amazon SQS 或事件总线 Amazon EventBridge 进行异步处理，避免阻塞主流程。
2. EC2 实例配置优化
选择合适的 EC2 实例类型并充分利用 AWS 的弹性功能，可以确保您获得最佳的性能与成本平衡。
选择合适的实例类型：
CPU 优化型 (C 系列)：针对计算密集型任务（如高性能计算、批处理）提供卓越的 CPU 性能。
内存优化型 (R 系列)：适用于内存需求高但 CPU 相对不那么集中的应用，避免因内存不足导致额外的 CPU 开销。
突发性能型 (T 系列)：适用于 CPU 使用率有波动的应用程序（如 Web 服务器），在需要时提供更高的 CPU 性能，平时则保持较低基准，从而节省成本。
最新一代实例：通常提供更好的性能和更优的性价比。
利用自动伸缩 (Auto Scaling)：根据 CPU 使用率等指标自动增加或减少 EC2 实例数量。当 CPU 负载升高时，Auto Scaling 会自动启动新实例来分担压力，从而降低单个实例的 CPU 使用率；当负载降低时，则会自动终止多余实例以节约成本。
使用弹性负载均衡 (Elastic Load Balancing, ELB)：将传入的应用流量自动分配到多个 EC2 实例上，防止任何单个实例过载，并确保所有健康实例都能高效处理请求。
3. 数据库和存储优化
数据库和存储性能不佳往往会间接导致 EC2 实例的 CPU 使用率升高，因为应用需要耗费更多 CPU 资源等待数据或处理慢查询。
数据库查询优化：确保您的数据库查询是高效的，充分利用索引，并避免全表扫描。
数据库服务选择：考虑使用托管的数据库服务，如 Amazon RDS (关系型数据库) 或 Amazon Aurora (云原生关系型数据库)，这些服务通常比自建数据库提供更好的性能和更低的运维负担。对于非关系型数据，Amazon DynamoDB 提供极低延迟和高扩展性。
使用数据库连接池：在应用程序中管理数据库连接，减少频繁建立和关闭连接的 CPU 开销。
优化存储 I/O：根据应用程序的 I/O 需求，选择合适的 Amazon EBS 卷类型（如 gp3 或 io2），避免存储成为性能瓶颈。
4. 监控和分析
持续的性能监控和深入分析是识别并解决 CPU 使用率问题的基础。
持续监控：使用 Amazon CloudWatch 监控 EC2 实例的关键指标，如 CPU 使用率、网络 I/O、磁盘 I/O 和内存使用率。设置警报，以便在 CPU 达到阈值时及时收到通知。
性能分析工具：利用操作系统级别的工具（如 top, htop, iostat）实时查看实例内部的 CPU 使用情况，识别是哪个进程或服务占用了大量 CPU。
分布式跟踪：结合 AWS X-Ray 等服务，可以跟踪请求在您的分布式系统中的流转，帮助您 pinpoint导致 CPU 使用率升高的具体服务或代码路径。
5. 架构优化
从更宏观的层面重新设计应用程序架构，有时能带来更显著的 CPU 优化效果。
无服务器架构 (Serverless)：对于事件驱动型或请求-响应型的工作负载，可以考虑迁移到 AWS Lambda。Lambda 会自动管理计算资源，您只需为代码实际运行的时间付费，无需管理 EC2 实例的 CPU 使用率。
微服务架构：将大型单体应用程序拆分为更小的、独立的微服务。每个微服务可以独立扩展，并使用最适合其需求的技术栈和实例类型，避免因某一模块的 CPU 密集型操作影响整个应用程序。
内容分发网络 (CDN)：对于静态内容，利用 Amazon CloudFront 等 CDN 服务，将内容缓存到全球各地的边缘站点，使用户可以从最近的节点获取内容，从而大幅减少 EC2 实例处理静态文件请求的 CPU 负载。
6. 环境优化和维护
保持环境的整洁和更新，也能间接帮助优化 CPU 表现。
操作系统和软件更新： 及时打补丁和更新 EC2 实例上的操作系统和应用程序软件，以利用最新的性能改进和安全修复。
清理不必要的服务和进程： 定期检查并关闭 EC2 实例上不需要的服务和后台进程，它们可能会悄无声息地消耗 CPU 资源。
通过结合上述多种策略，您可以有效地管理和降低 EC2 实例的 CPU 使用率，从而提升应用程序性能、提高用户满意度，并优化您的 AWS 运营成本。
过去考试题
あたたの会社では主に読み取り専用の目的で利用されるWEBサービスを提供するEC2があります。このEC2は、常にCPU使用率が約100％で利用されています。
次の中でこの問題を軽減する対応内容はどれですか？
- SNSを利用してCPU使用率が100％の検知をIT管理者にメールで通知し、IT管理者は一部のセッションを切断し、負荷を軽減する。
- SESを利用してCPU使用率が100％の検知をIT管理者にメールで通知し、IT管理者は一部のセッションを切断し、負荷を軽減する。
- AWSのEC2は負荷に強いため、対応を取る必要はない。
- CloudFrontを利用して、対象のEC2インスタンスをオリジンとして配置する。
CloudFrontを利用することで、EC2インスタンスへの直接アクセスを減らすことができます。CloudFrontはコンテンツをキャッシュするため、EC2インスタンスへの負荷を軽減できます。読み取り専用のWEBサービスなので、CloudFrontの利用が適切な選択肢となります。
A、Bについて:SNSやSESを使ってアラートを送信しても、根本的な問題は解決されません。アラートを受け取った後にIT管理者が手動で対応する必要があるため、望ましい解決策とは言えません。
Cについて:EC2インスタンスがCPU使用率100%で動作し続けることは望ましくありません。使用状況に応じて適切なリソースを割り当てる必要があります。