AWS IoTを活用したサーバーレスアプリケーションの構築

ITアイランドセミナー in 姫島2019 で話してきました

https://connpass.com/event/115052/

Transcript

1. 
   
   
   
   
   ۚ
   ITアイランドセミナー in 姫島2019 "84
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   αʔόʔϨεΞϓϦέʔγϣϯͷߏங
2. ⾃自⼰己紹介
    wΫϥεϝιουגࣜձࣾ
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   wΞϓϦέʔγϣϯΤϯδχΞ ాத޹໌ @kongmingtrap
3. クラスメソッド = ブログの会社
    https://dev.classmethod.jp/remote-work/it-island-himeshima-day1/
4. 今回の議題
    • サーバーレスアプリケーションとは • AWS IoTとサーバーレスアプリケーション • 開発と運⽤用の設計
5. サーバーレスアプリケーションとは
6. 広義でのサーバーレスアプリケーション
    https://aws.amazon.com/jp/lambda/serverless-architectures-learn-more/ 開発者・運⽤用者にとって、 インフラストラクチャの管理理が不不要な サービス群(マネージドサービス)で 構成したアプリケーション
7. サーバーレスのメリット
    • サーバーの管理理が不不要 • 柔軟性のあるスケーリング • 価値に対する⽀支払い • ⾼高可⽤用性の⾃自動化 https://aws.amazon.com/jp/serverless/
8. サーバーレスアプリケーションを構成するためのサービス（⼀一部）
    • AWS Lambda • Amazon API Gateway • Amazon Kinesis • Amazon CloudWatch • Amazon S3 • Amazon DynamoDB • AWS Step Functions • Amazon Simple Queue Service • Amazon Athena • AWS Glue …etc
9. AWS Lambda
    • サーバーのプロビジョニング、スケーリングや 管理理が不不要 • 開発者はサーバーやランタイムの管理理、操作に 煩わされず、コードに集中することができる • 利利⽤用できる⾔言語が豊富 • Ruby / Node.js / Python / Java / Go / C# / PowerShell • Custom Runtimesを利利⽤用すれば、任意の⾔言語を 動作させることが可能 https://aws.amazon.com/jp/lambda/
10. Amazon API Gateway
     • 独⾃自の REST および WebSocket API を作成、 公開、保守、モニタリング、保護できる • 独⾃自のクライアントアプリケーション (アプリ) で使⽤用するための API を作成できる https://aws.amazon.com/jp/api-gateway/
11. Amazon Kinesis
     • あらゆる規模のストリーミングデータをコスト 効率良く処理理するための主要機能を提供 • ストリーミングデータをリアルタイムで取得、 バッファ、処理理するため、通常は数時間から数 ⽇日かかるインサイトの⽣生成を数秒から数分で完 了了 • インフラストラクチャを管理理する必要なく、ス トリーミングアプリケーションを実⾏行行できる https://aws.amazon.com/jp/kinesis/
12. Amazon CloudWatch
     • 主要なメトリクスとログのモニタリング、アプ リケーションおよびインフラストラクチャスタッ クの可視化、アラームの作成、およびメトリク スとログの関連付けによって、パフォーマンス の問題の根本的原因を把握 • アラームの設定や⾃自動化されたアクションを起 こす • ログをすばやく発⾒見見、分析、視覚化することで 運⽤用上の問題に対処しやすくする https://aws.amazon.com/jp/cloudwatch/
13. サービスを組み合わせてアプリケーションを構築
     https://docs.aws.amazon.com/ja_jp/AmazonCloudWatch/latest/events/ WhatIsCloudWatchEvents.html • 前述したサービスを組みわせて、機能を実装していく AM 2:00 に実⾏行行
14. AWS IoTとサーバーレスアプリケーション
15. とある案件
     • デバイスに対して、外部APIから状態を変化させる • 多数のデバイスの状態から、状態が変化したものに対して特 定のアクションを起こす • デバイスの状態を変化を取得し続ける • その⽇日の終了了後のデバイスの状態を表したデータを加⼯工し、 可視化する
16. AWS IoT
     • インターネットに接続したデバイスとAWSの サービスをセキュアに通信させる仕組みを提供 • デバイスへの指令、デバイスからのデータを受 け取り、AWSのサービスへ橋渡しを⾏行行う • 関連するサービス • AWS IoT Core • AWS IoT Device Defender • AWS IoT Analytics https://docs.aws.amazon.com/ja_jp/iot/latest/developerguide/what-is-aws-iot.html
17. モノ（Thing）
     • 特定のデバイスまたは論理理エンティティを表す • 物理理的なデバイスやセンサー (電球や壁のスイッ チなど) は、モノとして扱う • AWS IoT から発効された証明書を内包し、 AWS IoT とセキュアに通信する https://docs.aws.amazon.com/ja_jp/iot/latest/developerguide/iot-thing-management.html
18. Device Shadow
     • AWS IoT 上のデバイスの状態を表す • デバイスへの指令の送信、デバイスからの結果 の受信などを仮想的に⾏行行う仕組みを提供 • desired -> デバイスに対する指令 • reported -> デバイスの状態 • delta -> デバイスの状態と指令の差分 https://docs.aws.amazon.com/ja_jp/iot/latest/developerguide/iot-device-shadows.html
19. Device Shadow
    
20. Device Shadow
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    0''
    
    
    
    
    
    
    
    
    ^
    
    
    
    
    ^
    ^
21. Device Shadow
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    ^
    
    
    
    
    ^
    ^ Powerを ONにして
22. Device Shadow
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    0''
    
    
    
    
    
    
    
    
    ^
    
    
    
    
    ^
    ^ Powerを ONにして \
    
    
    
    
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    0/
    
    
    
    
    
    
    
    
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23. Device Shadow
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    0''
    
    
    
    
    
    
    
    
    ^
    
    
    
    
    ^
    ^ Powerを ONにして \
    
    
    
    
    TUBUF
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    ^
    
    
    
    
    ^
    ^ desired を受け付け
24. Device Shadow
     \
    
    
    
    
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    0/
    
    
    
    
    
    
    
    
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    0''
    
    
    
    
    
    
    
    
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    0/
    
    
    
    
    
    
    
    
    ^
    
    
    
    
    ^
    ^ Powerを ONにして \
    
    
    
    
    TUBUF
    \
    
    
    
    
    
    
    
    
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    QPXFS
    0/
    
    
    
    
    
    
    
    
    ^
    
    
    
    
    ^
    ^ desired と reported の差分 delta が発⽣生
25. Device Shadow
     \
    
    
    
    
    TUBUF
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    SFQPSUFE
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    lEFMUBz
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    ^
    
    
    
    
    ^
    ^ Powerを ONにして \
    
    
    
    
    TUBUF
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    0/
    
    
    
    
    
    
    
    
    ^
    
    
    
    
    ^
    ^ deltaがあるな… 受け付けて結果を 返そう desired と reported の差分 delta が発⽣生
26. Device Shadow
     \
    
    
    
    
    TUBUF
    \

    
    
    
    
    
    
    
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    0/
    
    
    
    
    
    
    
    
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    SFQPSUFE
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    lEFMUBz
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    ^
    ^ Powerを ONにして \
    
    
    
    
    TUBUF
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    ^
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    ^
    ^
27. Device Shadow
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    TUBUF
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    ^
    ^ Powerを ONにして \
    
    
    
    
    TUBUF
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    ^ \
    
    
    
    
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    0/
    
    
    
    
    
    
    
    
    ^
    
    
    
    
    ^
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28. Device Shadow
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    TUBUF
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    QPXFS
    0/
    
    
    
    
    
    
    
    
    ^
    
    
    
    
    ^
    ^ Powerを ONにして \
    
    
    
    
    TUBUF
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    QPXFS
    0/
    
    
    
    
    
    
    
    
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    ^
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    QPXFS
    0/
    
    
    
    
    
    
    
    
    ^
    
    
    
    
    ^
    ^ デバイスへの指令の送信、 デバイスからの結果の受信などを 仮想的に⾏行行う
29. トピック
     • AWS IoT のメッセージの送受信を可能にする パブリッシュ/サブスクライブブローカーサー ビス • AWS IoT と通信するとき、クライアントは Sensor/temp/room1 のようなトピック宛て にメッセージを送信 https://docs.aws.amazon.com/ja_jp/iot/latest/developerguide/topics.html
30. AWS IoT ルール
     • AWS IoT に接続されているモノからのデータ をルーティングするための仕組み • SQL 構⽂文で MQTT トピックで受け取ったメッ セージをフィルタ処理理し、別の場所にデータを 送る • データを DynamoDB テーブルに挿⼊入する、 AWS Lambda を呼び出すなどのアクションを 指定できる https://docs.aws.amazon.com/ja_jp/iot/latest/developerguide/iot-create-rule.html
31. AWS IoT ルール
    
32. AWS IoT ルール
     SELECT * FROM '$aws/things/+/shadow/update' WHERE state.reported.power = True
33. AWS IoT ルール
     \
    
    
    
    
    TUBUF
    \
    
    
    
    
    
    
    
    
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    QPXFS
    l0/
    
    
    
    
    
    
    
    
    ^
    
    
    
    
    ^
    ^ SELECT * FROM '$aws/things/+/shadow/update' WHERE state.reported.power = True 指定したトピックへ データを送信
34. AWS IoT ルール
     \
    
    
    
    
    TUBUF
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    ^
    ^ SELECT * FROM '$aws/things/+/shadow/update' WHERE state.reported.power = True ルールにマッチ
35. AWS IoT ルール
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    ^
    ^ SELECT * FROM '$aws/things/+/shadow/update' WHERE state.reported.power = True ルールに設定された アクションを実⾏行行する
36. AWS IoT ルール
     SELECT * FROM '$aws/things/+/shadow/update/documents'
37. AWS IoT ルール
     SELECT * FROM '$aws/things/+/shadow/update/documents'
38. AWS IoT ルール
     SELECT * FROM '$aws/things/+/shadow/update/documents' データを格納するアクショ ンを紐づけた別のルール
39. AWS IoT ルール
     SELECT * FROM '$aws/things/+/shadow/update/documents' データを格納するアクショ ンを紐づけた別のルール 複数のトピックとルールを組み合わ せて、アクションを設定していく
40. 参考 (AWS Black Belt)
     https://www.slideshare.net/AmazonWebServicesJapan/20180327-aws-black-belt-online- seminar-aws-iot 20180327 AWS Black Belt Online Seminar AWS IoT におけるデバイス管理理
41. 開発と運⽤用の設計
42. 開発と運⽤用の並⾏行行
     • 機能開発と運⽤用は開発者が並⾏行行して⾏行行う場合が多い • 開発チーム・運⽤用チームなどの役割分担をしない • スパイクアクセスの対応など、マネージドサービスに寄せて いる部分の対応は不不要だが、その結果を踏まえて機能を考慮 する場合はある • マイクロサービスを組み合わせる上での開発・運⽤用の設計が 肝要
43. AWS サーバーレスアプリケーションモデル (AWS SAM) の使⽤用
     • サーバーレスアプリケーションに適した書式で AWS CloudFromation の Stack を出⼒力力してくれる • Swaggerの定義を元に Amazon API Gateway の設定が⾏行行える • API仕様と実装の乖離を防ぐ • AWS CloudFormation テンプレートと同様で、組み込み関数 などが使える • 別のリージョンや別のAWSアカウントにアプリケーションの デプロイを⾏行行えるようにする https://docs.aws.amazon.com/ja_jp/lambda/latest/dg/serverless_app.html
44. AWS SAM
     sam.yml AWSアカウントB AWSアカウントA AWSアカウントC
45. AWS SAM
     sam.yml AWSアカウントB AWSアカウントA AWSアカウントC AWSアカウントBへ コマンド実⾏行行
46. AWS SAM
     sam.yml AWSアカウントB AWSアカウントA AWSアカウントC CloudFormationの Stackに変換
47. AWS SAM
     sam.yml AWSアカウントB AWSアカウントA AWSアカウントC AWSのリソースを展開
48. AWS SAM
     sam.yml AWSアカウントB AWSアカウントA AWSアカウントC AWSアカウントA へコマンド実⾏行行
49. AWS SAM
     sam.yml AWSアカウントB AWSアカウントA AWSアカウントC CloudFormationの Stackに変換
50. AWS SAM
     sam.yml AWSアカウントB AWSアカウントA AWSアカウントC
51. AWS SAM
     sam.yml AWSアカウントB AWSアカウントA AWSアカウントC
52. AWS SAM の記法の例例
     • Amazon CloudWatch Events + AWS Lambdaの例例 AM 2:00 に実⾏行行
53. AWS SAM の記法の例例
     • Amazon CloudWatch Events + AWS Lambdaの例例 AM 2:00 に実⾏行行 TimerEventFunction: Type: AWS::Serverless::Function Properties: FunctionName: timer-event-function CodeUri: src/handlers/timer_event Handler: index.handler Runtime: python3.7 Policies: - arn:aws:iam::aws:policy/AmazonS3FullAccess Events: Schedule: Type: Schedule Properties: Schedule: cron(0 17 * * ? *) sam.yml
54. AWS SAM の記法の例例
     • Amazon CloudWatch Events + AWS Lambdaの例例 AM 2:00 に実⾏行行 TimerEventFunction: Type: AWS::Serverless::Function Properties: FunctionName: timer-event-function CodeUri: src/handlers/timer_event Handler: index.handler Runtime: python3.7 Policies: - arn:aws:iam::aws:policy/AmazonS3FullAccess Events: Schedule: Type: Schedule Properties: Schedule: cron(0 17 * * ? *) sam.yml AWS Lambdaを紐づける イベントの設定
55. AWS SAM の記法の例例
     • Amazon CloudWatch Events + AWS Lambdaの例例 AM 2:00 に実⾏行行 TimerEventFunction: Type: AWS::Serverless::Function Properties: FunctionName: timer-event-function CodeUri: src/handlers/timer_event Handler: index.handler Runtime: python3.7 Policies: - arn:aws:iam::aws:policy/AmazonS3FullAccess Events: Schedule: Type: Schedule Properties: Schedule: cron(0 17 * * ? *) sam.yml
56. AWS SAM の記法の例例
     SELECT * FROM '$aws/things/+/shadow/update' WHERE state.reported.power = True • トピック＋ルールの例例
57. AWS SAM の記法の例例
     • トピック＋ルールの例例 AM 2:00 に実⾏行行 PowerOnFunction: Type: AWS::Serverless::Function Properties: FunctionName: power-on CodeUri: src/handlers/power Handler: index.handler Runtime: python3.7 Policies: - arn:aws:iam::aws:policy/AmazonDynamoDBFullAccess Events: PowerOnRule: Type: IoTRule Properties: AwsIotSqlVersion: 2016-03-23 Sql: | SELECT * FROM '$aws/things/+/shadow/update' WHERE state.reported.power = true sam.yml
58. AWS SAM の記法の例例
     • トピック＋ルールの例例 AM 2:00 に実⾏行行 PowerOnFunction: Type: AWS::Serverless::Function Properties: FunctionName: power-on CodeUri: src/handlers/power Handler: index.handler Runtime: python3.7 Policies: - arn:aws:iam::aws:policy/AmazonDynamoDBFullAccess Events: PowerOnRule: Type: IoTRule Properties: AwsIotSqlVersion: 2016-03-23 Sql: | SELECT * FROM '$aws/things/+/shadow/update' WHERE state.reported.power = true sam.yml
59. CIとの組み合わせ
     • AWS SAM でのCIツールを組み合わせて、ユニットテスト　 → デプロイ → e2eテスト までを⼀一貫して⾏行行う • CIツールの Approval などの機能を利利⽤用し、本番環境適⽤用など を⼀一連のワークフローで⾏行行えるようにする sam.yml
60. CIとの組み合わせ
     https://circleci.com/docs/2.0/workflows/ • ワークフローの例例
61. CIとの組み合わせ
     https://circleci.com/docs/2.0/workflows/ ユニットテスト を⾏行行う • ワークフローの例例
62. CIとの組み合わせ
     https://circleci.com/docs/2.0/workflows/ ユニットテスト を⾏行行う 開発環境へのデプ ロイとe2eテスト を⾏行行う • ワークフローの例例
63. CIとの組み合わせ
     https://circleci.com/docs/2.0/workflows/ ユニットテスト を⾏行行う 開発環境へのデプ ロイとe2eテスト を⾏行行う 本番環境への適⽤用 を⾏行行う • ワークフローの例例
64. CIとの組み合わせ
     https://circleci.com/docs/2.0/workflows/ 本番適⽤用の実⾏行行は Approvalで待たせる • ワークフローの例例
65. CIとの組み合わせ
     https://circleci.com/docs/2.0/workflows/ • ワークフローの例例
66. ログ・監視について
     • マイクロサービス毎にログが出⼒力力されるため、ログの量量は増 える • デバイス数などが多いアプリケーションなどはもっと増える • ログは Amazon CloudWatch Logs に保存 • Amazon CloudWatch Logs Insights • Amazon Athena
67. アラートの通知
     • アラートメッセージをSlackに流すことで、メッセージ通知を 起点に調査できるようにする
68. ログ出⼒力力
     • AWS Lambda の Context オブジェクトには 流れを追いやすくするデータが⼊入っているの で、ログ出⼒力力の際に付加しておく • aws_request_id • log_group_name • log_stream_name https://docs.aws.amazon.com/ja_jp/lambda/latest/dg/python-context-object.html
69. ログ出⼒力力
     • CloudWatch Logs サブスクリプションフィルターで、特定の ⽂文字列列（ERROR等）を検出した時に、ログ出⼒力力させる https://docs.aws.amazon.com/ja_jp/AmazonCloudWatch/latest/logs/SubscriptionFilters.html
70. ログ出⼒力力
     PowerOnSubscriptionFilter: Type: AWS::Logs::SubscriptionFilter Properties: RoleArn: !GetAtt LogSubscriptionFilterRole.Arn LogGroupName: !Sub /aws/lambda/power-on FilterPattern: ?ERROR ?REPORT DestinationArn: !GetAtt AlertMessageStream.Arn
71. ログ出⼒力力
     PowerOnSubscriptionFilter: Type: AWS::Logs::SubscriptionFilter Properties: RoleArn: !GetAtt LogSubscriptionFilterRole.Arn LogGroupName: !Sub /aws/lambda/power-on FilterPattern: ?ERROR ?REPORT DestinationArn: !GetAtt AlertMessageStream.Arn AlertMessageFunction: Type: AWS::Serverless::Function Properties: FunctionName: alert-message CodeUri: src/handlers/alert_message Handler: index.handler Runtime: python3.7 Policies: - arn:aws:iam::aws:policy/AmazonSNSFullAccess Events: ErrorIngesterStream: Type: Kinesis Properties: Stream: !GetAtt AlertMessageStream.Arn StartingPosition: TRIM_HORIZON BatchSize: 5
72. ログ出⼒力力
     PowerOnSubscriptionFilter: Type: AWS::Logs::SubscriptionFilter Properties: RoleArn: !GetAtt LogSubscriptionFilterRole.Arn LogGroupName: !Sub /aws/lambda/power-on FilterPattern: ?ERROR ?REPORT DestinationArn: !GetAtt AlertMessageStream.Arn AlertMessageFunction: Type: AWS::Serverless::Function Properties: FunctionName: alert-message CodeUri: src/handlers/alert_message Handler: index.handler Runtime: python3.7 Policies: - arn:aws:iam::aws:policy/AmazonSNSFullAccess Events: ErrorIngesterStream: Type: Kinesis Properties: Stream: !GetAtt AlertMessageStream.Arn StartingPosition: TRIM_HORIZON BatchSize: 5
73. ログ出⼒力力
    
74. 監視
     • Datadog で利利⽤用しているサービスのメトリクスを監視し、異異 常値を検知したら Slack に通知させるようにする https://docs.datadoghq.com/integrations/amazon_web_services/?tab=allpermissions
75. 監視
     resource "datadog_monitor" "states_executions_failed" { name = "[Step Functions] ExecutionsFailed 監視" type = "metric alert" query = "sum(last_5m):sum:aws.states.executions_failed.as_count() >= 1" notify_no_data = false renotify_interval = 10 notify_audit = false timeout_h = 0 evaluation_delay = 900 include_tags = false locked = false new_host_delay = 300 no_data_timeframe = 10 require_full_window = false …
76. 監視
    
77. まとめ
78. まとめ
     • サービスが⽇日々アップデートされるので、情報は常に追う必 要がある • ツールを組み合わせて、開発・運⽤用周りを整備することで、 サービスの速度に対応させる • サービスの組み合わせや利利⽤用シーンによっては課⾦金金額が上がっ ていくため、適切なサイクルでアーキテクチャを⾒見見直す
79. 参考⽂文献
     https://d1.awsstatic.com/whitepapers/architecture/AWS-Serverless-Applications-Lens.pdf • Well-Architected レンズ サーバーレスアプリケーション • Well-Architected レンズ IoT (モノのインターネット) • 20180327 AWS Black Belt Online Seminar AWS IoT における デバイス管理理