RDS完全ガイド

RDS (Relational Database Service) 完全ガイド

RDSは、マネージドリレーショナルデータベースサービスです。実務で使える実装例とベストプラクティスを詳しく解説します。

1. RDSとは

RDSの役割

RDSは、MySQL、PostgreSQL、Auroraなどのリレーショナルデータベースを管理・運用するマネージドサービスです。

アプリケーション
   ↓（SQLクエリ）
RDSインスタンス
   ├─ データベースエンジン
   ├─ 自動バックアップ
   └─ モニタリング

なぜRDSが必要か

問題のある構成（自己管理データベース）:

# 問題: EC2上でデータベースを自己管理
# 1. データベースのインストールと設定
# 2. バックアップの手動管理
# 3. セキュリティパッチの適用
# 4. パフォーマンスチューニング
# 5. 24時間の監視

# 問題点:
# 1. 運用負荷が高い
# 2. バックアップの管理が複雑
# 3. 可用性の確保が困難
# 4. スケーリングが困難

解決: RDSによるマネージドデータベース

# 解決: RDSインスタンスの作成
Resources:
  DBInstance:
    Type: AWS::RDS::DBInstance
    Properties:
      Engine: mysql
      EngineVersion: '8.0'
      DBInstanceClass: db.t3.medium
      MultiAZ: true
      BackupRetentionPeriod: 7
      StorageEncrypted: true

# メリット:
# 1. 運用負荷が低い（AWSが管理）
# 2. 自動バックアップ（設定するだけ）
# 3. 高い可用性（マルチAZ）
# 4. 簡単なスケーリング（設定変更のみ）

2. RDSエンジン

エンジンの種類

MySQL

特徴: オープンソース、広く使われている
用途: Webアプリケーション、CMS
バージョン: 5.7, 8.0

PostgreSQL

特徴: 高度な機能、拡張性が高い
用途: 複雑なクエリ、地理空間データ
バージョン: 13, 14, 15

Aurora

特徴: AWS独自、高性能、高可用性
用途: 高負荷アプリケーション
バージョン: MySQL互換、PostgreSQL互換

MariaDB

特徴: MySQL互換、コミュニティ主導
用途: MySQLからの移行
バージョン: 10.3, 10.4, 10.5

エンジンの選択

# 用途別の選択例
用途: Webアプリケーション（シンプル）
推奨: MySQL

用途: 複雑なクエリ、拡張機能が必要
推奨: PostgreSQL

用途: 高負荷、高可用性が必要
推奨: Aurora

用途: MySQL互換が必要
推奨: MariaDB

3. インスタンスクラス

インスタンスクラスの種類

db.t3.micro: 開発・テスト環境
db.t3.small: 小規模アプリケーション
db.t3.medium: 中規模アプリケーション
db.m5.large: 本番環境（汎用）
db.r5.large: メモリ最適化（大規模データ）
db.x1e.xlarge: メモリ最適化（超大規模）

インスタンスクラスの選択

# 用途別の選択例
開発環境: db.t3.micro, db.t3.small
小規模本番: db.t3.medium, db.m5.large
中規模本番: db.m5.xlarge, db.r5.large
大規模本番: db.r5.xlarge, db.x1e.xlarge

4. マルチAZ配置

マルチAZとは

マルチAZは、異なるアベイラビリティゾーンにスタンバイレプリカを配置し、高可用性を実現する機能です。

プライマリ（us-east-1a）
   ↓（同期レプリケーション）
スタンバイ（us-east-1b）

マルチAZの設定

Resources:
  DBInstance:
    Type: AWS::RDS::DBInstance
    Properties:
      Engine: mysql
      EngineVersion: '8.0'
      DBInstanceClass: db.t3.medium
      MultiAZ: true  # マルチAZを有効化
      StorageType: gp3
      AllocatedStorage: 100
      MasterUsername: admin
      MasterUserPassword: !Ref DBPassword
      BackupRetentionPeriod: 7
      PreferredBackupWindow: '03:00-04:00'
      PreferredMaintenanceWindow: 'mon:04:00-mon:05:00'
      StorageEncrypted: true
      VPCSecurityGroups:
        - !Ref DBSecurityGroup
      DBSubnetGroupName: !Ref DBSubnetGroup

マルチAZのメリット

1. 高可用性: プライマリが障害発生時に自動フェイルオーバー
2. データの耐久性: 同期レプリケーションでデータ損失を防止
3. メンテナンス: メンテナンス時に自動フェイルオーバー

5. リードレプリカ

リードレプリカとは

リードレプリカは、読み取り専用のレプリカです。読み取り負荷を分散し、可用性を向上させます。

プライマリ（書き込み）
   ├─→ リードレプリカ1（読み取り）
   ├─→ リードレプリカ2（読み取り）
   └─→ リードレプリカ3（読み取り）

リードレプリカの設定

Resources:
  DBInstance:
    Type: AWS::RDS::DBInstance
    Properties:
      Engine: mysql
      EngineVersion: '8.0'
      DBInstanceClass: db.t3.medium
      MasterUsername: admin
      MasterUserPassword: !Ref DBPassword

  ReadReplica1:
    Type: AWS::RDS::DBInstance
    Properties:
      SourceDBInstanceIdentifier: !Ref DBInstance
      DBInstanceClass: db.t3.medium
      PubliclyAccessible: false
      AvailabilityZone: us-east-1b

  ReadReplica2:
    Type: AWS::RDS::DBInstance
    Properties:
      SourceDBInstanceIdentifier: !Ref DBInstance
      DBInstanceClass: db.t3.medium
      PubliclyAccessible: false
      AvailabilityZone: us-east-1c

リードレプリカの活用

// アプリケーションでの読み取り分散
const readReplicas = [
  'read-replica-1.region.amazonaws.com',
  'read-replica-2.region.amazonaws.com',
  'read-replica-3.region.amazonaws.com'
];

// 読み取りクエリはリードレプリカに
function getUsers() {
  const replica = readReplicas[Math.floor(Math.random() * readReplicas.length)];
  return query(replica, 'SELECT * FROM users');
}

// 書き込みクエリはプライマリに
function createUser(user) {
  return query(primaryDB, 'INSERT INTO users ...');
}

6. バックアップとリストア

自動バックアップ

Resources:
  DBInstance:
    Type: AWS::RDS::DBInstance
    Properties:
      BackupRetentionPeriod: 7  # 7日間保持
      PreferredBackupWindow: '03:00-04:00'  # バックアップ時間
      CopyTagsToSnapshot: true  # スナップショットにタグをコピー

手動スナップショット

# スナップショットの作成
aws rds create-db-snapshot \
  --db-instance-identifier my-db \
  --db-snapshot-identifier my-db-snapshot-20240101

# スナップショットの一覧表示
aws rds describe-db-snapshots \
  --db-instance-identifier my-db

# スナップショットからリストア
aws rds restore-db-instance-from-db-snapshot \
  --db-instance-identifier my-db-restored \
  --db-snapshot-identifier my-db-snapshot-20240101

ポイントインタイムリカバリー（PITR）

Resources:
  DBInstance:
    Type: AWS::RDS::DBInstance
    Properties:
      BackupRetentionPeriod: 7
      # PITRは自動的に有効化される（バックアップ保持期間内）

# PITRでのリストア
aws rds restore-db-instance-to-point-in-time \
  --source-db-instance-identifier my-db \
  --target-db-instance-identifier my-db-restored \
  --restore-time 2024-01-01T12:00:00Z

7. Aurora

Auroraとは

Auroraは、AWS独自の高性能データベースエンジンです。MySQLやPostgreSQLと互換性があります。

Auroraクラスター

Resources:
  AuroraCluster:
    Type: AWS::RDS::DBCluster
    Properties:
      Engine: aurora-mysql
      EngineVersion: '8.0.mysql_aurora.3.02.0'
      DatabaseName: mydb
      MasterUsername: admin
      MasterUserPassword: !Ref DBPassword
      BackupRetentionPeriod: 7
      PreferredBackupWindow: '03:00-04:00'
      PreferredMaintenanceWindow: 'mon:04:00-mon:05:00'
      StorageEncrypted: true
      DBSubnetGroupName: !Ref DBSubnetGroup
      VpcSecurityGroupIds:
        - !Ref DBSecurityGroup

  AuroraInstance1:
    Type: AWS::RDS::DBInstance
    Properties:
      Engine: aurora-mysql
      DBClusterIdentifier: !Ref AuroraCluster
      DBInstanceClass: db.r6g.large
      PubliclyAccessible: false
      AvailabilityZone: us-east-1a

  AuroraInstance2:
    Type: AWS::RDS::DBInstance
    Properties:
      Engine: aurora-mysql
      DBClusterIdentifier: !Ref AuroraCluster
      DBInstanceClass: db.r6g.large
      PubliclyAccessible: false
      AvailabilityZone: us-east-1b

Aurora Serverless

Resources:
  AuroraServerlessCluster:
    Type: AWS::RDS::DBCluster
    Properties:
      Engine: aurora-mysql
      EngineMode: serverless
      DatabaseName: mydb
      MasterUsername: admin
      MasterUserPassword: !Ref DBPassword
      ScalingConfiguration:
        MinCapacity: 2  # ACU（Aurora Capacity Units）
        MaxCapacity: 16
        AutoPause: true
        SecondsUntilAutoPause: 300
      BackupRetentionPeriod: 7
      StorageEncrypted: true

Auroraの特徴

1. 高性能: 最大5倍のスループット
2. 高可用性: 6つのコピーを3つのAZに分散
3. 自動スケーリング: ストレージが自動的に拡張
4. 高速フェイルオーバー: 30秒以内

8. パフォーマンス最適化

パラメータグループ

Resources:
  DBParameterGroup:
    Type: AWS::RDS::DBParameterGroup
    Properties:
      DBParameterGroupName: my-custom-params
      Family: mysql8.0
      Description: Custom parameter group
      Parameters:
        max_connections: '500'
        innodb_buffer_pool_size: '{DBInstanceClassMemory*3/4}'
        query_cache_size: '67108864'

パフォーマンスインサイト

# パフォーマンスインサイトの有効化
aws rds modify-db-instance \
  --db-instance-identifier my-db \
  --enable-performance-insights \
  --performance-insights-retention-period 7

スロークエリログ

Resources:
  DBParameterGroup:
    Type: AWS::RDS::DBParameterGroup
    Properties:
      Parameters:
        slow_query_log: '1'
        long_query_time: '2'
        log_queries_not_using_indexes: '1'

9. セキュリティ

暗号化

Resources:
  DBInstance:
    Type: AWS::RDS::DBInstance
    Properties:
      StorageEncrypted: true
      KmsKeyId: !Ref KMSKey  # カスタムKMSキー

セキュリティグループ

Resources:
  DBSecurityGroup:
    Type: AWS::EC2::SecurityGroup
    Properties:
      GroupDescription: Database security group
      VpcId: !Ref VPC
      SecurityGroupIngress:
        - IpProtocol: tcp
          FromPort: 3306
          ToPort: 3306
          SourceSecurityGroupId: !Ref AppSecurityGroup
          Description: MySQL access from application servers

10. 実務でのベストプラクティス

パターン1: 高可用性構成

# マルチAZ + リードレプリカ
Resources:
  DBInstance:
    Properties:
      MultiAZ: true
      BackupRetentionPeriod: 7

  ReadReplica1:
    Properties:
      SourceDBInstanceIdentifier: !Ref DBInstance
      AvailabilityZone: us-east-1b

  ReadReplica2:
    Properties:
      SourceDBInstanceIdentifier: !Ref DBInstance
      AvailabilityZone: us-east-1c

パター2: コスト最適化

# 開発環境: 小さいインスタンス、バックアップ短縮
Resources:
  DevDBInstance:
    Properties:
      DBInstanceClass: db.t3.micro
      BackupRetentionPeriod: 1
      MultiAZ: false

# 本番環境: 適切なサイズ、バックアップ長期保持
Resources:
  ProdDBInstance:
    Properties:
      DBInstanceClass: db.m5.large
      BackupRetentionPeriod: 30
      MultiAZ: true

11. よくある問題と解決策

問題1: パフォーマンスが低い

原因:

• インスタンスクラスが小さい
• パラメータグループが最適化されていない
• インデックスが不足している

解決策:

# インスタンスクラスの確認
aws rds describe-db-instances \
  --db-instance-identifier my-db \
  --query 'DBInstances[0].DBInstanceClass'

# パラメータグループの確認
aws rds describe-db-parameters \
  --db-parameter-group-name my-params

# スロークエリログの確認
aws rds describe-db-log-files \
  --db-instance-identifier my-db

問題2: 接続できない

原因:

• セキュリティグループでポートが開いていない
• パブリックアクセスが無効になっている
• サブネットグループが正しく設定されていない

解決策:

# セキュリティグループの確認
aws rds describe-db-instances \
  --db-instance-identifier my-db \
  --query 'DBInstances[0].VpcSecurityGroups'

# パブリックアクセスの確認
aws rds describe-db-instances \
  --db-instance-identifier my-db \
  --query 'DBInstances[0].PubliclyAccessible'

# サブネットグループの確認
aws rds describe-db-subnet-groups \
  --db-subnet-group-name my-subnet-group

これで、RDSの基礎知識と実務での使い方を理解できるようになりました。