詳解 AWS Lambdaコールドスタート

2024/7/29のClassmethod ODYSSEY Onlineで発表した際の資料です

1. 詳解 AWS Lambda コールドスタート 2024.7.29 リテールアプリ共創部 岩⽥ 智哉
2. このセッションで扱うこと 2 コールドスタート関連の⾖知識 ...70%ぐらい 実務に役⽴つ話 ...30%ぐらい
3. ⾃⼰紹介 3 岩⽥ 智哉 産業⽀援グループ リテールアプリ共創部 マッハチーム 普段は開発やってます TypeScript and (ECS or Lambda) が多め ⼤阪オフィス所属 好きなAWSサービスはAWS Lambda
4. コールドスタートのライフサイクル 4 AWS Lambda Under the Hood より引⽤ https://serverlessland.s3.amazonaws.com/pdf/mike_danilov_qcon_23_final.pdf
5. コールドスタートを改善するには 5 AWSが最適化する領域について 最適化の恩恵を受けやすくする ユーザー側で最適化すべき領域を 最適化する
6. ここから コールドスタートについて 深堀りしていきます 6
7. Lambdaの実⾏環境について 7 ↓まずはココの話から
8. Lambdaの舞台裏 8 Lambda executions - Security Overview of AWS Lambdaより引⽤ https://docs.aws.amazon.com/whitepapers/latest/security-overview-aws-lambda/lambda-executions.html Worker
9. MicroManager 9 Firecracker: Lightweight Virtualization for Serverless Applications より引⽤ https://assets.amazon.science/96/c6/302e527240a3b1f86c86c3e8fc3d/firecracker-lightweight-virtualization- for-serverless-applications.pdf
10. Full cold StartとPartial cold Start 10 AWS re:Invent 2020: AWS Lambda – Part 2: Optimizing your Lambda function performance より引⽤ https://www.youtube.com/watch?v=rrK7PA8ZK7M
11. LambdaのコードDL 11 ↓続いてココの話
12. コンテナイメージ 形式のLambda 12
13. コンテナイメージ形式のLambda 13 re:invent2020で発表 最⼤10Gのコンテナイメージがデプロイ可能 10Gのイメージが数百msで起動可能
14. なぜコールドスタートが早いのか︖ 14 コンテナイメージを⼩さなチャンクに分割 チャンクは重複排除して保存 オンデマンドでチャンクをロード
15. コンテナイメージの保存⽅法 15 Deep dive into AWS Lambda security: Function isolation より引⽤ https://d1.awsstatic.com/events/reinvent/2020/Deep_dive_into_AWS_Lambda_security_Function_isolation_SVS404.pdf Worker
16. キャッシュヒット率を上げるには 16 AWS が提供するベースイメージは、Lambda サービスによってプロ アクティブにキャッシュされます。つまり、ベースイメージは近く の別のアップストリームキャッシュにあるか、ワーカーインスタン スキャッシュにすでに存在しています。 コンテナイメージとしてパッケージ化された Lambda 関数の最適化 より引⽤ https://aws.amazon.com/jp/blogs/news/optimizing-lambda-functions-packaged-as-container-images/
17. キャッシュの考え⽅は ZIP形式のパッケージにも 共通しているのか︖︖ 17
18. その昔…findmntの実⾏結果 18 TARGET SOURCE …略 ├─/var/task /dev/vdb[/opt/amazon/asc/worker/tasks/<AWSアカウン トID>/<Lambda関数名>/<UUIDらしきランダムな⽂字列>] …略 ├─/var/runtime /dev/root[/opt/amazon/asc/worker/runtime/nodejs-8.x] ├─/var/lang /dev/root[/opt/amazon/asc/worker/lang/node-v8.10.x] …略
19. 聞いてみた 19 サーバーレスアンチパターン今昔物語 第五夜- 解体新書 - https://www.youtube.com/live/rlYurgnHyFY?si=82MI1poDhq34jGcp ⽬の付け所が良いで すね〜 … これはですね、 回答できません ので、察して下さい
20. LambdaのInit処理 20 最後にココ↓
21. LambdaのInitフェーズ 21 コールドスタート時のみ実⾏されるフェーズ DBとの接続などを管理するためのグローバル変数を宣⾔ するプラクティスが知られている 画像は Comparing the effect of global scope より引⽤ https://docs.aws.amazon.com/ja_jp/lambda/latest/operatorguide/global-scope.html
22. 遅延実⾏について 掘り下げて考える 22
23. 遅延実⾏ 23 import boto3 client = None def handler(event, context): global client if client is None: client = boto3.client(‘s3’) # ...略 import boto3 client = boto3.client(‘s3') def handler(event, context): # ...略 遅延実⾏なし 遅延実⾏あり
24. 遅延実⾏に効果はあるのか︖ 24 Init Invoke Init Invoke t1 t2 Initフェーズの処理をInvokeフェーズに移動することで Initフェーズを⾼速化 Lambda利⽤者から⾒るとコールドスタート時の処理時間 はInitフェーズ + Invokeフェーズ
25. 遅延実⾏が効果を発揮するケース 25 def handler(event, context): global client # ...略 if hoge == ‘fuga’ : if client is None: client = boto3.client(‘s3’) Invokeフェーズに移動した処理が呼び出される頻度 次第で全体最適化が図れるかも︖︖
26. 遅延実⾏しない⽅が速い︖︖ 26 遅延実⾏あり 遅延実⾏なし
27. boost host CPU 27 InitフェーズではCPU割当が最⼤10秒間までブーストする AWS re:Invent 2019: [REPEAT 1] Best practices for AWS Lambda and Java (SVS403-R1) より引⽤ https://d1.awsstatic.com/events/reinvent/2019/REPEAT_1_Best_practices_for_AWS_Lambda_and_Java_SVS403-R1.pdf
28. 遅延実⾏なしの場合 28 import boto3 client = boto3.client(‘s3') def handler(event, context): # ...略 (メモリ割当によらず) ブーストしたCPUパワーで処理
29. 遅延実⾏ありの場合 29 import boto3 client = None def handler(event, context): global client if client is None: client = boto3.client(‘s3’) # ...略 メモリ割当に応じたCPUパワーで処理
30. boost host CPUの検証 30 boost host CPU 実行 箇所 メモリ 所要時間 有 INIT 128M 約6.02秒 無 INIT 128M 約84.34秒 無 INV OKE 128M 約85.31秒 無 INV OKE 1769M 約6.08秒 メモリ割り当ての追加は Initフェーズの⾼速化につながらない
31. ここからは⾔語別に コールドスタート改善の TIPSを紹介 31
32. .NET(C#)の場合 32 Native AOT(Ahead-Of-Time) 実⾏時に中間⾔語からコンパイルするのではなく実⾏ 前に事前にコンパイルする⽅式 .NET 8のランタイムからNative AOTに対応
33. Node.jsの場合 33 https://dev.classmethod.jp/articles/node-extra-ca-certs-influence-cold-start/ ~Node.js18x: AmazonのRoot CA証明書を読み込む Node.js20x: 追加のRoot CA証明書は読み込まない /var/runtime/ca-cert.pemに全てのAmazonのRoot CA証明書を含むファイルが配置されている 環境変数NODE_EXTRA_CA_CERTSで指定されたファ イルを追加で読み込む
34. CA証明書読み込みの影響 34 https://dev.classmethod.jp/articles/node-extra-ca-certs-influence-cold-start/ NODE_EXTRA_CA_CERTS min max avg median 95%tile 設定無し 128.56 201.57 139.8471 137.37 168.3 /var/task/ap-northeast-1-bundle.pem 141.45 216.89 155.3957 153.45 170.87 /var/runtime/ca-cert.pem 156.23 220.24 171.9132 171.59 181.15 追加のCA証明書を読み込まない場合は全部⼊りのCA証明書 を読み込む場合と⽐較して平均30ms程度⾼速に
35. 不要ファイルはデプロイしない 35 REDME.md *.d.ts 単にnpm installしただけだとnode_modulesの中は 不要ファイルでいっぱい
36. CDKでのNode.js向けレイヤー作成例 36 bundling: { …略 [ …略, 'find node_modules -type l | xargs rm -f’, 'find node_modules -type f -name *.d.ts | xargs rm -f’, 'modclean -r’, 'node-prune’, 'mv node_modules /asset-output/nodejs/', ].join(' && '),
37. レイヤーを使うよりバンドルを 37 ESBuild等でバンドルすることで未使⽤のライブラリはデ プロイパッケージに含めない ライブラリのドキュメントなども⾃動的にデプロイ対象外 になる 最近はJSではなくTSを使うケースが多いので、⾃動的に 恩恵を受けているケースも多いはず
38. 今後はLLRTに注⽬ 38 Lambda向けの軽量JavaScriptランタイム JITコンパイラを搭載しない 画像は Lambda Cold Starts analysis より引⽤ https://maxday.github.io/lambda-perf/
39. Javaの場合 39 Java のようなコンパイル済み⾔語の関数でレイヤーを使⽤しても、Python のようなインタープリター⾔語と同じメリットが得られない場合がありま す。Java はコンパイル済み⾔語なので、関数は初期化フェーズで共有アセ ンブリを⼿動でメモリに読み込む必要があり、コールドスタート時間が⻑ くなる可能性があります。代わりに、コンパイル時にすべての共有コード を含めて、組み込みコンパイラ最適化機能を活⽤することをお勧めします。 .zip または JAR ファイルアーカイブで Java Lambda 関数をデプロイする より引⽤ https://docs.aws.amazon.com/lambda/latest/dg/java-package.html
40. 依存するjarファイルは/libに 40 Java で記述されたデプロイパッケージを Lambda で解凍する所 要時間を短縮します。そのために、依存する .jar ファイルを別個 の /lib ディレクトリにファイルします。これで関数のすべてのコ ードを多数の .class ファイルと⼀緒に単⼀の Jar に収納するより も⾼速化されます。 AWS Lambda 関数を使⽤するためのベストプラクティス より引⽤ https://docs.aws.amazon.com/ja_jp/lambda/latest/dg/best-practices.html
41. パッケージング⽅法の⽐較 41 AWS re:Invent 2020: Ahead of time: Optimize your Java application on AWS Lambda より引⽤ https://d1.awsstatic.com/events/reinvent/2020/Ahead_of_time_Optimize_your_Java_application_on_AWS_Lambda_SVS408.pdf
42. SnapStartを使う 42 re:invent 2022で発表された新機能 Initフェーズ完了後にMicroVMのスナップショットを取得 コールドスタート時にスナップショットからMicroVMをリ ストアして利⽤
43. スナップショットの構成要素 43 メモリ Lambdaのメモリ割り当てに⽐例して⼤きくなる︖ VMの状態 Disk /tmp領域のサイズに⽐例して⼤きくなる︖ ※SnapStartは512MB以上の/tmp領域と併⽤不可
44. SnapStartとメモリの関係 44 AWS Lambda Under the Hood より引⽤ https://serverlessland.s3.amazonaws.com/pdf/mike_danilov_qcon_23_final.pdf
45. リストア時間はメモリに⽐例しない 45 メモリ10GでもRestore Durationは⼗分に短い
46. Pythonの場合 46 du -d 1 -h lib/python3.12/site-packages/botocore/data/ …略 1.6M lib/python3.12/site-packages/botocore/data//ec2 32K lib/python3.12/site-packages/botocore/data//apprunner 28K lib/python3.12/site-packages/botocore/data//lookoutmetrics 28K lib/python3.12/site-packages/botocore/data//redshift-serverless 18M lib/python3.12/site-packages/botocore/data/ コールドスタート⾼速化のためにboto3をスリム化して改善効果を測定してみた https://dev.classmethod.jp/articles/coldstart-with-minified-boto3/ botocoreから不要サービスのJSONを削除すればスリム化が図れる
47. botocoreのjsonを事前解凍 47 endpoint-rule-set-1.json.gz examples-1.json paginators-1.json service-2.json.gz waiters-2.json 必要なAWSサービスの定義を事前に解凍 endpoint-rule-set-1.json examples-1.json paginators-1.json service-2.json waiters-2.json
48. Client⽣成の所要時間を⽐較 48 def handler(event, context): client = boto3.client(‘dynamodb’) client = boto3.client(‘iot’) client = boto3.client(‘iot-data’) client = boto3.client(‘s3’) client = boto3.client(‘sns’) client = boto3.client(‘sqs’) client = boto3.client(‘ssm’) メモリ128MBでコールドスタート時のdurationを⽐較
49. 事前解凍で微妙に⾼速化 49 GZIP解凍 件数 最小値 最大値 平均 中央値 95%タイル 無し 99 4317.58 5012.98 4762.81 4772.86 4976.62 有り 99 3254.42 4836.53 4599.8 4610.88 4800.26 filter @type = "REPORT" and ispresent(@initDuration)| stats count(@duration) , min(@duration), max(@duration), avg(@duration), median(@duration) , pct(@duration, 95)
50. ⿊魔術的なテクニックの 利⽤にはご注意ください 50
51. 最後にまとめ 51
52. まとめ 52 Lambdaを使う以上はコールドスタートは避け られない コールドスタートについて深く理解すること でパフォーマンスが最適化できる このセッションで紹介した知識やTIPSがヒン トになれば
53. 良いLambdaライフを︕ 53
54. ありがとうございました 54