【高信頼化システム】高信頼度システムの種類〜負荷分散とクラスタ特徴!

【高信頼化システム】高信頼度システムの種類〜負荷分散とクラスタ特徴!
ハテオ君

シスステムの勉強をしているが、種類がありすぎて全く理解できない。わかりやすく理解したいな

今回はこの悩みを解決していきます。

本日の記事テーマ

高信頼度システムの種類〜負荷分散とクラスタ特徴をわかりやすく解説!

IT業界でシステム開発しサービスを提供するためには、信頼性のあるシステムが求められます。

この信頼性を高めるシステムのことを「高信頼化システム」と呼びます。

高信頼化システムにはいくつか種類があるため、それぞれの特徴を抑えておく必要があります。

また、IT資格でもシステムに関してはよく出題されるため今回の記事で基礎知識を理解していきましょう。

本日の記事内容

記事の最後には、今回の内容に関しての確認問題も用意していますので、インプットとアウトプットとしても是非活用してみてください。

元中卒の私が誰でも理解できるように解説していきます。

それでは早速見ていきましょう!

黄島 成

高信頼度システムの種類

高信頼度システムの種類

高信頼度システムは、2系統のシステムを用意して信頼性を高める方法として用意られます。

信頼性を高める方法としては以下2つの方法が代表的です。

高信頼システムの種類

  • デュプレックスシステム
  • デュアルシステム

順番に詳しく見ていきましょう。

デュプレックスシステム(duplex system)

デュプレックスシステムは、1つの処理に対して2組のシステムを用意しておき、1つは障害が発生した際の予備機として待機させておく手法です。

具体的には、2系列のシステムで構成されています。

  • 一方は現用系(主系)としてオンライン処理を行う
  • 一方は待機系(従系)として故障に備えている

通常、待機系はバッチ処理を行っており、オンライン処理を行う主系に障害が発生した場合は、手動または自動で予備系に切り替えてオンライン処理を続行します。

デュプレックスシステム(duplex system)図

デュプレックスシステムには、「コールドスタンバイホットスタンバイ」の2種類がある。

コールドスタンバイ

コールドスタンバイは現用系に障害が発生したとき、待機系で実行していた処理を中断し、代わりに現用系で実行していたオンライン処理プログラムを起動し切り替えて、処理を続行するシステムです。

ホットスタンバイ

ホットスタンバイは、現用系に障害が発生したときは、現用系と同じオンライン処理プロ グラムをあらかじめ起動して待機している予備系のコンピュータを速やかに切り替えて、 処理を続行するシステムです。

デュアルシステム(dual system)

デュアルシステムは、2系列のシステムで構成され、同時に同じ処理を行い、相互に結果を照合(クロスチェック)するシステムです。

障害が発生すると、故障したCPUを切り離されて処理を続行することが可能です。

高信頼性が要求されるシステムに適用されます。 

デュアルシステム(dual system)図

システムが稼働不能となった際のバックアップサイトには、次の3種類があります。

ホットサイト

ホットサイトは、待機系サイトとして稼働させておき、ネットワークを介して常時データやプログラムの更新を行い、障害発生時に速やかに業務を再開します。

ウォームサイト

ウォームサイトは、予備のサイトにハードウェアを用意して、定期的にデータやプログラ ムを搬入して保管しておき、障害発生時にはこれら保管物を活用してシステムを復元し、 業務を再開します。

コールドサイト

コールドサイトは、予備のサイトをあらかじめ確保しておいて、障害発生時には必要なハ ードウェア、データやプログラムを搬入し、業務を再開します。

一般的に障害発生から復旧までの時間が短い順に並べると、ホットサイトウォームサイトコールドサイトという順番になります。

負荷分散システム(マルチプロセッサシステム)

負荷分散システム(マルチプロセッサシステム)

負荷分散システムは、複数のCPUを用意して処理を分散させるシステムです。

具体的には、複数のCPUを多重化することによって、一連の処理を分散させ同時にかつ独立に処理を進めて全体の処理時間を短縮します。

負荷分散システムの種類

  • 密結合マルチプロセッサシステム
  • 疎結合マルチプロセッサシステム

それぞれ図を参考に見ていきましょう。

密結合マルチプロセッサシステム

密結合マルチプロセッサシステムでは、複数のCPUが主記憶を共用し、単一のOSで制御されます。

システム内のタスクは、基本的にどのCPUでも実行できるので、細かい単位で負荷を分散させます。

密結合マルチプロセッサシステム図

疎結合マルチプロセッサシステム

疎結合マルチプロセッサシステムでは、CPUごとに独立した主記憶をもち、それぞれが独立した OSで制御されます。

主にジョブやトランザクションなどのひとまとまりの仕事単位で負荷を分散させます。

疎結合マルチプロセッサシステム図

クラスタシステム(HAクラスタ・HPCクラスタ)

クラスタシステム(HAクラスタ・HPCクラスタ)

仮想化技術を利用して、複数のサーバをまとめて1つのサーバのように扱うことを「クラスタシステム」と言います。

クラスタ(Cluster)とは、もともとは「ぶどうの房や集合体」というの意味を持っている。

システム全体の高信頼化や高性能化を向上させる向上させることを目的としたシステムです。

クラスタシステムでは、目的のよって以下の2種類に分けられます。

クラスタシステムの種類

  • HAクラスタ
  • HPCクラスタ

順番に図を参考に見ていきましょう。

HAクラスタ(High Availability Cluster)

HAクラスタ(High Availability Cluster)は高信頼化を目的とするもので、「負荷分散クラスタ」と「フェイルオーバークラスタ」に大別できます。

負荷分散クラスタ

負荷分散クラスタでは、同じ機能の複数のサーバを並列で稼働させます。

ユーザからのリクエストに対する処理を、各サーバに振り分けて実行します。

負荷分散クラスタ図

フェイルオーバークラスタ

フェイルオーバー型クラスタでも、同じ機能の複数のサーバを稼働させますが、現用系と予備系の二系統に分けて運用し、現用系の異常時に予備系に切り替えます。予備系が複数の場合もあります。

フェイルオーバークラスタ図

HPCクラスタ(High Performance Computing Cluster)

HPCクラスタ(High Performance Computing Cluster)は高性能化を目的とするもので、複数のサーバの演算処理を連係させて高い演算能力を引き出します。

HPCクラスタ図

ミッションクリティカル

企業や組織にとって業務遂行に不可欠なシステムや、停止すると社会に深刻なダメージを及ぼすシステムのことを、ミッションクリティカルなシステムと呼びます。

発電所の制御システム、銀行の期間システムや航空会社の予約システムなどがその例です。

今回のまとめ&確認問題

今回のまとめ&確認問題

高信頼化システムについては上記内容で以上となります。

それでは今回の内容をまとめていきましょう。

まとめ

  • 信頼性を高めるシステムのことを高信頼化システムと呼ぶ
  • デュプレックスシステムは、メインとサブに分けて障害が起こったときに対処する。
  • デュアルシステムは、2系列のシステムで同時に同じ処理を行い、相互に結果を照合する。
  • 負荷分散クラスタの特徴は、一連の処理を分散させ全体の処理時間を短縮する
  • クラスタシステムは、システム全体の高信頼化や高性能化を向上させることを目的としている。

今回の確認問題「アウトプット用」

確認問題

システム確認問題②

「次へ」で問題スタート!

①解説

【問題①】

デュアルシステムの説明として、最も適切なものはどれか。 

:同じ処理を行うシステムを二重に用意し、処理結果を照合することで処理の 正しさを確認する。どちらかのシステムに障害が発生した場合は、縮退運転によって処理を継続する。
正解◯
:オンライン処理を行う現用系と、バッチ処理などを行いながら待機させる待機系を用意し、現用系に障害が発生した場合は待機系に切り替え、オンライン処理を続行する。
不正解× デュプレックスの説明
:待機系に現用系のオンライン処理プログラムをロードして待機させておき、現用系に障害が発生した場合は、即時に待機系に切り替えて処理を続行する。
不正解× デュプレックスの説明
:プロセッサ、メモリ、チャネル、電源系などを二重に用意しておき、それぞ れの装置で片方に障害が発生した場合でも処理を継続する。
不正解× デュプレックスの説明

【解説】

デュアルシステム(dual system)図

デュアルシステムとは、2系列のシステムで構成され、同時に同じ処理を行い相互に結果を照合(クロスチェック)するシステムです。

障害が発生すると、故障したCPUを切り離されて処理を続行することが可能です。高信頼性が要求されるシステムに適用されます。

つまり答えは「」となる。

②解説

【問題②】

コンピュータを 2 台用意しておき、現用系が故障したときは、現用系と同一のオンライン処理プログラムをあらかじめ起動して待機している待機系のコンピュー タに速やかに切り替えて、処理を続行するシステムはどれか。 

:コールドスタンバイシステム
不正解×
:ホットスタンバイシステム
正解◯
:マルチプロセッサシステム
不正解×
:マルチユーザシステム 
不正解×

【解説】

現用系で処理を行うい待機系が故障に備えている高信頼システムは、デュプレックスシステムです。

デュプレックスシステムでは、コールドスタンバイとホットスタンバイの2種類が待機系として存在する。

  • コールドスタンバイ(すぐには対処できないが準備はしている
    現用系に障害が発生したとき、待機系で実行していた処理を中断し、代わりに現用系で実行していたオンライン処理プログラムを起動し切り替えて、処理を続行するシステムです。
  • ホットスタンバイ(すぐに対象できるように待機
    現用系に障害が発生したときは、現用系と同じオンライン処理プロ グラムをあらかじめ起動して待機している予備系のコンピュータを速やかに切り替えて、 処理を続行するシステムです。

つまり答えは「」となる。

③解説

【問題③】

ロードバランサを使用した負荷分散クラスタ構成と比較した場合の、ホットスタ ンバイ形式による HA(High Availability)クラスタ構成の特徴はどれか。

:稼働している複数のサーバ間で処理の整合性を取らなければならないので、 データベースを共有する必要がある。
不正解× 負荷分散の特徴
:障害が発生すると稼働中の他のサーバに処理を分散させるので、稼働中のサ ーバの負荷が高くなり、スループットが低下する。
不正解× 負荷分散の特徴
:処理を均等にサーバに分散できるので,サーバマシンが有効に活用でき、将来の処理量の増大に対して拡張性が確保できる。
不正解× 負荷分散の特徴
:待機系サーバとして同一仕様のサーバが必要になるが、障害発生時には待機 系サーバに処理を引き継ぐので、障害が発生してもスループットを維持する ことができる。
正解◯

【解説】

負荷分散クラスタの特徴

処理を複数のサーバに分散することで、各サーバに掛かる負荷を低減させることを目的としたクラスタ構成。高い処理能力が求められるシステムでよく利用される。

HAクラスタの特徴

障害発生時も正常時と同様の処理を継続することを目的としたシステム。信頼性が要求されるシステムでよく利用される。

つまり答えは「」となる。

最後まで読んでいただきありがとうございました!

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それではまたお会いしましょう。

黄島 成

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