高信頼性・高性能システム
2026.10.08
このページでは、HAクラスタ、シェアードエブリシングとシェアードナッシング、グリッドコンピューティング、ロードバランサによる負荷分散がわかります。
- 一言で言うと：
- 複数のコンピュータを組み合わせて、「止まりにくく（高可用性）」「速く（高い計算能力）」する技術の話。
束ねて1台に見せる（クラスタ）→ バラバラの機械で大きな計算（グリッド）→ 要求を振り分ける装置（ロードバランサ）
覚え方の軸
- HAクラスタは「待つ（アクティブ／スタンバイ）」か「全員働く（アクティブ／アクティブ）」か：
- 前者がフェールオーバクラスタ、後者が負荷分散クラスタ
- ストレージを「共有する（シェアードエブリシング）」か「分ける（シェアードナッシング）」か：
- 共有は可用性に強いがアクセスが競合する。分けると性能は伸びるが、1台故障の影響が出る
- クラスタとグリッドは「同じような機械か、バラバラの機械か」
- ロードバランサは「振り分け方」と「監視するレイヤ（3・4・7）」で覚える
クラスタリングとクラスタシステム：束ねて1台に見せる
- クラスタリング：
- 複数の要素を連携させて、単体ではできない能力を得る技術（試験では「クラスタリングシステム」とも出る）
- クラスタシステム：
- ネットワークでつないだ複数のコンピュータを連携させ、1つのシステムとして使えるようにしたもの。代表はHAクラスタ構成
- HAクラスタ（High Availability Cluster）：
| 構成 |
方式 |
中身 |
| フェールオーバクラスタ |
アクティブ／スタンバイ（ホットスタンバイ） |
同等のサーバを複数用意し、いくつかを待機させる。アクティブサーバが故障したら、スタンバイサーバに切り替える |
| 負荷分散クラスタ |
アクティブ／アクティブ |
処理が集中しないよう、複数のコンピュータに振り分ける。ロードバランシングクラスタともいう。過負荷によるダウンを防ぎ（高可用性）、処理性能も上がる。Web・AP・DBサーバでよく見る |
- デュプレックスとの違い：
- 広い意味では、デュプレックスシステムもフェールオーバクラスタの一種
- ただしフェールオーバクラスタは、原則としてホットスタンバイで、拡張性もある
- ハイパフォーマンスクラスタ（HPCC）：
- 高可用性ではなく、高い計算能力が目的のクラスタ。1台を制御用にし、他のコンピュータへの処理の振り分けや結果のとりまとめを行う
- リソースを共有するかどうか（DBサーバの例）
| 構成 |
中身 |
長所 |
短所 |
| シェアードエブリシング |
複数のサーバが1つのストレージを共有して負荷分散 |
サーバ資源を有効に使える。データを共有しているので、1台が故障しても処理を続けられる |
同じストレージへのアクセス競合がボトルネックになる |
| シェアードナッシング |
サーバごとに1つのストレージを割り当てる（データを分割して置き、サーバとストレージが1対1） |
アクセス競合がなく並列処理ができる。サーバを増やせば理論上、性能を無限に拡張できる |
サーバごとに担当データが決まっているので、1台が故障するとそのデータを処理できない（可用性が下がるおそれ） |
- 補足
- シェアードエブリシングはストレージの故障が致命的なので、RAID10などの冗長構成にする
- シェアードナッシングでデータが分かれていても、利用者やアプリは配置を意識せず1つのDBとして使える
- 大量データを扱うデータウェアハウスでは、高速性のためにシェアードナッシングがよく使われる
グリッドコンピューティング：バラバラの機械で大きな計算
- HPC（High Performance Computing、ハイパフォーマンスコンピューティング）：
- 気象予報や科学技術計算のような、膨大なデータ処理や計算を単位時間内に行うこと（スーパコンピュータで行うようなもの）
- グリッドコンピューティング：
- HPCを実現する技術の一つ。ネットワーク上の複数のコンピュータに処理を分散して、大規模な1つの処理を行う
- 例：
- 中央のサーバが処理を並列にできる単位に分け、ネットワーク上の異なるコンピュータで並列処理する
- クラスタとの違い：
- 構成するコンピュータは、PCから大型コンピュータまでいろいろでよい
ロードバランサ（負荷分散装置）
- ロードバランサ（LB）：
- サーバへの要求を一元管理し、同じ機能を持つ複数のサーバに振り分けて負荷を分散する装置。サーバの稼働監視機能も持つ
- サーバの稼働監視
- レイヤ3：
- レイヤ4：
- TCPコネクション確立要求への応答を確認するサービス監視
- レイヤ7：
- 負荷分散方式
| 方式 |
振り分け方 |
| ラウンドロビン |
決めた順番で各サーバに振り分ける |
| 加重ラウンドロビン |
サーバの処理能力に応じて振り分ける |
| 最少クライアント数 |
接続中のクライアント数が最も少ないサーバへ |
| 最小負荷 |
CPU使用率が最も低いサーバへ |
混同しやすいペア
- フェールオーバクラスタ（アクティブ／スタンバイ）／負荷分散クラスタ（アクティブ／アクティブ）
- HAクラスタ（高可用性が目的）／HPCC（高い計算能力が目的）
- シェアードエブリシング（ストレージ共有、競合がボトルネック）／シェアードナッシング（1対1、拡張性が高いが1台故障に弱い）
- クラスタ（同等の機械を束ねる）／グリッド（PCから大型機まで、バラバラの機械で処理を分散）
- ラウンドロビン（順番）／加重ラウンドロビン（処理能力に応じて）
- 最少クライアント数（接続数で見る）／最小負荷（CPU使用率で見る）
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