【システムの構成】システムの処理形態、システムの利用形態など

システムの処理形態、分散システム、クライアントサーバシステム、Webシステム、シンクライアントシステム、フォールトトレラントシステム、RAID、NAS、SAN、P2P、ハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）、クラスタなどについてまとめました。

【システムの処理形態】分散システムの形態

–	システムの処理形態
デュプレックスシステム	「現用系」と「待機系」の2系統で構成されるシステムのことです。つまり、同じコンピューターを2台用意し、1台を可動させ、もう1台は故障時の予備としてバッチ処理だけさせて待機させます。
デュアルシステム	同じ処理を2台のコンピュータシステムで行います。そして、その結果を照合機で確認して処理を進行します。
シンプレックスシステム	必要最小限の機器で構成されたコンピューターシステムです。構成機器の一つでも障害が発生すればシステム全体が動作しなくなるため信頼性は低いです。
パラレルプロセッサシステム	1つのシステムに複数のCPUがあり並列処理ができるコンピュータシステムです。CPUの障害時に、故障したCPUを切り離して継続稼働できます。それ以外の機器は二重化していないため継続稼働できません。
フォールトトレラントシステム	プロセッサ、メモリ、チャネル、電源系などを二重に用意し、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します。
密結合マルチプロセッサシステム	複数のCPUがメモリを共有し、単一のOSで制御されるシステム。
疎結合マルチプロセッサシステム(クラスタシステム)	複数のコンピュータを高速通信で連携させて、マルチプロセッサシステムとして利用できるようにしたシステム。

信頼性の高さ

デュアルシステム＞コールドスタンバイシステム＞シンプレックスシステム

【分散システムの形態】水平分散、垂直分散、機能分散、負荷分散

分散システムの形態には、階層関係の観点から「水平分散」と「垂直分散」、分散する対象の観点から「機能分散」と「負荷分散」に分類されます。

形態	概要
水平分散	対等の関係であるコンピュータ同士で分担処理を行うシステム形態。
垂直分散	主従関係にあるコンピュータ同士で分担処理を行うシステム形態。いくつかの階層にわけて一連の処理を分担処理する(クライアント・サーバーシステムなど)。
機能分散	扱う業務の種類や機能ごとに処理するコンピュータを分けるシステム形態。
負荷分散	同じアプリケーションを複数のプロセッサやコンピュータで分担して処理し、負荷を分散するシステム形態。

分散システムの特徴として、「データに対するアクセスの80%が発生場所によるもので、その他の場所からのアクセスは20%に過ぎない」という80-20の法則があります。
分散システムで発生場所にデータを置いておけば、全体の20%に相当する他の場所からのアクセス以外は削減できます。

【システムの利用形態】

利用形態	概要
シンクライアントシステム	シンクライアントシステム(Thin Client System)とは、クライアント側（利用者）の端末の機能を最小限にして、サーバー側で重い処理を行わせるシステムです。サーバ側で重い処理を行った後、その結果画面を画面転送プロトコルでクライアント側の端末に転送します。このようなシステムなため、薄い（Thin）クライアント(Client）からシンクライアントシステムと呼ばれています。
シンプロビジョニング	Thin Provisioningとは、ハードディスク装置などの外部記憶装置(ストレージ)群を仮想化することで、物理的な記憶容量より多くの容量を利用者に割り当てることを可能にする仕組みです。

【システムの適用領域】

【仮想化】

–	クラウドサービスの種類
SaaS	Software as a Serviceの略。サービス提供事業者はアプリケーション以下を提供。利用者は機能を使い、アプリケーションにおける設定可能範囲内でカスタマイズが可能。【例】ビジネスチャット、社内SNS、会計ソフトなど
PaaS	Platform as a Serviceの略。サービス提供事業者は開発環境などのミドルウェア以下を提供。利用者は用意したアプリケーションをミドルウェア上で稼働させる。ミドルウェアにおける設定(カスタマイズ)が可能。【例】AWS、Google App Engine、Microsoft Azureなど
IaaS	Infrastructure as a Serviceの略。 ①サービス提供事業者はOS以下を提供。利用者はミドルウェア以上を自前で用意し、OSにおける設定(カスタマイズ)が可能。 ②サービス提供事業者はハードウェアおよびネットワークを提供。利用者はOS以上を用意する。【例】AWS、Google App Engine、Microsoft Azureなど

【分散システム】アクセス透過性

分散処理システムを構築する際には、利用者にネットワークの存在を感じさせないように以下のネットワーク透過性を持たせる必要があります。

種別	概要
アクセス透過性	遠隔地の資源にアクセスする際に、同一の方法でアクセスできること
移動透過性	使用中の資源の位置を移動できること
位置透過性	遠隔地の資源にアクセスする際に、データの位置を意識せずにアクセスできること
規模透過性	OSやアプリケーションの構成に影響を与えずにシステムの規模を変更できること
障害透過性	システムや資源の一部の障害によりシステム全体の機能が停止し、処理が中断されることがないこと
複製透過性	資源が複数の位置に複製され配置される場合でも、利用者にはそれらが1つの資源として見えること
並行透過性	複数のプロセスを並行処理できること

【クライアントサーバシステム】

クライアントサーバシステムとは、システムの機能を「クライアント」と「サーバー」に分けた垂直機能分散システムの一種です。

用語	概要
クライアント	サービスの要求と処理結果の出力の役割をもつ
サーバ	求された処理(サービス)を行う。データベースサーバ、プリントサーバ、メールサーバ、ファイルサーバなど様々な種類があり、各サーバは機能ごとに独立しているので、各機能の性能向上が容易。
ストアドプロシージャ	利用頻度の高い命令群をあらかじめサーバ上のDBMSに格納しておくことによって，クライアントサーバ間のネットワーク負荷を軽減する仕組み。

【Webシステム】

用語	概要
クライアントサーバシステム	クライアントとサーバに分離したコンピュータネットワークの形態です(client-server system:C/S)。
3層クライアントサーバシステム	クライアントサーバシステムを「プレゼンテーション層」「ファンクション層」「データ層」の3層に分離したモデルです。
CDN	Webサイトのコンテンツをキャッシュし、コンテンツの配信元サーバの代わりに利用者に配信することで、ネットワークやサーバの負荷を軽減します(Contents Delivery Network)。
ストアドプロシージャ	複数のSQL文から構成されたデータベースに対する一連の処理をまとめた手続きにして、データベース管理システムに格納したものです。利用者は通常のクエリを実行せずに、この手続きをCall命令で呼び出して処理を行います。「クライアント－サーバ間の通信負荷の軽減」、「複雑な処理の標準化・共有化・簡便化」が期待できます。

【シンクライアントシステム】

–	シンクライアントシステム
シンクライアントシステム	シンクライアントシステム(Thin Client System)とは、クライアント側（利用者）の端末の機能を最小限にして、サーバー側で重い処理を行わせるシステムです。サーバ側で重い処理を行った後、その結果画面を画面転送プロトコルでクライアント側の端末に転送します。このようなシステムなため、薄い（Thin）クライアント(Client）からシンクライアントシステムと呼ばれています。

【フォールトトレラントシステム】

【RAID】RAID0〜5、ソフトウェアRAIDとハードウェアRAID

RAID(Redundant Arrays of Independent Disks)は、複数台の磁気ディスクを組み合わせ、仮想的な1台の記憶装置として運用することで、全体として高い性能を得る技術です。

RAIDには0～5のレベルがありますが、その区別は本来のデータとエラー訂正用のデータ（ハミング符号・パリティビット）を、どのように書き込むかによって定義されています。

–	概要
RAID0	複数のディスクに分散してデータを書き込むことで、アクセス性能を向上させる。冗長化やエラー制御などによる信頼性向上は目的とせず、アクセス性能向上だけを目的としている点が特徴。
RAID1	2台のディスクに同じデータを書き込むことで、信頼性を向上させる。実質記憶容量は50%となるので記憶効率は悪い。
RAID2	データにエラー訂正用のハミング符号を付加したものをストライピングで書き込む。
RAID3	データのエラー訂正用にパリティビットを使用し、一つのディスクをエラー訂正符号の書き込み専用とする。
RAID4	RAID3とほぼ同じ。RAID3でビット/バイト単位だったストライピングをブロック単位で行う。
RAID5	情報データと一緒にパリティビットも各ディスクに分散して書き込む方式。信頼性・アクセス性能が共に高まる。

RAID2～RAID5の書込み単位、誤り訂正符号の違いをまとめると次のようになります。

–	読み書き単位	誤り訂正方式	誤り訂正符号の格納場所
RAID2	bit	ハミング符号	１台のディスク
RAID3	bit/byte	パリティビット	１台のディスク
RAID4	block	パリティビット	１台のディスク
RAID5	block	パリティビット	複数台に分散

ソフトウェアRAIDとハードウェアRAID

種別	概要
ソフトウェアRAID	OSなどのソフトウエアが複数台の主記憶装置を制御します。最近のOSでは、ソフトウェアRAID機能が標準で搭載されているため、複数の主記憶装置を接続して設定すれば簡単にRAIDが実装できます。メリットとして、専用のハードウェアを必要としないため、簡単かつ安価に実装できます。デメリットとして、CPUでRAIDの制御を行うために、RAIDの能力がCPUの能力に左右され、CPUに高負荷がかかるため、システム全体の処理が遅くなることがあります。また、OS起動後にRAIDが有効となるため、OSの起動ドライブには設定できないなどの制約も発生します。
ハードウェアRAID	RAIDの制御を行うための専用ハードウェア(RAIDコントローラ)が複数台の主記憶装置を制御します。RAIDコントローラはコンピュータ内部に内蔵される場合、コンピュータとSCSIインタフェースで接続して専用の外部ディスク装置として使う場合があります。

【NAS】

【SAN】

【P2P】

【ハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）】

用語	概要
密結合マルチプロセッサシステム	複数のCPUが主記憶を共有し、単一のOSで制御されるマルチプロセッサシステムです。複数のCPUが同じ主記憶を共有するためプロセッサ数が増えると競合が発生し処理効率が悪くなる特徴があります。

【クラスタ】

【その他】システムの信頼性、スケールアップ、スケールアウト

用語	概要
フェールセーフ	システム障害が発生したとき，システムが安全に停止するようにして，被害を最小限に抑える。
フェールソフト	システム障害が発生したとき，利用できる機能を制限するなど多少の能力低下を許容して、システムは稼働させること。
フォールトトレラント	装置が故障しても，システム全体の機能に影響がないように，二重化などの冗長な構成とする。
フォールトマスキング	システム障害が発生したときに，障害を内部に留め、外部向けの機能やサービスに影響を与えないように制御する考え方。
フォールトアボイダンス	システムを構成する機器に信頼性(稼働率)の高いものを使用することで、故障そのものを排除しようとする考え方。
フールプルーフ	利用者が誤った操作をしても，システムに異常が起こらないようにする。不特定多数の人が操作するシステムに、入力データのチェックやエラーメッセージの表示などの機能を加えることで、人為的ミスによるシステムの誤動作を防ぐように設計する考え方です。
スケールアップ	サーバを構成する各処理装置をより性能の高いものに交換したり，プロセッサの数などを増やすことでサーバ当たりの処理能力を向上させること。
スケールアウト	接続されるサーバの台数を増やすことでサーバ群全体としての処理能力や可用性を向上させること。

【情報処理入門】用語解説・資格試験対策まとめ

情報処理分野の用語・原理・資格試験対策について解説します。

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2023.08.08