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システム障害に備えよう

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はじめに

システム障害は必ず起きますが、システム障害が起きる確率を下げる仕組みをつくることはできます。システム障害に強いシステムの設計には、知識が必要です。備えあれば患いなしということで、設計の指針を勉強しておきましょう。

年あたりの稼働率計算

システム障害が発生した場合の許容される停止時間(=可用性)をSLA(Service Level Agreement)として定義します。可用性は1年間の停止時間[1]からパーセンテージで表されることが一般的です。

可用性 通称 1年当たりの停止時間
90% one nine 36.53日
95% one and a half nines 18.26日
97% 10.96日
98% 7.31日
99% two nines 3.65日
99.5% two and a half nines 1.83日
99.8% 17.53時間
99.9% three nines 8.77時間
99.95% three and a half nines 4.38時間
99.99% four nines 52.60分
99.995% four and a half nines 26.30分
99.999% five nines 5.26分
99.9999% six nines 31.56秒
99.99999% seven nines 3.16秒
99.999999% eight nines 315.58ミリ秒
99.9999999% nine nines 31.56ミリ秒

AWSが定義する目指すべき可用性

世界的に有名なクラウドサービスであるAWSでもWell-Architected Frameworkの中で「可用性 = 正常稼働時間/合計時間」と定めています。また、可用性の数字を見ただけではイメージがつきづらいですが、

可用性 最大中断時間(1年あたり) 代表的なワークロード
99% 3日と5時間 バッチ処理、データ抽出、転送、ロードジョブ
99.90% 8時間45分 ナレッジ管理、プロジェクト追跡などの社内ツール
99.95% 4時間22分 オンラインコマース、POS
99.99% 52分 動画配信、ブロードキャストシステム
100.00% 5分 ATM処理、通信システム

参考:Well-Architected for Startups -信頼性の柱- 導入編 | AWS Startup ブログ

対障害用語の分類

対障害用語はその性質上3つに分類可能です。

  1. fault(システム障害)に備える
  2. fail(異常)に備える
  3. fool(バカ)に備える

1. fault(システム障害)に備える仕組み

1つ目は「fault(システム障害)」に備える仕組みです。「耐える(tolerance)」、「回避する(avoidance)」、「隠蔽する(masking)」という3つの戦略がとられます。

1.1. フォールトトレランス

項目 説明
英語表記 fault tolerance
別名 フォールトトレラント(fault tolerant)
思想 システム障害が起きてもこれまで通りにしよう
障害発生時の動作 機能縮小せずに処理を継続する
具体例 停電しても自家発電で給電を継続する、RAIDを組むことでディスクが壊れても他のディスクで処理を継続する

1.2. フォールトアボイダンス

項目 説明
英語表記 faulr avoidance
思想 そもそもシステム障害が起こらないようにしよう
障害発生時の動作 事前対策によりシステム障害を回避する
具体例 高品質な部品を使って障害発生可能性を極力低くする、徹底的にテストを行って障害発生可能性を極力低くする

1.3. フォールトマスキング

項目 説明
英語表記 fault masking
思想 システム障害が起きても他に影響しないようにしよう
障害発生時の動作 正しい処理結果のみ採用する
具体例 複数のCPUで同じ処理を行い異なる結果(少数派)は排除する

2. fail(異常)に備える

2つ目は「fail(異常)」に備える仕組みです。「安全(safe)」、「柔軟さ(soft)」、「切替え(over)」、「切戻し(back)」という4つの戦略がとられます。

2.1. フェールセーフ

項目 説明
英語表記 fail safe
思想 異常が起きたら停止しよう
障害発生時の動作 異常を検知したら停止する
具体例 異常な入力に対して警告を表示し処理を停止する

2.2. フェールソフト

項目 説明
英語表記 fail soft
思想 異常が起きても柔軟に対処しよう
障害発生時の動作 異常を検知したら縮退運転する
具体例 2台のサーバで賄っていた処理を1台で継続する

2.3. フェールオーバー

項目 説明
英語表記 failover
思想 異常が起きた時のために予備を持っておこう
障害発生時の動作 異常を検知したら待機系に切り替える
具体例 主系のサーバがダウンしても副系のサーバでサービス継続する

2.4. フェールバック

項目 説明
英語表記 failback
思想 異常が復旧したら主系に引き継ごう
障害発生時の動作 復旧したら主系に切り替える
具体例 主系が復旧したら副系から主系に処理を戻す

2.5. フォールバック

「fail(異常)」に備える仕組みとは少し語感が変わってきますが、「fall(崩壊)」に備える仕組みもあります。、

項目 説明
英語表記 fallback
思想 異常が起きる前に対処しよう
障害発生時の動作 異常が発生する前に縮退運転に切り替える
具体例 回線速度に応じてYouTubeの画質を落とす

3. バカに備える

最後は「fool(バカ)」に備える仕組みです。「証明(proof)」という言葉と組み合わせて foolproof と呼ばれる仕組みは直訳すると「バカの証明」です。つまりは、「こんな使い方するやつおらんやろ!」という使い方を想定されても問題ないようにしておき、ほんとにそんな使い方をするやつのことを「バカ」といえるようにしておく仕組みのことです。

3.1. フールプルーフ

項目 説明
英語表記 foolproof
思想 想定外の使い方に対処しよう
障害発生時の動作 想定外が発生しないようにする
具体例 電話番号入力フォームには数字しか入力できないようにする(バリデーション)

まとめ

似たようなことばが並んで覚えにくいなっとなるかもですが、分類してみると少し糸口が見えたのではないでしょうか。しっかり理解して、使いこなしましょう!

以上

脚注
  1. うるう年を考慮する形で365.25日をベースに計算しています。 ↩︎

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