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CLUSTERPRO オフィシャルブログ ~クラブロ~

HAクラスター入門 ~第2回 あらゆるものを冗長化?~

はじめに

前回は『design for failure』について考え方を紹介しました。今回は『Single Point Of Failure』です。日本語だと『単一障害点』という言い方になりますが、よく『SPOF』なんて略称が用いられます。そもそも SPOF とは、『障害が発生するとシステム全体がダウンしてしまうような箇所』のことを言います。ここでポイントとなるのが障害が発生した箇所が『単一』であることです。前回用いた図を使ってどこが SPOF となるのか見てみましょう。

SPOF と冗長化

実はこの図で示されているパーツのほぼ全てが SPOF となっています。

HDD は複数個あり RAID コントローラで冗長化されているので、HDD 自体は SPOF という扱いになりませんが、それ以外は SPOF という扱いです。「冷却ファンは 2 つあるじゃないか!」とツッコミがあるかもしれませんが、「各 CPU に対して冷却ファンは 1 つ」であるとすれば、それは SPOF となります。冷却ファンが故障すれば CPU が冷却できなくなり、CPU が熱暴走で動かなくなってしまいます。結果としてシステムダウンに陥ってしまうというわけです。

では、SPOF を防ぐにはどうしたらよいでしょうか。答えは SPOF となってしまう箇所の冗長化です。『障害が発生するとシステム全体がダウンしてしまうような箇所』が単一として存在することが原因なので、そこを冗長化し、複数の箇所をもうけるのです。そうすることで一箇所に障害が発生しても、別の箇所が正常に動きさえすればシステム全体がダウンになることが防げます。

パーツによって冗長化の手段が異なるので 1 つひとつ見ていきましょう。

(PC サーバーで一般的に用いられる技術を中心に解説していきます。)

  • CPU : マザーボードと OS が対応していれば、障害が発生した CPU を切り離し、残った CPU で OS の稼働を継続させることができます。ただ、最近の PC サーバーでは対応していないものも多いようです。
  • メモリ : メモリミラーリング機能を搭載しているマザーボードであれば、複数のメモリで冗長化が可能です。ただし、OS から認識できる容量はメモリの搭載容量の半分になります。
  • HDD : 複数の HDD で RAID(ミラーリングなど) を構成することで冗長化が可能です。一般的には RAID コントローラに複数の HDD を接続し、RAID を構成します。RAID コントローラがない場合でも、OS の機能でソフトウェア的に RAID を実現することが可能です。専用の RAID コントローラを使う場合と比べパフォーマンスは落ちてしまいますが、コストを抑えることができます。
  • 拡張ボード (LAN/FC) : 複数のインターフェースを束ねて仮想的に 1 つものとして扱う技術※ があります。複数の拡張ボードを用意し、各ボードのインターフェースを束ねることでボード障害に対応することができます。

  • LAN の場合、チーミングやボンディングと言います。また FC に関してはマルチパス I/O やデバイスマッパーマルチパスと言います。この辺りは OS 文化の違いでしょうが、細かい解説は割愛します。

  • 電源ユニット : 電源ユニットを複数搭載することで冗長化することができます。これに UPS(無停電電源装置) をプラスして停電対策を行っていることが多いです。一時的な停電や瞬断の対策として UPS は非常に効果的です。
  • 冷却ファン : 風の流れる方向に 2 つの冷却ファンを配置することで冗長化できます。片方が止まっても、もう片方のファンで風を届けることができます。

まとめ

さて、実はまだ冗長化できていないコンポーネント (SPOF となっている箇所) があります。マザーボードや RAID コントローラ、それに OS※ です。ここまでくると 1 台のサーバーでは解決できないため、『もう 1 台サーバーを用意して冗長化をするのはどうか?』というアイディアが当然のように出てくるとは思いますが、それは次回のネタということで。

  • OS 上で動くアプリケーションに関しては各アプリケーションの仕様に依存しますが、1 つの OS 内でアプリケーションそのものが冗長化されていることはほとんどありませんので、OS やその上で動くものは全て冗長化できないものとして扱います。

おまけ・・・マザーボードを含めほぼ全てのコンポーネントを冗長化したフォールトトレラントサーバというものがありますが、やはり OS 部分は SPOF となってしまいます。

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