ノード間で負荷を分散する。
水平スケーリング（多くの場合、スケールアウトと呼ばれます）は、既存のハードウェアをアップグレードするのではなく、クラスタにノードを追加することでシステム容量を増やすための主要な手法です。このアプローチにより、組織は複数のサーバーやコンテナにトラフィックとデータ処理の負荷を分散させることで、増加するワークロードに対応できます。高可用性と耐障害性を必要とするエンタープライズシステムにおいて、水平スケーリングは、垂直スケーリングに内在する単一障害点のリスクを回避し、柔軟な拡張パスを提供します。ロードバランサーの背後に追加のインスタンスを配置することで、システムはパフォーマンスやレイテンシの低下なしに、増加するリクエスト量を自動的に処理できます。この機能は、弾力性と迅速なプロビジョニングが重要な要件となる、現代のクラウドネイティブアーキテクチャにとって不可欠です。
水平方向のスケーリングを実装するには、新たに追加されたノードへトラフィックをスムーズに分散し、セッションの継続性とデータの一貫性を維持するために、慎重な調整が必要です。
このアーキテクチャは、動的なリソース割り当てをサポートしており、システムは手動での操作や停止時間なしに、リアルタイムの需要の急増に応じて、自動的に処理能力を拡張することができます。
システム全体の可用性が損なわれることなく、トラフィックが自動的に正常なインスタンスに再ルーティングされるため、単一のノードが故障した場合でも、運用上の安定性が向上します。
コアのスケーリング機能.
ロードバランサーは、複数のアプリケーションサーバーに受信リクエストを効率的に分散し、単一のノードがボトルネックとなる状況を防ぎます。
自動スケーリングポリシーは、CPU使用率やキューの深さなどの指標を監視し、ピーク時に新しいノードを追加するタイミングを判断します。
ステートレスなアプリケーション設計により、容易な複製が可能になり、重要な状態が特定のノードに依存することなく、システム全体の可用性を高めることができます。
パフォーマンス指標
クラスタによって処理される1秒あたりのリクエスト数.
全ノードにおける平均レイテンシ.
ピーク時のノード利用率.
Key Features
動的なノードプロビジョニング
リアルタイムのワークロード指標に基づいて、サーバーインスタンスを自動的に追加または削除し、最適なパフォーマンスを維持します。
交通配分
ロードバランサーを使用して、受信リクエストをクラスター内のすべてのアクティブなノードに均等に分散します。
耐障害性
システム障害が発生した場合でも、サービスを中断することなく、自動的にトラフィックを正常なノードへ再ルーティングすることで、高い可用性を維持します。
ステートレスアーキテクチャのサポート.
アプリケーションの状態を外部化することで、容易なスケーリングを可能にし、どのノードでもあらゆるリクエストを処理できるようにします。
実装上の注意点
複数のノードが同時にデータ書き込みを行う状況において、データの一貫性を維持するために、データベースのレプリケーション戦略が適切に実装されていることを確認してください。
ノード間のネットワーク帯域幅は、ステート同期のためのノード間通信の増加に対応できる十分な容量を確保する必要があります。
セッション管理においては、個々のアプリケーションノードにセッション情報をローカルに保存するのではなく、分散キャッシュを利用すべきです。
建築に関する考察
コスト効率と垂直スケーリングの比較
水平方向のスケーリングは、高価な単一サーバーを継続的にアップグレードするよりも、長期的な成長において多くの場合、より費用対効果が高いことが証明されています。
レイテンシのトレードオフ.
ノードを追加することで各ノードの負荷は軽減されますが、分散インスタンス間のネットワーク遅延により、わずかな処理遅延が生じる可能性があります。
複雑性管理
大規模クラスタの運用管理は、監視、設定の変更、セキュリティパッチ適用といった面で、運用上の複雑性を増大させます。
Module Snapshot
クラスタ設計パターン
マスター・スレーブ構成
マスターノードが状態を管理し、スレーブノードが読み込みトラフィックを処理することで、読み込み負荷の高い環境において最適なパフォーマンスを実現します。
ピアツーピアメッシュネットワーク
すべてのノードが、読み込みと書き込みの両方において同等の役割を担い、これにより、最大限の冗長性と負荷分散を実現します。
シャード化されたデータ構造
データはキーに基づいてノード間で分割され、これにより、特定のデータセットをグローバルな影響なしに個別に拡張することが可能です。
