システムの評価指標

要点と定義

システムの評価指標は、性能、信頼性、経済性を目的に合う尺度で捉えるものです。性能は測定条件と合わせて評価します。ベンチマークは用途に合わせて選んだ標準的なプログラムを実行して処理性能を測る方法です。モニタリングは稼働状態や資源の状況を継続的に測定します。

応答時間は要求から応答を受け取るまでの時間、ターンアラウンドタイムは処理を依頼してから完了するまでの時間です。スループットは単位時間当たりに処理できる仕事量です。待ち時間と全体の処理量は別の尺度であり、負荷が高いと処理量が増える一方で待ち時間も長くなることがあります。

キャパシティプランニングは、求める性能を満たす処理能力や容量を見積もり、導入後も負荷と実績を確認して調整する考え方です。処理の種類、量、時間帯を把握し、性能要件からサーバやストレージなどをサイジングします。複数台に処理を分散するスケールアウトと、個々の機器の能力を高めるスケールアップは異なる増強方法です。

必要能力を見積もるときは、仕事量を時間当たりに換算し、使用率の上限を反映した処理可能量と比べます。例えば毎時4,000件に1件25秒分の計算が必要なら、必要量は毎時100,000秒分です。一台が毎秒8秒分の能力を持ち、使用率を50％以下にするなら、一台当たりの上限は8×0.5×3,600＝14,400秒分／時です。100,000÷14,400≒6.95なので、最低7台です。必要台数は端数を切り上げ、計算能力とネットワーク能力の両方を確認します。

複数の能力が制約になる場合は、それぞれで処理可能な量を求め、小さい方を実際の上限として扱います。例えば1要求当たり計算処理量0.1秒、ネットワーク処理量0.07秒で、両資源の使用率を50％以下にする条件では、タイプAの処理上限は計算側で毎秒5要求、ネットワーク側で約7.14要求です。実効上限は小さい毎秒5要求です。タイプBは計算側が毎秒10要求、ネットワーク側が約10.71要求で、実効上限は毎秒10要求です。時間当たりコストを実効処理量で割ると、Aは2円、Bは1.8円／（要求毎秒）です。CとDはネットワーク側が約14.29要求／秒で頭打ちとなり、同じ処理量に対するコストはBより高くなります。性能要件を満たす処理量と費用を一緒に比べる必要があります。

RASISは、信頼性（Reliability）、可用性（Availability）、保守性（Serviceability）、完全性（Integrity）、安全性（Security）の観点でシステムを評価する枠組みです。可用性は必要なときに使える度合いで、稼働率は対象期間のうち稼働していた割合です。平均故障間隔（MTBF）は故障から次の故障までの平均時間、平均修復時間（MTTR）は修理に要する平均時間です。修理して再稼働する系では、基本的な稼働率はMTBF÷（MTBF＋MTTR）で求めます。

例えば平均稼働時間が200時間、平均修復時間が5時間なら、稼働率は200÷205≒0.976、約97.6％です。サービス時間が月420時間で、目標稼働率が99.5％なら、許容停止時間は420×（1－0.995）＝2.1時間です。分母には暦上の全時間ではなく、条件で定めたサービス時間を使います。

複数装置の稼働率は構成と稼働条件に応じて考えます。直列系は全装置が稼働して初めて全体が動くため、装置の状態が独立なら稼働率を掛けます。並列系は少なくとも一つが動けばよいため、全装置が停止する確率を1から引きます。稼働率Rの装置2台を並列にした部分の稼働率は1－（1－R）²です。これを二つ作り、二つの部分を直列につなぐ場合、全体の稼働率は［1－（1－R）²］²です。

迂回経路がある場合は、経路ごとの稼働条件を分けます。稼働率0.9の回線2本を直列につないだ経路の稼働率は0.9×0.9＝0.81です。稼働率0.9の直通経路とこの迂回経路が独立に使えるなら、両経路が停止する確率は（1－0.9）×（1－0.81）＝0.019で、全体の稼働率は1－0.019＝0.981です。

複数種類の装置について、それぞれ一台以上が必要な構成もあります。例えばサーバは必須で、クライアント3台のうち一台以上、プリンタ2台のうち一台以上が動けばよいとします。装置の状態が独立で、各クライアントの稼働率がb、各プリンタがc、サーバがaなら、稼働率はa×［1－（1－b）³］×［1－（1－c）²］です。各種類について全台停止の確率を求め、1から引いて「一台以上稼働」の確率にします。

待ち行列の平均待ち時間にはリトルの公式を使えます。平均到着率をλ、平均待ち時間をW、平均待ち行列長をLとすると、λW＝Lです。したがってW＝L÷λです。ピーク時に毎時360件が到着するなら、平均到着間隔は3,600秒÷360＝10秒、到着率は毎秒0.1件です。平均待ち行列長が1.474なら、平均待ち時間は1.474÷0.1＝14.74秒です。目標時間を判定するときは、設問で定めた待ち時間の範囲を確認します。

コールセンタのように一件の処理が複数作業から成る場合、平均処理時間には対象と定義された作業を合計します。通話が4分、通話後の結果記録が2分で、両方を一件の処理時間とするなら、平均処理時間は4＋2＝6分です。到着間隔と到着率は逆数の関係なので、毎時360件なら平均到着間隔は10秒、到着率は毎秒0.1件です。表などから待ち行列長を得たら、リトルの公式で待ち時間に換算し、条件を満たす最小構成を判定します。

経済性は初期コストだけでなく、運用コストを含む総所有費用（TCO）で評価します。初期コストと運用コストに含める費用を整理し、直接コストと間接コストを区別します。処理能力の異なる案を比べる場合は、同じ性能要件を満たす処理量当たりの費用を比べます。

構成を評価するときは、処理の経路も追います。例えば写真の本体を複製サーバから配信する構成では、利用者の読取り負荷を保管サーバから分散できます。複製済みのデータが利用可能なら、保管サーバの障害時も読取りを続けられる場合があります。一方、複製の更新遅延や、投稿時に保管サーバへ保存する処理の可用性は別に評価します。アクセス許可の比較が必要な場合は、アクセス元グループと宛先ポート番号の組合せを照合します。例えばフロントサーバと複製サーバが、同じ負荷分散装置から同じポートへのアクセスを受けるなら、その受信条件は一致します。