性能と信頼性の評価

要点と定義

システムの性能は、応答時間やベンチマークなどで評価します。応答時間は要求から応答までにかかる時間です。通信時間やサーバの処理時間を短くする施策は、応答時間の短縮につながります。利用者の入力時間やクライアント台数を変えることは、それだけでは応答時間の短縮になりません。遅い部分がシステム全体の処理速度を制限している状態を、ボトルネックといいます。

ベンチマークは、標準的な処理を実機で動かし、処理時間などを測定して性能を評価する方法です。実行前に数学的モデルで動作を模擬して性能を予測する方法とは区別します。

稼働率は、利用可能な時間のうちシステムが稼働している割合です。停止時間を含む利用可能時間を基準にすると、「稼働時間÷利用可能時間」で求められます。稼働率98％以上なら、許容停止時間は利用可能時間の2％以内です。たとえば、週に利用できる時間が75時間なら、停止できるのは75×0.02＝1.5時間までです。利用可能時間は、合意された運用日と時間から数えます。

信頼性の指標には、稼働率、故障率、MTBF（平均故障間動作時間）、MTTR（平均修復時間）があります。装置の故障率は、初期に低下し、安定期にほぼ一定となり、摩耗期に増加する形で表されることがあります。この形はバスタブ曲線と呼ばれます。

直列構成では全装置の稼働が必要なので、独立に故障する装置の稼働率を掛けます。稼働率0.9の装置なら、2台直列は0.9²＝0.81、3台直列は0.9³＝0.729です。2台から3台に増やしたときの低下率は、基準となる2台時を分母にして(0.81－0.729)÷0.81＝0.1、つまり10％です。

並列構成で少なくとも1台が動けばよい場合は、全台停止の確率を1から引きます。同じ稼働率rの装置では、2台並列は1−(1−r)²、3台並列は1−(1−r)³です。1台と2台並列部分を直列にした構成なら、稼働率はr×{1−(1−r)²}です。この標準的な計算モデルでは、3台並列、1台と2台並列部分の直列、2台直列の順に稼働率が高くなります。

フールプルーフは、利用者の誤操作を防いだり、誤操作が問題につながりにくくなるようにしたりする設計です。削除前の確認や、数値欄に英字が入力された際のエラー表示が例です。

システムの経済性は、初期コストだけでなく、利用期間中の運用や保守にかかる費用も含めて評価します。TCO（総所有コスト）は、導入から利用期間全体にかかる費用を捉える考え方です。運用費の割合が初期費用に比べて大きくなると、初期費用だけでは総コストを評価できません。

適用条件と例

ベンチマークは、標準処理を実機で実行して測定値を比べるときに使います。応答時間の改善では、要求から応答までのどの部分に時間がかかるかを見ます。通信時間が長ければ回線、サーバ処理時間が長ければサーバが改善候補です。遅い部分が全体の処理速度を抑えていれば、そこがボトルネックです。

稼働率の目標から停止可能時間を求めるときは、まず合意された運用日と時間を合計します。たとえば、週4日、1日6時間利用するシステムで稼働率96％以上が条件なら、利用可能時間は24時間、停止できるのは24×(1−0.96)＝0.96時間までです。

直列・並列の計算は、各装置が独立に動作するモデルで使います。直列では一台でも停止すると全体が停止し、並列では全台が停止したときにその部分が停止すると考えます。たとえば稼働率0.8の装置2台を並列にすると、両方が停止する確率は0.2×0.2＝0.04で、並列部分の稼働率は1−0.04＝0.96です。さらに稼働率0.9の装置も稼働している必要があるなら、0.96×0.9＝0.864とします。