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スケーラビリティ

索引 スケーラビリティ

ーラビリティ(scalability)とは利用者や仕事の増大に適応できる能力・度合いのこと。電気通信やソフトウェア工学において、システムまたはネットワークまたはアルゴリズムの、持つべき望ましい特性の1つで、一種の拡張性である。より具体的には、小規模なシステムを大規模にする場合に、システム全体を交換する方法(建物で例えると大きな物件に引っ越すこと)では無く、リソース(特にハードウェア)の追加によって大規模なものへと透過的に規模拡張できる能力(建物で例えると、増築や別棟を建てること)はスケーラビリティの一種だといえる。リソースの量に比例して全体のスループットが向上するシステムはスケーラブルな(scalable)システムまたはスケーラビリティのあるシステムと呼ばれる。 システムの特性としてのスケーラビリティに一般的な定義を与えるのは難しい。具体的な事例においては、問題としている領域でスケーラビリティを確保するための条件を特定することが必要である。これはデータベース、ルータ、ネットワークなど情報工学の分野において非常に重要なことである。スケーラビリティは分散処理の'''透過性'''の概念と密接なつながりがある。 スケーラビリティの高さは様々な尺度で評価される。例として;規模透過性;位置透過性;異種透過性 がある。スケーラビリティについて議論する際には規模透過性のみを問題にすることも多い。 例えば、スケーラブルなデータベース管理システムではプロセッサやストレージを追加することでより多くのトランザクションを処理できるようにアップグレードでき、またアップグレードをシャットダウンなしに実行できる。 ルーティングプロトコルがネットワークの規模に関してスケーラブルであると言われるのは、Nをネットワーク内のノード数としたときに、各ノードに必要なルーティングテーブルのサイズが O(log N) に従って増大するときである。.

30 関係: 並列化並列計算主記憶装置ノードハードウェアランダウの記号リソースルーティングルータートランザクションプロトコルデータベース管理システム分散コンピューティングアムダールの法則アルゴリズムコンピュータコンピュータネットワークコンピュータ・クラスターシャットダウンシステム工学スループットソフトウェア工学サーバロードバランスCPU記憶装置高性能計算電気通信透過性 (情報工学)情報工学拡張性

並列化

並列化(へいれつか)は、コンピュータにおいて、同時に複数の演算処理を実行すること(並列計算)によって処理のスループットを上げるプログラミング手法である。.

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並列計算

並列計算(へいれつけいさん、parallel computing)は、コンピュータにおいて複数のプロセッサで1つのタスクを動作させること。並列コンピューティングや並列処理とも呼ばれる。問題を解く過程はより小さなタスクに分割できることが多い、という事実を利用して処理効率の向上を図る手法である。また、このために設計されたコンピュータを並列コンピュータという。ディープ・ブルーなどが有名。 関連する概念に並行計算(へいこうけいさん)があるが、並行計算は一つのタスクの計算を並列化することにとどまらず、複数の相互作用しうるタスクをスレッドなどをもちいて複数の計算資源にスケジューリングするといった、より汎用性の高い処理をさす。 特に、並列計算専用に設計されたコンピュータを用いずに、複数のパーソナルコンピュータやサーバ、スーパーコンピュータを接続することで並列計算を実現するものをコンピュータ・クラスターと呼ぶ。このクラスターをインターネットなどの広域ネットワーク上に分散させるものも、広義には並列計算に属すが、分散コンピューティングあるいはグリッド・コンピューティングと呼び、並列計算とは区別することが多い。.

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主記憶装置

主記憶装置(しゅきおくそうち)は、記憶装置の分類で、「補助記憶装置」が一般に外部バスなど比較的CPUから離れていて大容量だが遅い記憶装置を指すのに対し、コンピュータのメインバスなどに直接接続されている記憶装置で、レイテンシやスループットは速いが比較すると小容量である。特に、CPUが入出力命令によって外部のインタフェースを操作するのではなく、「ロード・ストア命令」や、さらには通常の加算などの命令において直接読み書きできる対象であるものを指す。メインメモリ、一次記憶装置とも。.

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ノード

英語で節、交点、結節点のこと。.

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ハードウェア

ハードウェア (hardware) とは、システムの物理的な構成要素を指す一般用語である。日本語では機械、装置、設備のことを指す。ソフトウェアとの対比語であり、単に「ハード」とも呼ばれる。.

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ランダウの記号

ランダウの記号(ランダウのきごう、Landau symbol)は、関数の極限における値の変化度合いに、おおよその評価を与えるための記法である。 ランダウの漸近記法 (asymptotic notation)、ランダウ記法 (Landau notation) あるいは主要な記号として O (オーもしくはオミクロン Ο。数字の0ではない)を用いることから(ランダウの)O-記法、ランダウのオミクロンなどともいう。 記号 O は「程度」の意味のオーダー(Order)から。 なおここでいうランダウはエドムント・ランダウの事であり、『理論物理学教程』の著者であるレフ・ランダウとは別人である。 ランダウの記号は数学や計算機科学をはじめとした様々な分野で用いられる。.

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リソース

リソース(英語: resource).

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ルーティング

ルーティングあるいは経路制御(けいろせいぎょ)とは、データを目的地まで送信するために、コンピュータネットワーク上のデータ配送経路を決定する制御の事である。.

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ルーター

ルーターまたはルータ(router)は、コンピュータネットワークにおいて、データを2つ以上の異なるネットワーク間に中継する通信機器である。通信プロトコルにTCP/IPが使われるようになってから普及した。データをネットワーク層で、どのルートを通して転送すべきかを判断するルート選択機能を持つ。 260px アバイア 27Tbps ルータ.

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トランザクション

トランザクション (transaction) とは、データベース管理システム(または類似のシステム)内で実行される、分けることのできない一連の情報処理の単位である。トランザクション内では、ユーザインタフェース、アプリケーションプログラム、永続性記憶資源、各種I/Oが実行される。 ユーザインタフェースには、トランザクション実行の有無を明確に表示する必要がある。 永続性記憶資源には、自分自身のローカルトランザクションを管理するトランザクショナルなファイルやデータベースが使われる。その理由は、複数の不揮発性データが更新の途中で処理が中断した場合に不揮発性データ値が中途半端な状態で残ってしまい、データを正常値に戻すことができなくなるためである。 永続性記憶資源の管理には、複数のデータ項目の更新操作列をすべて実行するか、まったく実行しないように制御する必要がある。これをアトミック実行という。バッチジョブのような処理形態でも、出力結果はアトミック実行の概念を満たさなければならない。たとえば、月末の領収証の一括印刷処理を行っているときにプリンタエラーでジョブが中断した場合でも、安易な位置から再実行してはならない。 また、分散トランザクションとは、ユーザインターフェイス端末、各種処理サーバ、永続性記憶資源、I/O装置を複数の遠隔装置として構成する処理形態である。論理的な狭義では、複数の永続性記憶資源の管理を使うトランザクション処理の事を指す。ユーザインターフェイス端末が永続性記憶域を分担しないで集中処理サーバにつながっている形態は、単にオンライントランザクション処理 (OLTP) と呼ぶ。 トランザクションが満たすべき技術的要件にACID特性がある。.

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プロトコル

プロトコルまたはプロトコール(protocol, 、protocole )とは、複数の者が対象となる事項を確実に実行するための手順について定めたもの。 もともとは「人間同士のやりとり」だけに関する用語であった。戦間期の学術的批判を経て、情報工学分野でマシンやソフトウェア同士のやりとりに関する取り決め(通信規約)を指すためにも用いられるようになった。 日本語に意訳した語として、「規定」、「議定書」、「儀典」などがある。.

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データベース管理システム

right データベース管理システム(データベースかんりシステム、DBMS; )とは、コンピュータのデータベースを構築するために必要なデータベース運用、管理のためのシステム、およびそのソフトウェアのことである。データベースマネジメントシステムとも呼ばれる。.

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分散コンピューティング

分散コンピューティング(ぶんさんコンピューティング、英: Distributed computing)とは、プログラムの個々の部分が同時並行的に複数のコンピュータ上で実行され、各々がネットワークを介して互いに通信を行いながら全体として処理が進行する計算手法のことである。複雑な計算などをネットワークを介して複数のコンピュータを利用して行うことで、一台のコンピュータで計算するよりスループットを上げようとする取り組み、またはそれを実現する為の仕組みである。分散処理(ぶんさんしょり)ともいう。並列コンピューティングの一形態に分類されるが、一般に並列コンピューティングと言えば、同時並行に実行する主体は同じコンピュータシステム内のCPU群である。ただし、どちらもプログラムの分割(同時に実行できる部分にプログラムを分けること)が必須である。分散コンピューティングではさらに、それぞれの部分が異なる環境でも動作できるようにしなければならない。例えば、2台の異なるハードウェアを使ったコンピュータで、それぞれ異なるファイルシステム構成であっても動作するよう配慮する必要がある。 問題を複数の部分問題に分けて各コンピュータに実行させるのが基本であり、素数探索や数多く試してみる以外に解決できない問題の対処として用いられているものが多い。分散コンピューティングの例としてBOINCがある。これは、大きな問題を多数の小さな問題に分割し、多数のコンピュータに分配するフレームワークである。その後、それぞれの結果を集めて大きな解を得る。一般的に処理を分散すると一台のコンピュータで計算する場合と比べ、問題データの分配、収集、集計するためのネットワークの負荷が増加し、問題解決の為のボトルネックとなるため、部分問題間の依存関係を減らすことが重要な課題となる。 分散コンピューティングは、コンピュータ同士をネットワーク接続し、効率的に通信できるよう努力した結果として自然に生まれた。しかし、分散コンピューティングはコンピュータネットワークと同義ではない。単にコンピュータネットワークと言った場合、複数のコンピュータが互いにやり取りするが、単一のプログラムの処理を共有することはない。World Wide Web はコンピュータネットワークの例であるが、分散コンピューティングの例ではない。 分散処理を構築するための様々な技術や標準が存在し、一部はその目的に特化して設計されている。例えば、遠隔手続き呼出し (RPC)、Java Remote Method Invocation (Java RMI)、.NET Remoting などがある。.

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アムダールの法則

複数のプロセッサを使って並列計算してプログラムの高速化を図る場合、そのプログラムの逐次的部分は、制限を受ける。例えば、プログラムの95%を並列化できたとしても、またどれだけプロセッサ数を増やしたとしても、図で示したように20倍以上には高速化しない。 アムダールの法則(アムダールのほうそく、Amdahl's law)は、ある計算機システムとその対象とする計算についてのモデルにおいて、その計算機の並列度を上げた場合に、全体として期待できる全体の性能向上の程度を数式として表現したものである。コンピュータ・アーキテクトのジーン・アムダールが主張したものであり、Amdahl's argument(アムダールの主張)という呼称もある。並列計算の分野において、複数のプロセッサを使ったときの理論上の性能向上の限界を予測するのによく使われる。 複数のプロセッサを使い並列計算によってプログラムの高速化を図る場合、そのプログラムの中で逐次的に実行しなければならない部分の時間によって、高速化が制限される。例えば、1プロセッサでは20時間かかるプログラムがあり、その中の1時間かかる部分が並列化できないとする。したがって、19時間ぶん(95%)は並列化できるが、どれだけプロセッサを追加して並列化したとしても、そのプログラムの最小実行時間は1時間より短くならない。なぜなら、並列化できない部分に必ず1時間かかるため、図にも示したように、この場合の高速化は20倍までが限界だからである。.

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アルゴリズム

フローチャートはアルゴリズムの視覚的表現としてよく使われる。これはランプがつかない時のフローチャート。 アルゴリズム(algorithm )とは、数学、コンピューティング、言語学、あるいは関連する分野において、問題を解くための手順を定式化した形で表現したものを言う。算法と訳されることもある。 「問題」はその「解」を持っているが、アルゴリズムは正しくその解を得るための具体的手順および根拠を与える。さらに多くの場合において効率性が重要となる。 コンピュータにアルゴリズムをソフトウェア的に実装するものがコンピュータプログラムである。人間より速く大量に計算ができるのがコンピュータの強みであるが、その計算が正しく効率的であるためには、正しく効率的なアルゴリズムに基づいたものでなければならない。.

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コンピュータ

ンピュータ(Computer)とは、自動計算機、とくに計算開始後は人手を介さずに計算終了まで動作する電子式汎用計算機。実際の対象は文字の置き換えなど数値計算に限らず、情報処理やコンピューティングと呼ばれる幅広い分野で応用される。現代ではプログラム内蔵方式のディジタルコンピュータを指す場合が多く、特にパーソナルコンピュータやメインフレーム、スーパーコンピュータなどを含めた汎用的なシステムを指すことが多いが、ディジタルコンピュータは特定の機能を実現するために機械や装置等に組み込まれる組み込みシステムとしても広く用いられる。電卓・機械式計算機・アナログ計算機については各項を参照。.

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コンピュータネットワーク

ンピュータネットワーク(computer network)は、複数のコンピュータを接続する技術。または、接続されたシステム全体。コンピュータシステムにおける「通信インフラ」自体、あるいは通信インフラによって実現される接続や通信の総体が(コンピュータ)ネットワークである、とも言える。.

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コンピュータ・クラスター

ンピュータ・クラスターとは、複数のコンピュータを結合し、クラスター(葡萄の房)のようにひとまとまりとしたシステムのこと。単に「クラスター」または「クラスタリング」とも呼ばれる。1台のコンピュータでは得られないような、強力な計算性能や可用性を得ることができる。コンピュータ・クラスターは、クラスタリングを実現するためのハードウェアやソフトウェアなどにより構成される。但し、ネットワークを介してデータを入力して処理を開始するため、処理開始までの遅延が大きくなる欠点がある。.

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シャットダウン

ャットダウン(shutdown)とは、計算機を停止するという意味の言葉である。 この言葉は原子炉や経済などについても用いることがある。.

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システム工学

テム工学(システムこうがく、systems engineering)とは、システムの設計、制御、および効率などを研究する学問(工学)である。ここでの「システム」の定義としては、システムの記事(システム#JIS Z 8115)などを参照のこと。工学として応用される実社会の具体例としては、工業プラントやロボットから、コンピュータを用いたシミュレーションゲームや人工補助脳(ロボットスーツに搭載されるもの)、会社組織や行政機関に至るまで、きわめて広範囲に及ぶ。システム工学は、個々の要素からシステムを合成するということと、複雑なシステムを解析するという、大きく分けて2つの目的がある。なおシステム科学も参照のこと。.

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スループット

ループット()は、一般に単位時間当たりの処理能力のこと。特に.

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ソフトウェア工学

フトウェア工学(ソフトウェアこうがく、Software engineering)は、コンピュータのプログラム、およびその作成行為であるプログラミングを対象とした工学である。.

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サーバロードバランス

ーバロードバランシング(Server Load balancing)は、クライアント/サーバネットワークにおいて、クライアントとサーバの間にロードバランサー(負荷分散装置)を設置し、通信アプリケーションの(TCP/UDP)ポート番号をもとに、2台以上のサーバが分散処理を行う、コンピュータシステム。 通常は、サーバはサーバ技術者、ネットワークはネットワーク技術者が相互に依存することなく構築が行われるが、サーバロードバランスにおいては、サーバ構築とネットワーク構築の高度なインテグレーションが必要となる。 サーバのスケーラビリティーが簡単に拡張でき、保守運用コストも圧縮されるので、多くのWebアプリケーションに適している。 負荷分散(英: Load balancing)とは、コンピュータネットワークにおける技法の一種であり、作業負荷を多数のコンピュータ/プロセス/その他のリソースに分散し、リソースの利用効率を高め性能を向上させる手法。一般にロードバランサと呼ばれるシステムを利用する。.

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CPU

Intel Core 2 Duo E6600) CPU(シーピーユー、Central Processing Unit)、中央処理装置(ちゅうおうしょりそうち)は、コンピュータにおける中心的な処理装置(プロセッサ)。 「CPU」と「プロセッサ」と「マイクロプロセッサ」という語は、ほぼ同義語として使われる場合も多いが、厳密には以下に述べるように若干の範囲の違いがある。大規模集積回路(LSI)の発達により1個ないしごく少数のチップに全機能が集積されたマイクロプロセッサが誕生する以前は、多数の(小規模)集積回路(さらにそれ以前はディスクリート)から成る巨大な電子回路がプロセッサであり、CPUであった。大型汎用機を指す「メインフレーム」という語は、もともとは多数の架(フレーム)から成る大型汎用機システムにおいてCPUの収まる主要部(メイン)、という所から来ている。また、パーソナルコンピュータ全体をシステムとして見た時、例えば電源部が制御用に内蔵するワンチップマイコン(マイクロコントローラ)は、システム全体として見た場合には「CPU」ではない。.

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記憶装置

GB SDRAM。一次記憶装置の例 GB ハードディスクドライブ(HDD)。コンピュータに接続すると二次記憶装置として機能する SDLT テープカートリッジ。オフライン・ストレージの例。自動テープライブラリで使う場合は、三次記憶装置に分類される 記憶装置(きおくそうち)は、コンピュータが処理すべきデジタルデータをある期間保持するのに使う、部品、装置、電子媒体の総称。「記憶」という語の一般的な意味にも対応する英語としてはメモリ(memory)である。記憶装置は「情報の記憶」を行う。他に「記憶装置」に相当する英語としてはストレージ デバイス(Storage Device)というものもある。.

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高性能計算

性能計算、ハイ・パフォーマンス・コンピューティング(high-performance computing、HPC)は、計算科学のために必要な数理からコンピュータシステム技術までに及ぶ総合的な学問分野である。.

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電気通信

電気通信(でんきつうしん)とは、電気信号・電磁波・光波等の電磁的手段により映像・音声・データなどの情報を伝える通信である。.

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透過性 (情報工学)

以下はヒトとコンピュータとのインタラクションにおける透過性(とうかせい、)の説明である。プログラミングにおける透過性は参照透過性を参照。 ヒューマンマシンインターフェースにおいてユーザーが技術的詳細に悩まずに済む使い易さの側面であり、例えば、プログラムがディスプレイの解像度を自動認識する方がユーザーにいちいち質問するものよりも「透過的」であると言える。 ネットワークにおいては、同一のユーザーインターフェイスやアプリケーションインターフェイスで異なる論理動作をサポートするソフトウェアは「透過的」であると言える。例えば、Network File System は遠隔地にあるファイルをあたかもローカルな記憶装置に置かれているかのようにアクセスできるようにしている。 同様に、一部のファイルシステムは「透過的」にデータの圧縮と解凍を行い、より多くのファイルを記憶媒体上に格納できるようにしており、ユーザーは特別な技術的知識を必要としない。他にも透過的にファイルを暗号化するファイルシステムもある。また、様々なデータベースを利用できるようにアプリケーションにデータベースアクセスのための抽象化層を開発することがある。この抽象化層はデータベースへの「透過的」なアクセスを実現するものである。オブジェクト指向プログラミングでは、実装の異なる同一インターフェイスを使用することによって透過性を実現する。 8ビットクリーンな通信ネットワークは、制御文字がどのように送られるかといった知識なしに任意のファイルを転送できる。電子メール等の8ビットクリーンではない通信ネットワークでは、制御文字や8ビット文字の通過できない文字を送信する前に通過できる文字に変換し、受信した後で元に戻すことによって、該通信ネットワークで転送できる文字の知識なしにファイルを転送できる透過性を実現する。.

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情報工学

情報工学(じょうほうこうがく)は情報分野についての工学である。語感としては、情報科学という語がもっぱらおおまかに「科学」という語が指す範囲を中心としているのに対し、「工学」的な分野に重心があるが、内実としてはどれもたいして変わらないことが多い(たとえば、大学の学部学科名などに関しては、個々の大学の個性による違いのほうが、名前による違いより大きい)。日本で、大学の工学部などにコンピュータ科学ないし情報関係の学科を設置する際に、「工学」部という語との整合のためだけに便利に使われた、という面が大きい(情報工学科の記事を参照)。 なお英語の information engineering はソフトウェア工学における一手法であり、日本語の「情報工学」とは対応しない。また似た言葉に情報学がある。.

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拡張性

拡張性(かくちょうせい)とは、機械やソフトウェアなどが本来もつ機能に加えて、付加的な機能を追加したり、それらの性能をあとから向上させる事が可能であるような設計上の特徴。.

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