水平スケーリングと垂直スケーリング: 主な違い、利点、使用例を理解する

開発者は、トラフィックと需要の増加に対応するためにサーバーを拡張するという課題に遭遇したことがあるかもしれません。 これは、コスト、パフォーマンス、将来の成長などのさまざまな要素を慎重に計画し、考慮する必要があるため、困難な作業になる可能性があります。

サーバー スケーリングの 2 つの主な方法は、水平スケーリングと垂直スケーリングです。

水平スケーリングは「スケールアウト」とも呼ばれ、既存のリソース プールにマシンを追加することを含みます。 この戦略は、交通量の増加に対応するために高速道路に車線を追加することに似ています。

一方、垂直スケーリング、つまり「スケールアップ」とは、CPU パワー、メモリ、ストレージを増やすなど、既存のマシンの機能を強化することです。 これは、速度とパフォーマンスを向上させるために車のエンジンをアップグレードするのと似ています。

どちらの戦略にも、それぞれ独自の利点と課題があります。 このブログ投稿は、これら 2 つの戦略をさらに詳しく掘り下げ、システム アーキテクチャの決定に役立つ詳細な比較を提供することを目的としています。

サーバー スケーリングとは何ですか?なぜそれが重要ですか?

サーバーのスケーリングは、アプリケーションの変化する要求に対応するためにサーバーを増強するようなものです。 単一サーバーにリソースを追加してサーバーを垂直方向に拡張したり、サーバーを追加してワークロードを共有したりして水平方向に拡張したりできます。

これら 2 つの方法のどちらを選択するかは、アプリケーションとそのワークロードの特定のニーズによって異なります。 サーバーのパフォーマンスを監視し、それに応じてスケーリング戦略を調整することは、最適なパフォーマンスと費用対効果を確保するために重要です。

サーバーのスケーリングは、さまざまなシナリオで役立ちます。 たとえば、e コマース ストアを運営している場合、ホリデー シーズンやセール イベント中にトラフィックの急増が発生する可能性があります。 この場合、サーバーを拡張してトラフィックの増加を管理し、高速で応答性の高い Web サイトを確保できます。

サーバー スケーリングのもう 1 つの使用例は、Web サイトで新しい機能や製品を開始することです。 これにより、サイトにさらに多くの訪問者が集まる可能性があり、トラフィックの増加に対応するためにサーバーを拡張する必要がある場合があります。

さらに、データ分析プラットフォームや機械学習モデルなど、大量のデータを処理する Web アプリケーションを実行する場合は、増加した計算負荷に対処するためにサーバーを拡張する必要がある場合があります。

サーバーのスケーリングはどのように機能しますか?

Web サイト、Web アプリケーション、またはその他のサービスを実行する初期段階にある場合、受信するトラフィックの量を測定するのは困難な場合があります。 パフォーマンスを向上させるためにサーバーを拡張する必要があることがわかります。 それがどのように機能するかを理解しましょう。

アプリケーション サーバーへのユーザー リクエストまたはトラフィックの数が大幅に増加すると、サーバーの効率が妨げられる可能性があります。 したがって、サーバーをスケーラブルにすることが重要です。 これにより、トラフィックの増加に合わせてサーバーの容量が増加し、障害を防ぐことができます。

次の 2 つの異なる方法でサーバーをスケールアップできます。

1. 現在のサーバー構成にハードウェア コンポーネントを追加すること (専用サーバーに RAM やストレージを追加するなど) は、垂直スケーリングと呼ばれます。
2. 水平スケーリングでは、ホスティング構成にサーバーを追加して、その能力を高めます。この構成はサーバー クラスターとも呼ばれます。

水平スケーリングと垂直スケーリングの比較

水平スケーリングと垂直スケーリングの違いをよりよく理解するために、各方法を詳しく見て並べて比較してみましょう。

水平スケーリング: 利点と制限

水平スケーリング (またはスケールアウト) は、既存のサーバー インフラストラクチャにマシンまたはノードを追加することで増加する需要に対処する方法です。

たとえば、Web アプリケーションでセッション数が増加した場合、水平スケーリングにより負荷が複数のインスタンスに分散されます。 このように異なるアベイラビリティーゾーンに分散することで、パフォーマンスが向上し、信頼性が向上します。

ただし、水平方向のスケーリングは、特にサイズを縮小する場合に複雑さが生じる可能性があることに注意してください。

利点

水平スケーリングの主な利点をいくつか示します。

1. コスト効率:使用した分だけお支払いいただくため、大幅なコスト削減につながります。
2. ダウンタイムの削減:複数のマシンを使用すると、完全なシステム障害が発生する可能性が大幅に減少します。
3. 高可用性: 1 つ以上のマシンに障害が発生した場合でも、システムは利用可能で動作し続けます。
4. スケーラビリティ:ハードウェア容量制限の管理が容易になり、要件に応じてシステムのサイズやサイズを簡単に変更できます。
5. 冗長性:複数のマシンがあるということは、障害が発生した場合に利用できるバックアップがあることを意味します。
6. アップグレードの容易さ:システムのアップグレードは、システム全体に影響を与えることなく個々のマシンで実行できるため、より簡単です。
7. ピーク デマンド料金なし:需要に基づいてスケールアップまたはスケールダウンできるため、必要がない場合はピーク デマンド容量に対して料金を支払う必要はありません。

制限事項

水平スケーリングはパフォーマンスと信頼性を向上させることができますが、単一サーバー システムと比較して複雑さも加わります。 いくつかの重要なポイントを次に示します。

1. システムの複雑さ:分散またはクラスター化されたアーキテクチャは、本質的にスタンドアロン サーバーよりも複雑です。これは、複数のサーバーが連携して動作するため、慎重な調整と管理が必要となるためです。
2. 運用の複雑さ:サーバーのクラスターを維持することは、単一のサーバーを管理するよりも困難になる場合があります。これは、コンポーネントの数が増加するため、潜在的な障害点が増加し、監視と保守により多くの労力が必要になる可能性があるためです。
3. アーキテクチャ要件:負荷を効果的に処理するには、システムは分散アーキテクチャ内のサーバーのクラスターとして設計される必要があります。これには、サーバーが効率的かつ確実に連携できるようにするための慎重な計画と設計が必要です。

使用例

以下に、水平スケーリングが特に有益となるいくつかの使用例を示します。

1. 高パフォーマンス:サービスが高パフォーマンスを必要とする場合、水平スケーリングによってワークロードが複数のマシンに分散され、システム全体のパフォーマンスが向上します。
2. 障害点の削減:水平方向のスケーリングには、複数のマシンの使用が含まれます。これは、1 台のマシンに障害が発生した場合でも、他のマシンが引き継ぎを行うことができるため、単一点障害のリスクが軽減されることを意味します。
3. 構成の柔軟性:複数のマシンを使用すると、それぞれを異なる方法で構成して効率を高めることができます。
4. リソースの拡張:ハードウェアやソフトウェアなどの追加の外部リソースにアクセスできる場合は、これらをシステムに追加してパフォーマンスを向上させることができます。
5. マイクロサービス アーキテクチャ:マイクロサービス アーキテクチャでは、水平スケーリングが特に効果的です。各マイクロサービスは、その特定の需要に基づいて個別にスケーリングできるため、分散システムのパフォーマンスが向上します。

垂直スケーリング: 利点と制限

垂直スケーリング (またはスケールアップ) には、単一コンポーネントの機能とリソースの強化が含まれます。 負荷を分散する水平スケーリングとは異なり、垂直スケーリングは 1 つの要素の容量を増やすことに重点を置いています。

この方法は、リレーショナル データベースなど、分散するように設計されていないシステムでよく使用されます。 既存のマシンのリソースをアップグレードすることで、システムのパフォーマンスを向上させる直接的な方法を提供します。

たとえば、データ量の増加と複雑なクエリによりデータベースが過負荷になります。 データベースの負荷は、CPU、RAM、ストレージなどのリソースをスケーリングすることによって処理されます。

利点

垂直スケーリングの主な利点をいくつか示します。

1. 変更が少ない:垂直スケーリングはソフトウェアに大幅な変更を必要としないため、実装が容易です。新しいリソースを追加するのではなく、既存のリソースを強化します。
2. コスト効率が高い:垂直スケーリングは、新しいリソースを追加するのではなく、既存のリソースをアップグレードするだけであるため、よりコスト効率が高くなります。追加のマシンの取得と保守にかかるコストを節約できます。
3. シンプルさ:単一システムの保守は、分散アーキテクチャの管理よりも複雑ではありません。このシンプルさにより、メンテナンスの労力とコストを削減できます。
4. 簡単な開発:垂直スケーリングにより、ソフトウェアをモノリスとして開発できるため、分散アーキテクチャにリファクタリングする必要がなくなります。

制限事項

垂直スケーリングは有益ですが、一定の制限があります。 いくつかの重要なポイントを次に示します。

1. ダウンタイムの増加:垂直スケーリングでは、パッチ適用やアップグレードのためにサーバーを停止することがよくあります。これにより、ダウンタイムが増加し、サービスが停止する可能性があります。
2. 単一障害点:垂直スケーリングは単一サーバーに焦点を当てているため、ハードウェアまたはソフトウェア障害が発生した場合のデータ損失のリスクが増加します。
3. ハードウェアの制限:単一サーバーをスケールアップできる量には制限があります。すべてのマシンには、RAM、ストレージ、処理能力のしきい値があります。 これらの制限に達すると、それ以上スケールアップすることはできません。

使用例

以下に、垂直スケーリングが最適な選択肢となるシナリオをいくつか示します。

1. リソース効率:リソースの必要性が低い場合、垂直スケーリングにより、新しいマシンを追加せずに既存のマシンのパフォーマンスを向上させることができます。
2. 小規模企業の運営:トラフィックを管理する必要があるものの、需要は高くない小規模企業にとって、垂直スケーリングはコスト効率の高いソリューションとなります。
3. 不確実なトラフィック:トラフィックの一貫性やユーザー数が不明な場合は、垂直スケーリングを使用して、必要に応じてサーバーの容量を調整できます。
4. 冗長性は不要:運用が最適に機能するために冗長性が必要ない場合、垂直スケーリングはよりシンプルで直接的なアプローチとなります。
5. ダウンタイムの短縮:垂直方向のスケーリングでは、アップグレードの回数が少なくなり、アップグレードの間隔も短縮されるため、ダウンタイムが短縮されます。
6. レガシー アプリケーション:垂直スケーリングは、高いスケーラビリティや分散を必要としないレガシー アプリケーションに必要なパフォーマンスの向上を実現します。
7. 限られたエンジニアリング スキル:複数のマシンを管理する熟練したエンジニアが不足している場合、垂直スケーリングにより 1 台のマシンに集中してパフォーマンスを向上させることができます。

パフォーマンスの高い Web サイトの自動スケーリング

企業は、垂直方向 (拡大または縮小) と水平方向 (内部または外部) の 2 つの方法で事業を拡大できます。 垂直方向のスケーリング、つまりアップグレードではインフラストラクチャが強化されますが、水平方向のスケーリングでは端末の追加が必要になります。

このプロセスを支援する革新的なテクノロジーが「自動スケーリング」です。

自動スケーリングは、サーバーの負荷に基づいて計算リソースを動的に管理し、割り当てる技術です。 これにより、組織はトラフィックや使用率レベルなどの定義された条件に基づいて、サーバー容量や仮想マシンなどのクラウド サービスを自動的に調整できます。

たとえば、Web サイトのトラフィック量が突然増加した場合、速度低下やクラッシュを起こさずに管理するのは困難になる可能性があります。 自動スケーリングは、サイトのニーズに基づいて容量を自動的に調整することで、この問題に対処します。

トラフィックが増加するとスケールアップ (より多くのサーバーを起動) し、トラフィックが減少するとスケールダウン (サーバーをシャットダウン) します。 これにより、最適なパフォーマンスとリソース使用率が保証されます。

クラウドウェイの自動スケール

Cloudways Autoscale は、フルマネージド WordPress ホスティング向けに特別に設計された機能です。 Kubernetes 上に構築されており、Web サイトのトラフィック需要に応じてスケールアップおよびスケールダウンします。 いくつかの重要なポイントを次に示します。

1. パフォーマンスと効率

Cloudways Autoscale は、リソースをリアルタイムのニーズに合わせて調整することで、WordPress サイトの最適なパフォーマンスを保証します。 この適応性により、ユーザー エクスペリエンスと費用対効果が向上します。

2. 高可用性とスケーラビリティ

Cloudways Autoscale は、高可用性、実質的に無限の自動スケーリング、エンタープライズ レベルのパフォーマンスを提供します。 速度が低下したりクラッシュしたりすることなく、大量のトラフィックや注文を処理できます。

3. ビジネスに最適

これは、ビジネスの運営と Web サイトのトラフィックの促進に集中したいマーケティングおよびデザイン代理店やオンライン ビジネス オーナーにとって最適なオプションです。

4. アーキテクチャ

Cloudways は、コンテナ オーケストレーション プラットフォームである Kubernetes を使用して、WordPress アプリケーションをデプロイおよび管理します。 WordPress サイトは、Web リクエストと負荷分散を処理するポッドと呼ばれるコンテナーのクラスター内で実行されます。

5. 高可用性とパフォーマンス

Cloudways Autoscale のアーキテクチャにより、WordPress サイトの高可用性とパフォーマンスが保証されます。 ロード バランサーはトラフィックをポッド全体に均等に分散し、水平スケーリングでトラフィックの急増に対処できるようにします。

6. 自動スケーリング

サイトのトラフィックが増加すると、Cloudways Autoscale は負荷を処理するために追加のポッドを自動的に起動します。 トラフィックが減少すると、余分なポッドが自動的にスケールダウンされ、リソースとコストが節約されます。

適切なサーバーを選択するためのガイドライン

垂直、水平、自動スケーリングのいずれかを選択するのは確かに難しい場合があります。 考慮すべき要素は次のとおりです。

ロジック処理

• 水平スケーリング:複数のマシン間で並列実行できるように、順次ロジック部分を小さな部分に分割します。
• 垂直スケーリング:ロジックを変更せずに、より強力なマシンで同じコードを実行します。
• 自動スケーリング:サーバーの負荷に基づいて計算リソースを動的に管理し、割り当てます。

交通処理

• 垂直スケーリング:中程度のトラフィックに適しています。
• 水平スケーリング:数十万の同時リクエストの処理に最適で、速度、弾力性、パフォーマンスが向上します。
• 自動スケーリング:トラフィックや使用率レベルなどの定義された条件に基づいて、サーバー容量や仮想マシンなどのクラウド サービスを自動的に増減します。

データベース管理

• 垂直スケーリング:既存のサーバー ラックにさらに多くのリソースを追加し、単一ノードでデータを実行できるようにします。データ管理が容易になります。
• 水平スケーリング:新しいサーバーの追加が伴い、多数のクエリを管理する必要がありますが、大規模なデータベースを効果的に処理できます。
• 自動スケール:トラフィックが増加すると自動的にスケールアップ (より多くのサーバーを起動) し、トラフィックが減少するとスケールダウン (サーバーをシャットダウン) します。

垂直スケーリングを選択するか水平スケーリングを選択するかに関係なく、自動スケーリングを組み込むことで、リアルタイムのニーズに基づいてリソースを動的に調整できます。 これにより、最適なパフォーマンスとリソース使用率が保証されます。

まとめ

スケーリング戦略の決定は、パフォーマンス、可用性、コスト、トラフィックなどのさまざまな要素を慎重に検討する必要がある重要なタスクです。 選択はビジネス目標に沿ったものであり、アプリケーションや Web サイトがスムーズに動作するようにする必要があります。

水平スケーリングは、大量のトラフィックを処理する必要がある場合に適していますが、垂直スケーリングは、より大きな処理能力を必要とする複雑なタスクに適しています。

水平または垂直スケーリング戦略の実装をさらに支援するには、Cloudways などのマネージド クラウド サービス プロバイダーとの提携を検討することをお勧めします。 ご質問がございましたら、お気軽にお問い合わせください。