3-3 同時CPU、メモリ、ストレージ、ネットワークのピークを評価する設計思想
システム障害は、単一リソースの限界によって発生するとは限りません。
むしろ多くの場合、CPU・メモリ・ストレージ・ネットワークといった複数のリソースが同時に逼迫することで、連鎖的に性能劣化が進行します。
3-2ではピークワークロードを特定しましたが、本章では一歩踏み込み、**「同時ピークをどう評価するか」**という設計視点を整理します。
単体の最大値を見るのではなく、ピークが重なった瞬間の状態を想定する。
将来のトラフィック増加を見据え、安全係数をどう設定するかを考える。
理想的な負荷試験ができない場合でも、どのように設計根拠を残すかを検討する。
同時ピーク評価は単なる数値確認ではなく、システムを守るための設計思想です。
1. 単体ピークから「同時ピーク」へ
3-2では、CPUやトラフィックなどのピーク値を特定しました。
しかし実際の障害は、
単体ピークではなく、複数リソースの同時逼迫
によって引き起こされるケースが多くあります。
例えば：
・CPU使用率 80%
・メモリ使用率 70%
・ストレージI/O上昇
・ネットワークスループット増大
それぞれは許容範囲に見えても、同時に発生すると状況は変わります。
2. 同時ピークが引き起こす連鎖
リソース逼迫は単発では終わりません。
・CPU高負荷 → スレッド待機増加
・メモリ逼迫 → GC頻発・Swap発生
・I/O増加 → レスポンス遅延
・ネットワーク遅延 → タイムアウト増加
これらが連鎖すると、処理待ちが増え、さらなる負荷上昇を招きます。
重要なのは、
個別80%は耐えられても、同時80%は危険域になる
という認識です。
3. メモリを軽視しない設計
CPUは監視されやすい指標ですが、実務ではメモリがボトルネックになることも多くあります。
バースト時に起こりやすい事象：
・キャッシュ肥大
・同時接続増加
・ヒープ圧迫
・OOM発生
そのため設計目標として、
・CPU：80%未満
・メモリ：70%前後
・I/O：飽和点未満
といった「余力基準」を設定することが望ましいです。
4. 将来トラフィックと安全係数
ピーク値は“現在”の値に過ぎません。
サービスは成長します。
例：
・現在ピーク：1,000 req/sec
・将来想定：1.5倍（1,500 req/sec）
負荷試験では1.5倍のトラフィックを流し、
・CPU 80%以内
・メモリ 70%以内
を目標とします。
この「1.5倍」は、
設計上の安全係数
です。
安全係数を明文化することで、設計の説明責任が明確になります。
5. 理想的な負荷試験ができない場合
実際には、
・シミュレーター性能制限
・検証環境のスペック不足
・コスト制約
により、想定最大値を直接検証できないことがあります。
その場合の実務的判断：
1.試験可能な最大トラフィックを流す
2.その時のメトリクスを取得
3.想定最大値との差分を比で推定
例：
・試験可能：1,000 req/sec
・想定バースト：1,500 req/sec
・CPU 60%（1,000時）
比例推定：
60% × 1.5 = 90%
許容上限（80%）を超えるなら、
・インスタンス増設
・スケールアウト前提設計
・スロットリング導入
を検討します。
ただし、
負荷は必ずしも線形ではない
という前提を忘れてはいけません。比例は目安であり、保守的判断が必要です。
6. スロットリングという設計思想
すべてのピークを物理的に吸収しようとすると、コストは増大します。
そこで有効なのが：
・レート制限
・同時接続数制御
・キュー制御
・優先度制御
目的は、
完全停止を防ぐこと
です。
「全処理を守る」のではなく、
「重要処理を守る」
という思想が重要になります。
7. オートスケーリングの活用と限界
クラウド環境では、
Amazon Web Services の
Amazon EC2 Auto Scaling のような仕組みにより、自動スケールが可能です。
CPUやカスタムメトリクスをトリガーにインスタンスを増減できます。
しかし：
・スケールには時間がかかる
・急激なバーストには間に合わない可能性
・メモリ逼迫は即時解決できない
といった限界もあります。
オートスケーリングは有効ですが、
設計思想の一部であり、万能ではない
と理解すべきです。
8. 設計根拠を残す
重要なのは、判断の根拠を明文化することです。
・試験可能範囲
・想定最大トラフィック
・安全係数
・比例推定値
・許容基準
・採用対策
負荷試験は、
正解を証明する作業ではなく、設計リスクを定量化する作業である
という視点で行うべきです。
まとめ：同時ピーク評価のポイント
・単体ピークではなく同時ピークを評価する
・CPUだけでなくメモリの余力を重視する
・将来成長を見込んだ安全係数を設定する
・試験制約がある場合は比例推定で根拠を残す
・スロットリングで完全停止を防ぐ
・オートスケーリングは補助的手段と捉える
同時ピーク評価は、単なるメトリクス確認ではありません。
それは、
システムを守るための設計思想
です。
数値を並べるのではなく、
「どこまでを許容し、どこから守るのか」を明確にする。
それが、安定したサービス運用の基盤になります。
本記事の内容は、次項目に対応します。
Link:IT infrastructure system operation for remote areas（遠隔地向け IT インフラ運用）
3-3 Design philosophy to evaluate concurrent CPU, memory, storage, and network peaks
(同時CPU、メモリ、ストレージ、ネットワークのピークを評価する設計思想)
