分散エッジコンピューティング

分散コンピューティングとは

分散コンピューティングは、インターネットまたはクラウドベースのネットワークを介して、膨大な数のコンピューティングリソース間でワークロード処理を共有することで効果を発揮します。各処理ノードは独自のタスクを管理しますが、全体的なコンピュート負荷はすべてのノード間で動的に分散されます。プロセス集約型のワークロードを処理するために、ノードをリアルタイムでスケールアップまたはスケールダウンできるため、弾力性とスケーラビリティが確保されます。このアーキテクチャーでは、障害ポイントが分離された状態が維持されるため、分散コンピューティングシステムのフォールトトレランスと耐障害性が向上します。

分散トレーシングは分散要求トレーシングとも呼ばれており、分散コンピューティング環境における多種多様なプロセスをトラッキングする手法の一つです。この手法は、大規模なマイクロサービスやクラウドネイティブアーキテクチャー内のバグ、ボトルネック、スロットルなどの障害ポイントを特定するために不可欠です。その名前が示すように、分散トレースとは、リクエストがシステム内を伝播する過程を追跡し、複雑な分散システムにおける精緻な相互作用を詳細に可視化し、洞察を提供するものです。これにより、可観測性が向上し、システム全体のパフォーマンス監視、デバッグ、最適化が容易になります。

垂直スケーリング (スケールアップとも呼ばれる) は、物理的なフットプリントを増やすことなく、既存のシステムの処理能力を強化するプロセスです。これには、既存のコンピューターまたはサーバー内のRAMの追加、CPU速度の向上、またはストレージ容量の拡張が含まれます。

水平スケーリング (スケールアウトとも呼ばれます) では、インフラストラクチャ全体のフットプリントを拡大することでコンピューティング能力を強化します。これは、ネットワークにサーバーやノードクラスターを追加し、ワークロードを複数のシステムに分散させることで実現されます。このアプローチは、高可用性やフォールトトレランス、スケーラビリティを実現するために、クラウド環境や分散システムで広く活用されています。

分散コンピューティングでは、リソースと求められるタスクに応じて、各種の複雑なアーキテクチャーが使用されています。分散コンピューティングは拡張性に優れているため、大規模なネットワークでは微妙に異なる部分もありますが、その多くは以下の基本カテゴリのいずれかに分類されます。

クライアントサーバー

クライアントサーバーネットワークは、処理とストレージの役割を果たす1台の中央サーバーと、サーバーとの間でメッセージを送受信する端末として機能する複数のクライアントで構成されています。クライアントサーバーネットワークの代表例がメールです。

3層型

このタイプの分散コンピューティングネットワークでは、第1層がプレゼンテーション層と呼ばれており、エンドユーザーがメッセージを送受信する際のインターフェイスとなります。中間部分はアプリケーション層、中間層、またはロジック層と呼ばれており、アプリケーションの機能を制御します。最後の層がデータベースサーバーまたはファイル共有であり、タスクの実行に必要なデータが保存されています。3層システムの代表例がe-コマースサイトです。ただし、「多層」または「n層」分散システムは「3層」アーキテクチャーが変化したものであり、両者の間にはある程度重なる部分があります。主な違いは、各層が異なる物理空間にあり、大規模なコンピューティングアーキテクチャーにおける専門的かつ局地的なタスクを実行することです。

Peer-to-peer (ピアツーピア)

このディストリビューションアーキテクチャーでは、ピアが平等に権限を持ち、平等にワークロードを処理する能力を備えています。こうした環境では、ピア、ユーザー、またはマシンがノードと呼ばれ、関係者間の一元的な調整は不要です。ピアツーピアネットワークの代表的なユースケースがファイル共有アプリケーションのNapsterです。Napsterは、インターネットに対応したリスナー間で音楽を共有する手段として1999年にリリースされました。

分散コンピューティングにはさまざまなメリットがあることから、簡単な計算以外のほぼすべての最新型コンピューティングプロセスで、分散コンピューティングアーキテクチャーが利用されています。

スケーラビリティ

まず、ネットワークはタスクのニーズに合わせて設計できるだけでなく、リアルタイムに動的に拡張して、ニーズに応じてノードをオンボーディングし、その後ニーズが減ったときは非アクティブ状態に戻すことができます。

信頼性

分散型システムの性質上、アーキテクチャーには元々冗長性が備わっています。ノードがコンピューティングタスクをサポートしようとすると、そうした同じノードが障害や不具合のあるノードをカバーし、プロセスのダウンタイムをゼロに抑えることに貢献します。e-コマースのケースでは、取引中にショッピングカートサーバーに障害が発生した場合、正常なサーバーが介入して販売を完了することが可能です。

スピード

分散コンピューティングシステムがもたらす最も重要なメリットは、複雑なタスクが処理されるスピードにあります。サーバーが大量のトラフィックで足止めされるような状況でも、分散型システムならリアルタイムに拡張し、十分な処理能力で同じタスクを処理できます。基本的に分散型システムは、ニーズとリソースを動的に一致させることでワークロードを標準化するように設計できます。