【基本情報対策】稼働率と冗長化

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1. 2026年10月 稼働率と冗長化 基本情報技術者試験 対策 #8 赤神青空
2. ▪LRU は、最も長く使われていないページを追い出す 前回のクイズの答えは「B」 前回のクイズ ページ枠が3つで LRU ⽅式。ページを 1、2、3、1、4 の順に参照したとき、 4 を読み込むために追い出されるのは？ 4 を参照する直前に最後に使ったのは、 1 が4番⽬の参照、2 が2番⽬の参照、 3 が3番⽬の参照。いちばん前なのは 2 答えは B 今ココ おさらい A FIFO と取り違えたとき。最初に読み込んだのは 1 だが、4番⽬の参照でまた使っている B 最後に使ったのがいちばん前 （2番⽬の参照） C 最後に読み込んだものを追い出す別の考え⽅。 3 は3番⽬の参照で使っていて、2 より新しい 追い出さない D 枠は3つで、4 は主記憶に無いので、 どれかを追い出して読み込む 2/15
3. ▪稼働率の計算と、冗長化の考え方 今回の話 ① 稼働率 MTBF‧MTTR と直列‧並列 ② 冗⻑化 RAID と信頼性設計 ③ 実務では 停⽌時間‧SLA‧マルチAZ 今回いちばん持ち帰ってほしいこと 直列は掛け算で下がり、並列は「両⽅⽌まる確率」を引いて上がる 今ココ はじめに 3/15
4. ▪全体の時間のうち、動いている時間の割合 稼働率と MTBF・MTTR 動いている ⽌まっている MTTR MTBF 時間 MTBF MTTR MTBF MTBF（平均故障間隔） 動き始めてから、次に故障するまでの時間の平均 MTTR（平均修復時間） 故障して⽌まってから、直るまでの時間の平均 稼働率 ＝ MTBF ÷（MTBF ＋ MTTR） 例：990 ÷（990 ＋ 10）＝ 0.99 → 99% の時間、動いている 上げるには、MTBF を延ばす（壊れにくくする）か、MTTR を縮める（早く直す） 今ココ 稼働率 4/15
5. ▪全部動いているときだけ動く 直列の稼働率 ⼊⼝ 装置A 稼働率 0.9 装置B 稼働率 0.8 出⼝ どちらか1つでも⽌まると、全体が⽌まる（両⽅動いているときだけ動く） 稼働率 ＝ A × B ＝ . × . ＝ . 掛け算なので、どちらの装置の稼働率よりも下がる 今ココ 稼働率 5/15
6. ▪全部止まったときだけ止まる 並列の稼働率 装置A 稼働率 0.9 ⼊⼝ 装置B 稼働率 0.8 どちらかが動いていれば、 全体は動く。 出⼝ 両⽅⽌まったときだけ⽌まる 両⽅⽌まる確率 ＝（1 − 0.9）×（1 − 0.8）＝ 0.1 × 0.2 ＝ 0.02 稼働率 ＝ 1 − 0.02 ＝ 0.98 1 −（1 − A）×（1 − B）。どちらの装置の稼働率よりも上がる（それぞれの故障が独⽴している前提） 今ココ 稼働率 6/15
7. ▪並列の部分を先に1つにまとめる 直列と並列の組み合わせ 装置A 稼働率 0.9 装置B 装置C 稼働率 0.9 稼働率 0.8 ① 並列の部分を、1つにまとめる：1 −（0.1 × 0.2）＝ 0.98 ② それと C を直列で掛ける：0.98 × 0.9 ＝ 0.882 今ココ 稼働率 7/15
8. ▪複数のディスクを、1つの装置として扱う RAID RAID ストライピング RAID ミラーリング RAID パリティ（P） P 分けて書くので、読み書きが速い 1台でも壊れると、データを失う （稼働率の計算では直列と同じ） 同じデータを2台に書く 1台壊れても、もう1台から読める 容量は半分（計算では並列と同じ） P P データとパリティを全部のディスクに分散 1台壊れても、残りから復元できる 容量は（台数 − 1）台ぶん RAID ：パリティを2つ持つ。2台まで壊れても読める RAID ：ミラーリングした組を、さらにストライピングする 今ココ 冗長化 8/15
9. ▪故障を防ぐ・故障しても動く・間違えても事故にしない 信頼性設計の考え方 フォールトアボイダンス フォールトトレラント フェールセーフ フェールソフト 故障そのものを起こりにくくする 例：信頼性の⾼い部品を使う、点検する 故障したら、安全な側に倒す（⽌めることも多い） 例：認証を確かめられないときは、拒否する 故障が起きても、システムとして動き続ける 例：冗⻑化（RAID ‧RAID 、複数の AZ） 故障した所を切り離し、機能を落として動き続ける 例：おすすめの表⽰が⽌まっても、購⼊はできる フールプルーフ ⼈が操作を間違えても、事故につながらないようにする 例：削除の前に、対象の名前を⼊⼒して確かめる 今ココ 冗長化 9/15
10. ▪99.9% 稼働率と停止時間 と 99.99% は、どれだけ違うか 停⽌時間 ＝ 1年の時間 ×（1 − 稼働率）。1年 ＝ 365⽇ × 24時間 ＝ 8,760時間 稼働率 ⽌まっている割合 1年のうち⽌まる時間 % .% . % . % 今ココ 実務では % .% . % . % 87.6時間（約3.65⽇） 8.76時間 約53分（52.56分） 約5.3分（5.256分） 10/15
11. ▪何を・どの期間で測り、下回ったらどうなるか SLA の数字の読み方 SLA（サービスレベル合意書）：提供する側と利⽤する側で合意する、サービスの⽔準 リージョン単位 インスタンス単位 同じリージョンの2つ以上の AZ に置いた場合 1つのインスタンスについて . % .% Amazon EC の SLA の例（2026年10⽉時点） ⽉ごとに測る 30⽇の⽉なら、99.99% は約4.32分、99.5% は3.6時間⽌まっても、SLA を下回らない 下回ったら、サービスクレジット ⽀払った料⾦の⼀部がクレジットとして戻る。⽌まらないことの保証ではない 今ココ 実務では 11/15
12. ▪複数のアベイラビリティーゾーンに置く マルチAZ は並列の考え方 AZ-a Webサーバ 利⽤者 AZ-c Webサーバ 仮に、1つの AZ の Webサーバの稼働率を 0.99 とすると 1 −（0.01 × 0.01）＝ 0.9999 （仮の数字。AWS の数字ではない） 直列も並列も、掛け算どおりになるのは、故障が独⽴しているとき AWS は AZ どうしを離して置き、発電機や冷却などを共有しないように作っている それでも、⾃分のアプリや設定の誤りは、両⽅の AZ で同時に起きうる 今ココ 実務では 12/15
13. ▪Web を並列にしても、DB 直列の弱い所で決まる が1つなら頭打ち Webサーバ Webサーバ AZ-a DB AZ-a 同期 AZ-c DB（スタンバイ） AZ-c DB が1つ：0.9999 × 0.99 ＝ 0.989901（DB つの 0.99 より低い） Web を並列にしても、直列につながる DB で頭打ちになる（故障が独⽴している前提の計算） DB もマルチAZ： . × . ＝ . （約 0.9998） RDS のマルチAZ DB インスタンス配置は、別の AZ に同期のスタンバイを1つ置く（アクティブ-スタンバイ構成） 今ココ 実務では 13/15
14. ▪直列は掛け算、並列は「両方止まる確率」を引く まとめ 稼働率 ＝ MTBF ÷（MTBF ＋ MTTR） 稼働率 直列は掛け算で下がり、並列は「両⽅⽌まる確率」を引いて上がる 計算 RAID やマルチAZ は、並列の考え⽅ 冗⻑化 壊れにくくする（MTBF を延ばす）か、早く直す（MTTR を縮める）と上がる 直列 0.9 × 0.8 ＝ 0.72、並列 1 −（0.1 × 0.2）＝ 0.98 掛け算どおりになるのは、故障が独⽴しているとき。直列の弱い所も⾒る 今ココ まとめ 14/15
15. ▪一度止めて考えてみてください。答え合わせは次回の冒頭で 今回のクイズ 稼働率 0.9 の装置を2台、並列につないだシステムの稼働率は？ A 0.81 今ココ まとめ B 0.9 C 0.99 D 1.8 15/15