龍昌餃子で理解するWebサーバーの並行処理モデル - 東葛.dev #9

by Koji NAKAMURA

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龍昌餃子で理解する Webサーバーの並行処理モデル 2025.11.07 東葛.dev #9 Koji NAKAMURA (@kozy4324)

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Koji NAKAMURA ● 𝕏: @kozy4324 ● GitHub:@kozy4324 ● Classi株式会社所属 ● Kashiwa.rb 自己紹介

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龍昌餃子とは？？？

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龍昌餃子🍜🥟🍺 ● kozy4324が大好きな柏駅前すぐの中華屋さん ○ 南口から東側に出て徒歩1分！ ● JR常磐線ホーム（南柏側）から見えている ● 早い、安い、美味い！を体現している ○ ？？？「家賃を払っていない味がする」

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龍昌餃子のココが好き！(1) ● お疲れセットが好き！ ● オーダーできるの1人1回だと思うじゃん？ ● なんと無限にできる ○ バグでは？ ○ 脆弱性では？

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● お疲れセットで生ビールと麻婆豆腐を注文します ● 麻婆豆腐が30秒ぐらいで提供されます ○ ビールを追い抜いてきた！ ○ そんなことある？！ ○ ？？？「キャッシュでは？！？！」 ● 料理の提供時間が早すぎてバグっている龍昌餃子のココが好き！(2)

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提供時間が早すぎるのである「説」が浮かびました

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龍昌餃子お客さんが C10K 来ても捌ける説

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C10K問題とは C10K問題（英語: C10K problem）とは、Apache HTTP ServerなどのWebサーバソフトウェアとクライアントの通信において、クライアントが約1万台に達すると、Webサーバーのハードウェア性能に余裕があるにもかかわらず、レスポンス性能が大きく下がる問題である。引用元: https://ja.wikipedia.org/wiki/C10K問題

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表題に戻ります

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龍昌餃子で理解する Webサーバーの並行処理モデル 2025.11.07 東葛.dev #9 Koji NAKAMURA (@kozy4324)

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● 中華料理屋（龍昌餃子）をメタファーにすると、Webサーバーの並行処理モデルがうまく説明できるのでは？本発表のモチベーション

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● クライアント → お客さん ● Webサーバー → お店＆従業員 Webサーバーの中華屋メタファーリクエストレスポンス

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お客さんは同時にたくさんやって来るリクエストレスポンスリクエストレスポンスリクエストレスポンスリクエストレスポンスリクエストレスポンス

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● プロセスベース ● スレッドベース ● ノンブロッキングI/O + イベント駆動大量リクエストを捌くための並行処理モデル

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プロセスベースのイメージリクエストレスポンスリクエストレスポンスリクエストレスポンスリクエストレスポンスリクエストレスポンス

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● プロセスとは実行中のプログラムの単位 ○ OSが独立したメモリ空間とリソースを割り当てる ● 各プロセスは独立して動作し、直接メモリを共有しない ● 1リクエストごとに1プロセスを割り当てる ○ メリット: 1つのプロセスが落ちても他に影響しない ○ デメリット: メモリ消費、プロセス生成コストが高いプロセスベース

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● OSは fork() システムコールでプロセスを複製できる ○ 親プロセスの状態を引き継いだ子プロセスを生成する ● Webサーバーでは、リクエストを捌くための複数の子プロセス（ワーカープロセス）を立ち上げて待機させる方式が多い forkによるプロセス生成

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● 独立性や生成コストを考えると「従業員ごとお店を丸々複製している」みたいなもの ● 当然お店の数だけ固定費もかかる ○ アプリケーションならプロセス数だけメモリを消費 ● 言うなればチェーン店やフランチャイズでは？ ○ なお龍昌餃子は独立店である中華料理屋で例えると...

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スレッドベースのイメージリクエストレスポンスリクエストレスポンスリクエストレスポンスリクエストレスポンスリクエストレスポンス

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● スレッドはプロセス内で動作する軽量な実行単位 ● プロセス内スレッドはメモリ空間やリソースを共有する ● 1リクエストごとに1スレッドを割り当てる ○ メリット: メモリ効率が良く、生成コストが低い ○ デメリット: スレッド間の干渉やバグが発生しうるスレッドベース

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● 「従業員がたくさん働いている」みたいなイメージ ● 店舗内の資源は共有されるため、同時に△人以上で扱ってはダメ！という資源があると色々と大変 ○ アプリケーションならスレッドセーフが要求される ● 従業員の数だけ人件費はかかる ○ 複数店舗ほどではないが従業員の数だけコスト発生 ● なお龍昌餃子の厨房はいつみても1〜2人で回している ○ なんでそんなに提供スピード早いん？？？中華料理屋で例えると...

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C10K問題

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● 1万同時接続を扱おうとするとスケールできない ● なぜか？ ○ メモリの枯渇 ○ コンテキストスイッチ切り替えによるCPU飽和 ○ I/O待ちによるブロック ○ etc… C10K問題 vs プロセスベース, スレッドベース

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● C10K問題への解決策として発生した設計 ● これまではブロッキングI/Oが前提だった ○ 各I/O操作でブロックされる ○ そもそもWebサーバーはI/Oが多い ○ プロセスやスレッドによる多重化が必須だった ● ノンブロッキングI/O + 準備完了でイベント通知されるOSの機構が実用的になったのが2000年代以降（らしい） ○ 代表的なアプリケーション: nginx, Node.js ノンブロッキングI/O + イベント駆動

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イベント駆動・ノンブロッキングI/O → ワンオペ!? リクエストレスポンスリクエストレスポンスリクエストレスポンスリクエストレスポンスリクエストレスポンス

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● ブロッキングI/O + プロセスベース or スレッドベース ○ I/O完了待ちまでCPUが待ち状態で無駄が多い ○ メモリ消費やコンテキストスイッチ切り替えもある ● ノンブロッキングI/O + イベント駆動 ○ I/O完了待ちによるCPUの待ち状態が無くなる ○ 1プロセス（1スレッド）で多くのリクエストが捌けるつまりどういうことだってばよ

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● 従業員が常に無駄なく休みなく働いている ○ 少数精鋭 ○ 休みがないのはブラック企業では... ● 龍昌餃子の厨房はいつみても1〜2人で回している ○ ノンブロッキングI/O + イベント駆動じゃん ○ お客さんが C10K 来てもイケる中華料理屋で例えると...

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● プロセスベース + スレッドベース ○ 安全性と分離性を保ちつつ並列性を高める ● スレッドベース + ノンブロッキングI/O + イベント駆動 ○ nginx, Node.js がそう ○ マルチプロセッサ（複数CPUコア）を活用するには、プロセスかスレッドを多重化する必要がある補足: 処理モデルは組み合わせて利用可能

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まとめ

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龍昌餃子お客さんが C10K 来ても捌ける説

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説の検証 ● 龍昌餃子はノンブロッキングI/O + イベント駆動 ● つまりお客さんが C10K 来ても捌ける ● ホンマか...！？

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「推測するな、計測せよ」

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● つまり龍昌餃子に飲みに行こう！ ● 龍昌餃子に少しでも興味を持ってもらえたらヨシ計測 is …

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🥟EOF🍺