応用情報技術者過去問題 平成29年春期 午後問4

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問4 システムアーキテクチャ

仮想環境の構築に関する次の記述を読んで,設問1〜4に答えよ。

 N会計事務所は,数十人の公認会計士,税理士,司法書士を有する,中堅の公認会計士事務所である。所内では,業務用の会計システム,法務システム,契約管理システム及び総務システムが稼働している。業務拡大に合わせて所内システムの改修を行ってきたが,サーバ類の老朽化が顕著になってきたことから,サーバなどの業務システム基盤を再構築することになった。

〔現行システムの構成〕
 N会計事務所の所内システムは,各業態の顧客経理支援業務に利用されるので24時間稼働している。業務要件として,会計システムは24時間無停止での稼働が必要で,業務が集中したときでも一定の性能が求められる。法務システムは30分以内の停止が許容されている。
 会計システムと法務システムは,それぞれアプリケーションサーバ(以下,APサーバという)とデータベースサーバ(以下,DBサーバという)の2種類のサーバで構成されており,契約管理システムと総務システムは,それぞれAPサーバとDBサーバを兼用するサーバで構成されている。会計APサーバは負荷分散装置によるアクティブ/アクティブ方式,法務APサーバは手動によるアクティブ/スタンバイ方式で冗長化され,DBサーバは両システムともアクティブ/アクティブ方式のクラスタリング構成となっている。会計APサーバで処理するトランザクションは,会計APサーバ1と会計APサーバ2に均等に分散される。法務APサーバで現用系サーバが故障した場合,20分以内に待機系を手動で起動し,アクティブな状態にできる。現行システムの構成を図1に示す。
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 システム課のB課長は,現行システムのそれぞれのサーバの稼働状況を調査した。現行システムは,10台のサーバから構成されており,いずれのサーバもCPU数は1でコア数が2の機器である。現行システムのリソース使用状況を表1に示す。
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〔仮想化システムの機能〕
 B課長は,仮想化システムを利用して仮想サーバ環境を構築し,現行サーバ群を仮想サーバ上で稼働させることを検討した。各現行サーバは,再構築後の仮想サーバ環境において,いずれかの物理サーバに仮想サーバとして割り当てる。このとき仮想化システムの機能である,複数の物理サーバのリソースをグループ化して管理するリソースプールと呼ぶ仕組みを利用する。例えば,ある仮想サーバにCPUやメモリといったリソースを追加する場合,1台の物理サーバのリソースの制限にとらわれることなく,リソースプールからリソースを割り当てればよい。表2は,仮想化システムの機能の説明を抜粋したものである。
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 仮想化システムでは,各仮想サーバに割り当てるリソース量に上限値と下限値を設定できる。上限値を設定した場合は,設定されたリソース量までしか使用できない。下限値を設定した場合は,設定されたリソース量を確保し,占有して使用できる。上限値も下限値も設定しない場合は,起動時にリソースを均等に分け合う。

〔業務システム基盤の構成〕
 B課長は仮想化システムの処理能力を次のように仮定して,業務システム基盤の構成を設計した。
  • 物理サーバで仮想サーバを動作させるための仮想化システムに必要なCPUとメモリは,十分な余裕をもたせて,物理サーバのCPUとメモリ全体の50%と想定する。CPUとメモリ以外のリソースの消費は無視する。
  • 仮想サーバのCPUの1コア1GHz当たりの処理能力は,現行システムのCPUの1コア1GHz当たりの処理能力と同等とする。
  • CPUの処理能力は,コア数に比例する。
  • CPU使用量は処理能力とその平均使用率の積とする。これをGHz相当として表す。
 B課長は,業務システム基盤の拡張性を考慮し,クロック周波数が4.0GHzの8コアプロセッサを1個と64Gバイトのメモリを搭載した物理サーバを3台同一機種で用意することにした。また,2台以上の物理サーバが同時に停止しない限りは,システム性能の低下は発生させないことにし,全業務無停止でのメンテナンスを可能とする。現行システムの業務要件を踏襲し,今回導入する仮想サーバの構成から,各物理サーバのCPUとメモリの使用率は,65%以下の目標値を定めた。
 共有ディスクは,RAID5構成のストレージユニットとし,20Tバイトの実効容量をもたせることにした。
 会計システムの冗長化構成は維持する。具体的には会計システムを負荷分散装置によるアクティブ/アクティブ方式の構成とする。法務APサーバの待機系であるサーバ6は廃止する。サーバ6以外の全ての仮想サーバのリソース使用量は,対応する現行サーバと同じとするが,上限値と下限値の設定は行わずに,仮想サーバに移行することにした。B課長の考えた業務システム基盤の構成案を図2に示す。
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〔CPU,メモリの使用率について〕
  • 業務システム基盤は,仮想化システムの稼働に必要なリソースを差し引いて,CPUの処理能力の合計が48GHz相当,メモリ容量の合計が96Gバイトのリソースプールで構成される。現行システムのCPU使用量は26.2GHz相当,メモリ使用量は42.8Gバイトとなるが,サーバ6を廃止することからリソースプールの使用率は,CPU使用率がa%,メモリ使用率がb%となる。
  • ストレージユニットは物理サーバの共有ディスクとして接続する。各仮想サーバには現行システムと同容量をストレージユニットから割り当てるので,各仮想サーバに割り当てるストレージ容量の合計はストレージユニットの容量を超える。
〔資産査定システムの追加について〕
 B課長が業務システム基盤の構成の設計を完了した後に,会計業務を統括する事務所長から,資産査定システムの追加を検討してほしいとの要望があった。B課長は資産査定システムを会計システムと同様なサーバ構成で構築することにし,必要なリソース量を調査した。資産査定システムのリソース使用量の見込みを表3に示す。
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 資産査定システムを業務システム基盤に加えた場合,メモリ使用量は68.4Gバイトとなることから,リソースプールのメモリ使用率がc%となり,物理サーバが1台停止すると,N会計事務所の全システムの処理性能が低下してしまうことが判明した。B課長は,当面の間,会計以外のシステムについては,障害発生時の性能低下を容認し,①1台の物理サーバが停止したとしても,物理サーバの増設やリソースの拡張をせずに,会計システムの性能を低下させないための対策を採ることにした。

設問1

業務システム基盤の次の(1)〜(4)の各項目について,仮想化システムの機能を利用して実現している項目はその機能名を,それ以外の方法で実現している項目はその方法を,表2又は本文中の用語を用いて答えよ。
  • 全業務無停止でのメンテナンス
  • 会計システムの24時間無停止稼働
  • 法務APサーバ(サーバ6)の廃止
  • ストレージユニットの容量を超えた各仮想サーバへのストレージ容量の割当て

-解答入力欄-

  • (1):
  • (2):
  • (3):
  • (4):

-解答例・解答の要点-

  • (1):ライブマイグレーション
  • (2):アクティブ/アクティブ方式
  • (3):自動再起動
  • (4):シンプロビジョニング

-解説-

  • ライブマイグレーション(Live Migration)は、ある物理サーバ上で稼働している仮想マシンを、OSやソフトウェアを停止させることなく別の物理サーバに移し替え、処理を継続させる技術です。切り替えによるダウンタイムはほぼゼロで、移動前の処理やセッションが全て引き継がれるため可用性を損なうことがありません。

    メンテナンス対象の物理サーバで稼働する仮想サーバを別の物理サーバへライブマイグレーションで移すことで、業務を停止させることなくメンテナンスを行うことが可能となります。

    ∴ライブマイグレーション

  • アクティブ/アクティブ方式は、用意した2系統の処理装置をともに稼働させ、負荷分散装置により処理を振り分けるタイプの冗長構成です。負荷分散装置は定期的に振分け先機器の死活監視を行い、障害を検知した場合には正常な側の機器だけで処理を行います。障害発生時の切り換えが自動かつ継ぎ目なしに行われるため24時間無停止などの高可用性が求められるシステム等に適しています。

    ∴アクティブ/アクティブ方式

  • サーバ6は法務APのスタンバイ側(待機系)のサーバです。法務システムは30分以内の停止が許容されているため、現行システムでは手動で待機系を起動していました。しかし、仮想化システムには「自動再起動」機能があり、障害発生時に別の物理サーバ上での再起動を自動的に数分で行ってくれるので、運用要件を満たしつつサーバ6を廃止することが可能です。

    ∴自動再起動

  • 現行システムのストレージ容量の合計(サーバ6を除く)は26Tバイトですが、ストレージユニットは20Tバイトしか用意されていません。シンプロビジョニング機能の説明に「物理的な容量を超えるストレージ容量を仮想サーバに割り当てることができる。」とあるため、この機能を使用してストレージユニットの容量を超えた割当てを行っているとわかります。したがって「シンプロビジョニング」が適切です。

    ∴シンプロビジョニング

設問2

本文中のacに入れる適切な数値を答えよ。答えは小数第1位を四捨五入して,整数で求めよ。

-解答入力欄-

  • a:
  • b:
  • c:

-解答例・解答の要点-

  • a:54
  • b:44
  • c:71

-解説-

aについて〕
表1よりサーバ6のCPU使用量は、

 2GHz×5%×2コア=0.2GHz相当

ですので、現行システムの合計量(26.2GHz相当)から0.2GHzを引いて、業務システム基盤のCPU処理能力の合計(48GHz相当)で割ることで使用率を求めます。

 (26.2−0.2)÷48=0.541666…=54.1666…%

小数点第1位を四捨五入すると54%になります。

a=54

bについて〕
表1よりサーバ6のメモリ使用量は、

 8Gバイト×5%=0.4Gバイト

ですので、現行システムの合計量(42.8Gバイト)から0.4Gバイトを引いて、業務システム基盤のメモリ量の合計(96Gバイト)で割ることで使用率を求めます。

 (42.8−0.4)÷96=0.441666…=44.1666…%

小数点第1位を四捨五入すると44%になります。

b=44

cについて〕
資産査定システムを加えた場合のメモリ使用量は68.4Gバイトですので、業務システム基盤のメモリ量に対する割合は、

 68.4÷96=0.7125=71.25%

小数点第1位を四捨五入すると71%になります。

c=71

設問3

図2の業務システム基盤の構成案の右表について,物理サーバと各システムの組合せを採用した理由を解答群の中から全て選び,記号で答えよ。
解答群
  • CPUの負荷を最小化する。
  • 各物理サーバのリソース使用量を平均化する。
  • ストレージユニットの容量を最小化する。
  • 物理サーバの障害時に備えてシステムを冗長化する。
  • 物理サーバの増設を容易にする。

-解答入力欄-

-解答例・解答の要点-

  • イ,エ

-解説-

  • どの物理サーバにどのシステムを割り当ててもリソースプールに占めるCPU使用量全体は同じです。つまり仮想化システム全体としてのCPU負荷は変わりません。
  • 正しい。リソース使用量が多いシステムと少ないシステムを組み合わせることによって、各物理サーバのリソース使用量を平準化するように配置されています。
  • 3台の物理サーバは1つのストレージユニットを共有するため、物理サーバ及び各システムの組合せとストレージ容量は無関係です。
  • 正しい。どの物理サーバが停止しても会計システムの24時間無停止稼働が維持できるように配置されています。
  • 組合せと増設のしやすさは無関係です。
したがって適切な理由は「イ,エ」です。

設問4

本文中の下線①について,資産査定システム追加後も会計システムの性能を低下させない適切な対応方法を,40字以内で述べよ。

-解答入力欄-


-解答例・解答の要点-

  • 会計システムを構成する各サーバに割り当てるリソースの下限値を設定する (34文字)

-解説-

資産査定システムを加えた場合、メモリ使用率が約71%になります。この状態で1台の物理サーバが停止したとすると、当該物理サーバ上で稼働していた仮想サーバは別のサーバ上で自動再起動するため、均等に割り当てたとしても以下のようにキャパオーバになってしまいます。
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この状況に対して「B課長は,当面の間,会計以外のシステムについては,障害発生時の性能低下を容認し,…会計システムの性能を低下させないための対策を採ることにした。」と説明されています。仮想化システムは各仮想サーバに割り当てるリソース量に上限値と下限値を設定できる機能を有するので、会計システムを構成するサーバ(会計AP、会計DB)に対してリソースの下限値を設定することで、会計システムの性能低下を防止することができます。

∴会計システムを構成する各サーバに割り当てるリソースの下限値を設定する
問4成績

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