サーバのクラスタ構成とは｜特徴やメリット・デメリットを解説！

サーバを効果的に運用するための方法として「クラスタ構成(クラスタリング構成)」と呼ばれるものがあります。複数のサーバを組み合わせてサーバを構築するもので、可用性が高まるなどの効果を発揮します。

古くからある手法であり、今でも活用されていますが、具体的な考え方について理解できていない人はまだ多いでしょう。今回は、サーバのクラスタ構成を解説し、採用するメリットやデメリットについても触れていきます。

サーバのクラスタ構成とは何か

サーバのクラスタ構成とは、複数のサーバを連携させて、一つのシステムとして動作させる設計や手法を指します。クラスタ構成を採用することで、可用性の向上や負荷分散などを実現できます。

クラスタ構成にはいくつかの考え方があり、一般的に利用されるものは「負荷分散クラスタ」です。これは、サーバに極端な負荷がかかることを避けるために、複数のサーバを用いて負荷を分散させる仕組みで、ロードバランサーと組み合わせて運用します。ロードバランサーとは、受け取った通信や処理を複数のサーバに自動で振り分けて負荷を均等にし、サービスの応答速度と可用性を維持する機器やソフトウェアのことです。

また、「HAクラスタ」と呼ばれる可用性を高める仕組みもあります。こちらは、実行中の「アクティブ」と待機中の「スタンバイ」のサーバを用意し、予期せぬ停止に備えるものです。負荷分散クラスタとは目的が異なり、サービスの安定提供を主眼に置きます。

クラスタ構成の特徴

クラスタ構成には重要な特徴がいくつもあるため、実装前に理解しておきたい点を解説します。

冗長性

冗長性は、サーバをクラスタ構成にする最も重要な特性の一つです。複数のサーバで構成されるため、特定のハードウェアやソフトウェアにトラブルが起きても、システム全体が停止することを防げます。正常なノードが処理を続けることで、利用者にトラブルが気づかれにくくなります。

一般的に、クラスタ構成では複数のサーバが同じデータにアクセスし、同じ処理を行えるように設計します。したがって、あるサーバやソフトウェアで障害が発生しても、他のサーバへ処理を引き継いで継続できます。

なお、複数台のサーバを配置するだけでは不十分で、クラスタリングに対応した設定やソフトウェアの対応が必要です。必要に応じた設定や対応を行う点は理解しておきましょう。

スケーラビリティ

冗長化と同様に、スケーラビリティもクラスタ構成の重要な特徴です。システムリソースを柔軟に変更できるため、複数のシステムやサービスを効率的に運用できます。

たとえば、システムのバージョンアップで若干高いスペックが求められる場合でも、サーバを個別に置き換えるのではなく、クラスタで水平にスケールアウトすることで対応できます。

また、クラウドサービスを利用していれば、アクセス増減に合わせたスケールの変更が可能です。月末など一時的にアクセスが増えるシステムに対して、必要な時だけリソースを増やす運用ができます。事前にクラスタ構成を整えておくと、スケールアウトやスケールアップに対応しやすくなります。

負荷分散

クラスタ構成を採用すると、システムへのリクエストやワークロードを複数のサーバ間で分散できます。これにより、サーバの負荷を均一化し、過負荷やボトルネックの発生を抑えられます。

特にWebサービスや大規模データベースなど、同時に大量のリクエストが発生する環境で効果が高いです。クラスタ構成によって、極端に高性能な単一サーバを用意する必要がなくなり、複数台の標準的なサーバで同等の処理を実現できます。

自動復旧の実現

負荷分散を含めたクラスタ構成により、障害発生時に自動的な復旧が可能になる場合があります。通常、物理故障やデータベースの破損が発生した際はエンジニアの対応が必要ですが、クラスタ環境では自動的に健全なノードに役割を移して処理を継続できます。

この機能は冗長性・可用性の一部ですが、「トラブル発生時は自動的に他の健全なノードに役割を移す」といった振る舞いが期待できます。エンジニアの手動操作を要さず切り替えが行われるため、サービス継続に寄与します。

ただし、自動復旧はあくまで健全なノードが存在する場合に限る点に注意が必要です。大規模な障害や多数のノードに影響が及ぶ場合は自動復旧できないこともあり、物理的な修理は別途必要になります。

クラスタ構成を採用するメリット

クラスタ構成の代表的なメリットを以下に解説します。

高可用性の担保

クラスタ構成により高可用性を担保できます。高可用性とは、サービス停止を最小限に抑え、可能な限り継続して提供することを指します。

オンラインビジネスや金融機関など、24時間365日の運用が求められるサービスでは、停止による損失や信用低下を避ける必要があります。そのため、クラスタ構成が有効です。

事前にクラスタ構成を整えておけば、仮に一つのサーバやノードが故障しても、他のノードがカバーできます。利用者が故障に気づかないことも多く、サービス停止の影響を小さくできます。

負荷分散

多くの利用者が同時にシステムを利用すると負荷が増大します。適切な負荷分散を行わないと、サービス全体が停止するリスクがあります。クラスタ構成を採用しておけば、大量の通信にも効率的に対応できます。

たとえば、通販サイトでアクセスが一時的に集中する場合、クラスタ構成で複数のサーバに振り分けて処理することで、サイト全体のダウンを防げます。

負荷分散の方法は複数ありますが、一般的にはリクエストやワークロードを複数のノードに均等に振り分けることが多いです。一方で、メインとなる高性能なサーバを置き、他を補助的に用いる構成もあります。

運用の効率化

複数サーバを活用することで運用効率が向上します。たとえば、メンテナンスやアップグレード、パッチ適用を段階的に実施し、完全なサービス停止を避けられる点が挙げられます。

クラスタ構成であれば、起動中のサーバと停止中のサーバを用意し、順次作業を行うことが可能です。これにより利用者への影響を最小限にして保守作業を進められます。

クラスタ構成を採用するデメリット

クラスタ構成にはメリットが多い一方で、以下のようなデメリットもあります。

運用の複雑さ

クラスタ化に伴い運用が複雑化します。台数が増えるほど管理工数が増え、個別サーバと比べて手間がかかる点に注意が必要です。

たとえば、パッチ適用時にはすべてのサーバに同様の作業を繰り返し実施する必要があります。また、クラスタリング用の設定や管理ツールの運用が求められます。

ロードバランサー等の新しい機器を導入する場合、それらも管理対象となり、運用負荷が増加します。

コストの増加

台数やロードバランサーなどの導入に伴うコストが増加する点もデメリットです。サーバ購入やネットワーク機器導入には初期費用が発生し、運用に伴うランニングコストも必要です。

たとえば、オンプレミスで運用する場合はデータセンターなどの費用が継続的に発生します。一方で、クラウドで運用することでコストを軽減できる可能性もあります。コスト面で課題がある場合は、クラウドでの構築を検討してください。

クラウドは内部的にクラスタ構成のこともある

AWSなどのパブリッククラウドでは、内部的にクラスタ構成が採用されていることが多いです。SLA（サービスレベルアグリーメント）で高い可用性が担保されているため、内部でクラスタ構成や冗長化が行われていると考えられます。ユーザー側がクラスタ構成を明示的に設定しなくても、障害対策が施されている場合があります。

そのため、クラウド利用時はSLAを確認し、クラスタ構成を採用するかどうかを判断するとよいでしょう。標準提供のシステムで十分なら、独自にクラスタを組む必要はない場合もあります。クラスタ構成にはコストが伴うため、無駄な費用を避けられるのは利点です。

ただし、クラウドサービスの提供する機能は「可用性の向上」が中心であり、「負荷分散」の詳細はユーザー側で構築する必要がある場合がある点に注意してください。同じ「クラスタ構成」と呼んでも、提供される機能は異なることがあります。

まとめ

サーバのクラスタ構成について解説しました。複数のサーバを組み合わせて1台のサーバのように利用する技術で、可用性向上など多くの効果があります。特に障害耐性の向上は大きなメリットです。

一方で、サーバ台数の増加に伴いコストや運用負荷も増えるデメリットがあります。メリットとデメリットの両面を踏まえ、適切に評価して採用を検討してください。