ハードウェアのサイジングに関する読書メモ

随分前に買ったがピンときていなかった下記書籍が、個人的にタイムリーになってきたので読んだ＆メモしておく。

WEBアプリケーション・サーバー 設計・構築ノウハウ 第2版

今回は第3章「性能設計」の読書メモ。

性能設計は以下の手順で行う。

1. 1. 業務（＝トランザクション）別の性能目標（レスポンスタイム、スループット）の定義
   2. 上記の内、全トランザクション内での割合が大きく（70%目安）、クリティカル、ボトルネックな処理を網羅し、ピーク時に実行される業務をサンプルとして採用
   3. 上記サンプルについて、サイジング（CPU数、メモリサイズ、マシン台数）
   4. 流量制御設計（各種パラメータ設定）

1. 業務別の性能目標の定義

各業務について、ピーク時間帯、全体に占めるトランザクション数の割合、レスポンスタイム、トランザクション数/秒、を要件定義する。

3. サイジング

■CPU数

「TPS」 = 「1CPUの処理件数[件/s]」×「CPU使用率」×「CPU数」
「TPS」 = 「1 / 1件に要するCPU時間[s]」×「CPU使用率」×「CPU数」
「CPU数」=「TPS」×「1件に要するCPU時間[s]」／「CPU使用率」

※TPS：Transaction Per Second。要件定義。
※一般に、CPU使用率は70%程度とする（100%ではCPUがボトルネックになってしまうため）。
※「1件に要するCPU時間」は、リファレンス・モデルからもってくるか、プロトタイプを作って測定するかで求める。もし本番用と異なるCPUについての情報しか得られない場合は、CPUベンダやベンチマークテストの公表データなどを参考に比率を入手し、積をとって算出する。

■メモリサイズ

メモリ許容量を超えた際のオーバーヘッド（GCやスワップ）をどの程度の頻度許すかで決まる。
以下、Javaの場合について。
GCは他の処理とは別スレッドで実行されるが、GC実行時はGC以外のスレッドは停止されるため、GC処理時間がオーバーヘッドになる。
CopyGCとFullGCの発生タイミングは以下の通り。

• CopyGC：Eden領域が一杯になったタイミングで発生
• FullGC：Old領域が一杯になったタイミングで発生

よって、Eden領域およびOld領域のサイズ設定によってGCタイミングを制御できる。
（詳細な算出方法は書籍参照）
で、最終的には、算出値×安全率 のメモリサイズとする。

※一般に、安全率は20%程度とする
※GC処理時間の参考値：
メモリ1GBの場合、
　CopyGC：数十〜数百ミリ秒
　FullGC：数秒〜数十秒
メモリ2Gを超えると、FullGCの処理時間は非常に長い。（10GBで30秒程度）

■マシン台数

• 1台あたりのCPU数：4CPUまでが妥当な目安。
• 1台あたりのメモリサイズ：32bitCPUなら4GBまで、64bitCPUなら16EBまで。ただし、上述の通り、メモリサイズが大きくなるとGCの処理時間が大きくなる

流量制御設計

リクエスト・キューのサイズと同時実行スレッド数を適切に設定することで、想定以上のリクエストが来た際にハングアップしないようにする。