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GCP-PCDBE 練習問題 13|革新的でスケーラブルかつ高可用性のクラウド データベース ソリューションの設計

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問題
あなたの組織は、大量かつ低レイテンシのセンサーデータ取り込みシステムをデプロイしています。復元力(レジリエンス)が極めて重要で、ワークロードは時間の経過とともに大幅に増加すると見込まれています。Google が推奨するプラクティスに従いながら、より高速な性能と高可用性を確保できるよう、Google Cloud 上のデータベース層を設計する必要があります。どうすればよいですか。

選択肢と解説

  • 1
    複数の Bigtable クラスタをデプロイし、それらの間でデータを手動でシャーディングし、フォールト トレランスのためのアプリケーション ロジックを構築する。
  • 2
    単一ゾーンの Bigtable クラスタをデプロイし、書き込みスループットが最大になるようにアプリケーション コードを最適化する。
  • 3
    単一リージョンの Bigtable インスタンスをデプロイし、データの耐久性を最大化するためにノード数を増やす。
  • ✓
    マルチゾーンの Bigtable クラスタをプロビジョニングし、レプリケーションを構成し、アプリケーションの負荷テストを実施し、パフォーマンス モニタリングを設定する。

解説

【正解】D

【0からの解説】
①前提知識:Bigtable は、IoT やセンサーの時系列データのような大量の書き込みを低レイテンシで処理できるフルマネージドのワイドカラム型 NoSQL データベースです。Bigtable の「インスタンス」は 1 つ以上の「クラスタ」を持ち、各クラスタは 1 つのゾーンに配置されます。インスタンスに複数のクラスタ(同一リージョンの別ゾーンや別リージョン)を追加すると、Bigtable がクラスタ間のレプリケーションを自動で行います。アプリ プロファイルでマルチクラスタ ルーティングを使うと、リクエストは最も近い利用可能なクラスタに自動でルーティングされ、ゾーンやクラスタの障害時も自動フェイルオーバーされるため、高可用性(SLA 99.99% 以上)が得られます。ノードを追加(またはオートスケーリング)すればスループットはほぼ線形に伸び、データの分散(シャーディング)も Bigtable が自動で行います。

②要件と制約語の整理:(1) 大量・低レイテンシの取り込み、(2) レジリエンスが極めて重要(=高可用性)、(3) ワークロードが大幅に増加(=スケーラビリティ)、(4) Google 推奨のプラクティスに従う。

③正解の理由:D は、複数ゾーンにクラスタを配置してレプリケーションを構成することで、ゾーン障害に耐える高可用性を実現します。さらに、負荷テスト(ストレステスト)で想定ピーク時の性能とノード数を事前に検証し、Cloud Monitoring などでパフォーマンス(CPU 使用率、レイテンシ、レプリケーション遅延など)を監視して、増加するワークロードに合わせてスケールできるようにしています。これは Bigtable の公式ドキュメントで推奨される「レプリケーションによる可用性確保」「本番前の性能テスト」「継続的なモニタリング」をすべて含む構成です。なお、厳密には Bigtable のクラスタは単一ゾーンに配置されるため、「マルチゾーンのクラスタ」は「複数ゾーンにクラスタを持つインスタンス」と読み替えて理解してください。

【誤りの選択肢】
A:複数のクラスタ(実質的には別々のインスタンス)にデータを手動でシャーディングし、フォールト トレランスをアプリ側で実装するのは、Bigtable が自動で提供するデータ分散とレプリケーション/自動フェイルオーバーをわざわざ自作することになります。運用負荷とバグのリスクが大きく、Google 推奨のやり方ではありません。
B:単一ゾーンのクラスタはそのゾーンに障害が起きるとサービス全体が停止するため、「レジリエンスが極めて重要」という要件を満たしません。アプリ コードを最適化しても可用性の問題は解決しません。
C:ノード数を増やすとスループット(処理能力)は向上しますが、データの耐久性や可用性は向上しません。Bigtable のデータは Colossus(分散ストレージ)に保存されており、耐久性はノード数とは無関係です。単一クラスタのままではゾーン障害時の可用性も確保できません。

【参考】
レプリケーションの概要 | Bigtable
アプリ プロファイルの概要 | Bigtable
Monitoring | Bigtable
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