令和4年度 春期 応用情報技術者試験 午後 問4 名刺管理サービスのクラウド移行におけるサービス選定とコスト性能評価

【正解】 スケールアウト

表2「クラウドサービスの一覧」におけるPaaSの特徴として、「トランザクションの急激な増加に応じて、a できる。」と記載されています。
クラウド環境において、トランザクションや負荷の増加に合わせてサーバの台数を増やすことでシステム全体の処理能力を向上させる手法を スケールアウト と呼びます。PaaSは事前の設定により、負荷に応じて自動的にスケールアウト（およびスケールイン）を行う機能を提供しています。

高得点のポイント

• 知識・理解度（内容）: サーバリソースの拡張方式である「スケールアウト」という用語を正しく理解していること。
• 論理性（構造）: 文脈に沿って適切な用語を選択できていること。

【正解】 関数

表2におけるFaaS（Function as a Service）の特徴として、「実行したい処理の部分だけをプログラム中で b として実装すればよい」と記載されています。
PaaSではリクエストの受信から結果のレスポンス出力までアプリケーション全体を開発して配置する必要がありますが、FaaSでは特定のイベントをトリガーとして実行される単一の 関数（Function）として処理を実装します。これにより、インフラやサーバの管理を意識せずにコードの実行のみに集中できます。

高得点のポイント

• 知識・理解度（内容）: FaaSの名称の由来でもあり、実装の基本単位である「関数」という用語を正しく理解していること。
• 論理性（構造）: 文脈に沿って適切な用語を選択できていること。

【正解】 キャッシュ

表2におけるCDN（Content Delivery Network）の特徴に、「ストレージからの静的コンテンツは，一度読み込むと，更新されるまで c して再利用される。」と記載されています。
CDNは、オリジンサーバ（この場合はストレージ）にあるコンテンツを自身の配信サーバ内に一時的に保存しておき、次回以降のアクセス時にはその保存したデータを返すことで応答速度の向上とサーバ負荷の軽減を図ります。この一時的に保存する仕組みやデータを キャッシュ と呼びます。

高得点のポイント

• 知識・理解度（内容）: CDNにおいてコンテンツを一時保存・再利用する仕組みである「キャッシュ」という用語を正しく理解していること。
• 論理性（構造）: 文脈に沿って適切な用語を選択できていること。

【正解】 PaaSやFaaSでは，OSやミドルウェアのメンテナンスが不要だから

〔システム構成の検討〕において運用コストを抑える理由を問われています。表2「クラウドサービスの一覧」に記載されている各サービスの特徴を比較します。

• IaaS: 「OSやミドルウェアのメンテナンスをサービス利用者側が実施する必要がある。」
• PaaS: 「OS，ミドルウェア，プログラム言語，開発フレームワークはクラウドサービス側が提供する。」
• FaaS: 「PaaS 同様，アプリケーション実行環境をサービスとして提供する。」

IaaSでは利用者がOSやミドルウェアの管理・更新等のメンテナンスを行う必要があり、その分の運用コストがかかります。一方でPaaSやFaaSを利用する場合は、それらの実行環境をクラウド事業者が提供・管理するため、利用者側でのメンテナンス作業が不要となります。これが運用コストを抑えられる理由です。

高得点のポイント

• 知識・理解度（内容）: IaaSとPaaS/FaaSの違いとして、OSやミドルウェアの提供者・管理責任の範囲の違いを正確に理解できていること。
• 論理性（構造）: コスト削減の理由として、メンテナンスの手間（作業）が不要になるという因果関係を論理的に記述できていること。

【正解】 CDN

〔システム構成の検討〕の本文には、「ストレージに保存されたスクリプトファイルが d と FW を介して Web ブラウザへ配信され」と記載されています。
この記述を図1「システム構成案」と照らし合わせます。Webブラウザ（インターネット側）から内部への接続経路上において、インターネットと直接つながっており、かつストレージ上のコンテンツを配信する役割を持つ機器やサービスを探します。
図1を見ると、インターネットから内部へは FW と CDN が配置されており、CDNはストレージとも接続されています。また、表2におけるCDNの特徴にも「ストレージからの静的コンテンツは...再利用される」とあり、役割が一致します。
したがって、d に当てはまるサービスは「CDN」です。

【正解】 バッチ実行時間が上限の10分を超えてしまう問題

〔システム構成の検討〕において、下線②「PaaSやFaaSを利用することには問題があること」の直前に「バッチ処理については，登録データ量が増加した場合」という条件が提示されています。
表2「クラウドサービスの一覧」でPaaSおよびFaaSの「制約」欄を確認すると、どちらも 「1トランザクションの最大実行時間は 10分」 と定められています。
バッチ処理は一般に処理時間が長くなる傾向があり、データ量が増加すると処理時間が10分を超過してしまう可能性が高くなります。10分を超えると制約により処理が強制終了されてしまうため、正常にバッチ処理を完了できないという問題が発生します。したがって、実行時間に制限のないIaaSを選択することになります。

高得点のポイント

• 知識・理解度（内容）: PaaSおよびFaaSの制約である「最大実行時間（10分）」の制限を正確に把握していること。
• 論理性（構造）: データ量増加に伴い、処理時間が制約の上限を超えてしまうという問題のメカニズムを論理的に記述できていること。

【正解】 8

PaaSを利用して名刺参照処理を行う場合に必要な最小台数を算出します。

1. 通常時の業務量の確認
   表1「性能・拡張性の要件」より、オンライン処理における通常時の業務量は、名刺参照処理が 4,000 件／時間 です。

2. 1台当たりの処理能力の確認
   表3「クラウドサービス利用料金の試算に必要な情報」より、PaaS 1台当たりの処理能力は、名刺参照処理が 500 件／台（1時間当たり）です。

3. 最小必要台数の計算
   必要な最小台数は、全体の業務量を1台当たりの処理能力で割ることで求められます。
   $$4000 \text{ 件/時間} \div 500 \text{ 件/台} = 8 \text{ 台}$$

したがって、空欄 e に入る数値は 8 となります。

【正解】 2,600

PaaSを利用した場合の、通常時の業務量における1時間当たりの費用を試算します。

1. 必要なPaaSの総台数の算出
   〔PaaSとFaaSとのクラウドサービス利用料金の比較〕の本文より、最小必要台数は以下の通りです。

   • 名刺登録処理: 5 台
   • 名刺参照処理: 8 台（設問 e で求めた値）
     したがって、必要な総台数は $5 + 8 = 13 \text{ 台}$ となります。

2. 1時間当たりの費用の計算
   表2「クラウドサービスの一覧」より、PaaSの料金は 1台当たり 200円／時間 です。
   よって、1時間当たりの費用は総台数に単価を掛けて求めます。
   $$13 \text{ 台} \times 200 \text{ 円/時間} = 2600 \text{ 円}$$

したがって、空欄 f に入る数値は 2,600 となります。

【正解】 1,800

FaaSを利用した場合の、通常時の業務量における1時間当たりの費用を試算します。
表2より、FaaSの料金は「リクエスト数に基づく料金」と「CPU使用時間に基づく料金」の合計額です。

1. リクエスト数に基づく料金
   表1より、オンライン処理の1時間当たりのリクエスト数は、名刺登録処理が 1,000件、名刺参照処理が 4,000件であり、合計 5,000件 です。
   表2の制約に「1時間当たり 10万リクエストまで 0円」とあるため、5,000リクエストの場合は 0円 となります。

2. CPU使用時間に基づく料金
   表3より、1件あたりのCPU使用時間を用いて1時間当たりの総CPU使用時間を計算します。

   • 名刺登録処理: $1000 \text{ 件} \times 50 \text{ ミリ秒/件} = 50000 \text{ ミリ秒}$
   • 名刺参照処理: $4000 \text{ 件} \times 10 \text{ ミリ秒/件} = 40000 \text{ ミリ秒}$
     総CPU使用時間は $50000 + 40000 = 90000 \text{ ミリ秒}$ です。
     表2より、料金は「CPU使用時間 1ミリ秒ごとに 0.02円」であるため、以下のように計算します。
     $$90000 \text{ ミリ秒} \times 0.02 \text{ 円/ミリ秒} = 1800 \text{ 円}$$

これらの合計費用は $0 + 1800 = 1800$ 円となります。したがって、空欄 g に入る数値は 1,800 です。

【正解】 FaaS

〔オンラインレスポンスの課題と対策〕において、「早朝や深夜にシステムを利用した際、はじめの画面は表示されるが名刺登録や名刺参照を実行すると、データが表示されるまでに10秒以上の時間を要することがある」という課題が報告されています。
この事象の原因として該当する制約を、表2「クラウドサービスの一覧」から探します。
FaaSの「制約」欄には、「20分間一度も実行されない場合，応答が 10秒以上掛かる場合がある。」 と明記されています。
早朝や深夜はシステムが利用される頻度が低下し、トランザクションが20分以上発生しない状態になりやすいため、この制約に引っかかり応答に時間がかかっています。したがって、原因となったサービスは FaaS です。

解説

設問4(1)で確認した通り、課題の原因はFaaSの制約である「20分間一度も実行されない場合，応答が10秒以上掛かる場合がある」ことです。
クラウドサービスを変更せずにこの課題を回避するためには、FaaS上のアプリケーションが20分間一度も実行されない状態を確実に防ぐ必要があります。
「20分間一度も実行されない場合」に遅延が発生するため、「20分以内」や「20分ごと」ではちょうど20分が経過して制約に抵触する恐れがあり、間隔は「20分未満」でなければなりません。
したがって、利用者からのリクエストがない時間帯であっても、20分未満の間隔でFaaS上のアプリケーションを定期的に呼び出す仕組みを導入することが適切な回避策となります。

高得点のポイント

• 制約条件を確実に回避するため、実行間隔を「20分以内」ではなく「20分未満」と正確に記述すること。
• アプリケーションを定期的に呼び出す（実行する）という具体的な行動を明記すること。