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応用情報技術者 2015年 春期 午後04


キャンペーンサイトの構築に関する次の記述を読んで、設問1〜3に答えよ。

 L社は、清涼飲料の製造販売を手掛ける中堅企業である。夏の新商品を宣伝するために、新商品の紹介やプレゼントの応募受付を行うキャンペーンサイト(以下、本システムという)を構築することになった。   〔システム基盤の選定〕  本システムは、7〜9月の3か月間だけ公開する予定である。また、プレゼントの応募を受け付けることから、特定の日時に利用が集中すると見込まれる。これらの特性に対応できるシステム基盤として、仮想化技術を用いたM社の PaaS (Platform as a Service) を選定した。M社の PaaS が提供するサービスを表1に示す。
応用情報技術者試験(平成27年度 午後 問04 表01)
〔システム構成の検討〕  本システムには、次の二つの機能がある。  ・新商品紹介機能   動画や写真、解説文などを活用して新商品を紹介する機能。  ・プレゼント応募受付機能   新商品に貼り付けたプレゼント応募シールの裏に記載されたシリアル番号と応募者の情報を受付ける機能。
 まず、新商品紹介機能を実現するためのシステム構成について考える。この機能は、動画や写真などのコンテンツを Webブラウザへ配信する。そのために、コンテンツをストレージサービスに配置し、Webサーバを経由して Webブラウザへ配信する構成にする。  次に、プレゼント応募受付機能を実現するためのシステム構成について考える。この機能は、発行したシリアル番号の照合などを行い、受付けた情報を DBサーバに保存する。DBサーバのデータを用いた動的な HTML を配信するために、Webサーバ上 APサーバを利用する。また、利用者の増減に対応するために、ロードバランササービス及び自動スケールサービスも併せて利用する。応募者の情報を暗号化する処理は、DBサーバ上にストアドプロシージャとして配置することを検討したが、①本システムの特性を考慮した結果、②APサーバ上の処理として実装することにした。   〔PaaS 利用料金の試算〕  各機能における1トランザクション当たりのシステムリソース消費量を表2に、ピークとなる9月の時間帯ごとのトランザクション数の見込みを表3に示す。
応用情報技術者試験(平成27年度 午後 問04 表02)
応用情報技術者試験(平成27年度 午後 問04 表03)
 必要になるWebサーバの台数を時間帯ごとに試算する。  Webサーバに求められる 18:00〜22:00 の時間帯の 1 秒当たりの命令実行数は、二つの機能を合計すると a 百万である。Webサーバ 1 台の能力の 80% がトランザクション処理に使用できるとすると、Webサーバ 1 台について、トランザクション処理で使用できる 1 秒当たりの命令実行数は b 百万である。したがって、必要なWebサーバの台数は c 台である。  同様に、その他のサーバの台数も求めることができる。  続いて、各サービスの利用料金を試算する。  Webサーバ及び APサーバの料金は、求めた台数に利用時間と 1 時間当たりの料金を掛けることで算出できる。DBサーバは、それに加えてデータ保存量とデータ転送量に対する料金が必要になる。DBサーバの 9 月のデータ転送量は、1,000k バイト = 1M バイト、1,000M バイト = 1G バイト、1,000G バイト = 1T バイトとすると、d T バイトである。したがって、このデータ転送に掛かる料金は e 円となる。   〔システム運用開始後の問題と対策〕  予定どおりに本システムの運用が始まり、利用者が次第に増えてきた 7 月下旬、新商品紹介機能の応答が遅いというクレームが多く寄せられた。各サーバのアクセスログを解析したところ、ストレージサービスからWebサーバへのコンテンツの転送に想定以上の時間を要していることが判明した。そこで、システム構成を見直し、同じコンテンツが複数回利用される場合にはストレージサービスからの転送量を削減するように③コンテンツの配信方法を変更することで、問題を回避できた。

設問1〔システム構成の検討〕について、(1)、(2)に答えよ。

(1)本文中の下線①とはどのような特性か。25字以内で述べよ。

模範解答

特定の日時に利用が集中すると見込まれる特性

解説

解答の論理構成

  1. 本文の該当部分
    引用:「応募者の情報を暗号化する処理は、DBサーバ上にストアドプロシージャとして配置することを検討したが、①本システムの特性を考慮した結果、②APサーバ上の処理として実装することにした。」
  2. “本システムの特性”とは何か
    直前の段落で次の説明がある。
    引用:「本システムは、7〜9月の3か月間だけ公開する予定である。また、プレゼントの応募を受け付けることから、特定の日時に利用が集中すると見込まれる。」
  3. DBサービスは「スケールアウトやスケールアップはできない」と制約があるため、処理をDB側に置くと集中アクセス時にボトルネックになる。
  4. したがって、着目すべき特性は「特定の日時に利用が集中」する点である。
  5. 以上より、下線①の内容は「特定の日時に利用が集中すると見込まれる特性」となる。

誤りやすいポイント

  • 「3か月間だけ公開」という期間の短さを答えてしまう。処理配置の判断に直接影響するのは負荷集中の方です。
  • 「ピーク時には自動スケールサービスで台数増減」と読んでDB側も拡張可能と勘違いする。DBサービスは拡張不可と明記されています。
  • 「応募者情報を暗号化」というキーワードからセキュリティ面の特性を書きたくなるが、設問は負荷特性を問うています。

FAQ

Q: 期間限定公開の要件は無関係ですか?
A: 期間限定公開は基本的な要件ですが、暗号化処理の配置判断には負荷集中の方がクリティカルです。
Q: なぜDB側のストアドプロシージャを避けたのですか?
A: DBサービスは「スケールアウトやスケールアップはできない」と記載されており、高負荷が集中すると処理能力が足りなくなるためです。
Q: 自動スケールサービスはDBにも適用できますか?
A: いいえ。自動スケールサービスが適用されるのはWebサーバとAPサーバであり、DBサービスには適用できません。

関連キーワード: スケールアウト, 自動スケール, 負荷集中, ボトルネック

設問1〔システム構成の検討〕について、(1)、(2)に答えよ。

(2)本文中の下線②のように処理を実装することで、どのような効果が得られるか。25字以内で述べよ。

模範解答

利用者の増加に対応できる。

解説

解答の論理構成

  1. 【問題文】では、暗号化処理を「DBサーバ上にストアドプロシージャとして配置することを検討」したが、下線②で「APサーバ上の処理として実装」へ変更しています。
  2. 同じく【問題文】には、DBサービスについて「スケールアウトやスケールアップはできない。」と明記されています。したがって DB サーバは 1 台固定で性能を増やせません。
  3. 一方、AP サーバは「ロードバランササービス及び自動スケールサービスも併せて利用」する構成です。「自動スケールサービス」は「CPU負荷が80%を超えない範囲で最適な台数に増減させるサービス」であり、AP サーバ台数を動的に増やせます。
  4. 暗号化処理は CPU 負荷が高い典型的なバッチではなくオンライン系の計算です。これをスケールできない DB に置くと、利用者増加時にボトルネックになります。
  5. 逆に AP サーバへ移せば、負荷増大時に台数を自動で増やせるため処理能力を拡大できます。
  6. 以上より、下線②の実装方針により「利用者の増加に対応できる」という効果が得られます。

誤りやすいポイント

  • 「暗号化処理は DB の近くに置く方が高速」と短絡的に考え、スケーラビリティの制約を見落とす。
  • AP サーバも CPU 負荷が上がると性能低下する点を軽視し、ロードバランサと自動スケールの恩恵を結び付けられない。
  • 「スケールアウトできない DB」記述を読み飛ばし、DB 台数を増やせると誤解する。

FAQ

Q: 暗号化処理を AP サーバへ移すとネットワーク転送量は増えませんか?
A: 暗号化対象は応募者情報という小さなテキストで、転送量増加は無視できる範囲です。それよりスケーラビリティ改善が優先されます。
Q: DB の CPU 余裕がある場合でも AP サーバ実装が推奨されますか?
A: 今回の前提は「利用者数の急増が見込まれるキャンペーン」で将来的な負荷が読めません。拡張性を確保する観点で AP サーバ実装が妥当です。
Q: 自動スケールサービスはどの閾値で動作しますか?
A: 「CPU負荷が80%を超えない範囲で最適な台数に増減させる」と定義されています。

関連キーワード: スケールアウト, 自動スケール, 負荷分散, ボトルネック, ストアドプロシージャ

設問2

本文中のaeに入れる適切な数値を求めよ。

模範解答

a:84,000 b:8,000 c:11 d:3.24 e:4,000

解説

解答の論理構成

  1. 18:00〜22:00 時間帯の 1 秒当たり命令数
    • 新商品紹介機能 … 表2より “CPU:80 百万命令”
      • 800TPS ⇒ 百万命令
    • プレゼント応募受付機能 … 表2より “CPU:40 百万命令”
      • 500TPS ⇒ 百万命令
    • 合計は 百万命令
      a=84,000
  2. Web サーバ 1 台でトランザクションに使える能力
    • 表1より “10,000 MIPS 相当のCPU処理能力”
    • “CPU負荷が80%を超えない範囲” ⇒ 百万命令
      b=8,000
  3. 必要台数
    • 台 → 切り上げで 11 台
      c=11
  4. 9 月の DB 転送量
    • 18:00〜22:00:
    • それ以外:
    • 1 日合計: 件 → 30 日で
    • 1 件あたり 表2より “データ転送量:10k バイト”

      d=3.24
  5. 転送量料金
    • 表1より “データ転送量1Tバイト当たり1,000円”
    • 3.24T バイトは切り上げで 4T バイト扱い

      e=4,000

誤りやすいポイント

  • TPS を「時間あたり」で計算してしまい、秒換算を忘れる。
  • “CPU負荷が80%を超えない範囲”を「20%減」と誤認し 2,000 MIPS しか使えないと勘違い。
  • データ転送量の単位換算(k → M → G → T)で 1,024 倍を使ってしまう。問題文は “1,000k バイト = 1M バイト” と 10 進表記。
  • 切り上げ計算を見落とし、台数や料金を小さく見積もる。

FAQ

Q: Web サーバと AP サーバの能力が違う場合、台数計算はどう行いますか?
A: 問題文の “CPU:80 百万命令” など機能別負荷をまず合計し、各サーバ種の能力(表1)と “80%” の制限を適用したうえで切り上げます。
Q: “自動スケールサービス” が無料なのに台数を手計算する理由は?
A: 無料でも実際に起動したインスタンス分の “Webサービス” や “APサービス” 料金は発生します。したがってピーク時必要台数を求めて料金試算を行います。
Q: 単位切り上げはどのタイミングで適用しますか?
A: 問題文注記の “単位に満たないものは全て切り上げて料金を計算” に従い、T バイトや 1 時間など料金計算単位ごとに切り上げます。

関連キーワード: MIPS, スケールアウト, TPS, ストアドプロシージャ, データ転送量

設問3

本文中の下線③について、コンテンツの配信方法をどのように変更したのか。30字以内で述べよ。

模範解答

コンテンツをWebサーバでキャッシュして配信する。

解説

解答の論理構成

  1. 問題文は、応答遅延の原因を
    「“ストレージサービスから Webサーバへのコンテンツの転送に想定以上の時間を要している”」
    と特定しています。
  2. さらに「“同じコンテンツが複数回利用される場合にはストレージサービスからの転送量を削減するように③コンテンツの配信方法を変更”」とあります。
  3. 転送量削減の定番手段は、最初の取得後に Webサーバ側でコンテンツを保持(キャッシュ) し、後続リクエストに対してはストレージサービスを経由せず直接返す方式です。
  4. これにより (1) 同一コンテンツの再取得が不要、(2) 転送時間・回線負荷の両方を低減でき、クレームの原因を解消できます。
  5. 以上より、変更内容は「コンテンツをWebサーバでキャッシュして配信する」となります。

誤りやすいポイント

  • ストレージサービスを高性能化する/増設するなど“基盤側の性能アップ”と勘違いする。原因は転送回数であり帯域ではありません。
  • CDN導入など外部サービスを想定する。設問はあくまで既存構成内での配信方法変更を問うています。
  • キャッシュ先をブラウザや APサーバと誤解しがちですが、文脈上「Webサーバ」が正しい置き場所です。

FAQ

Q: キャッシュ対象は動画・画像も含まれますか?
A: はい。問題文の「動画や写真などのコンテンツ」をまとめて Webサーバ側に保持します。
Q: 期限があるキャンペーンサイトでもキャッシュを使って良いのですか?
A: 静的ファイルで更新頻度が低いためキャッシュとの相性が良く、キャンペーン期間中は有効です。
Q: キャッシュ制御はどのように行いますか?
A: Webサーバ設定で有効期限ヘッダやメモリ/ディスクキャッシュ領域を設定し、更新時のみストレージから再取得します。

関連キーワード: キャッシュ, コンテンツ配信, Webサーバ, 転送量削減, パフォーマンス改善
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