PCの5大装置とWebサービス開発：メモリ管理の基礎知識

PCの5大装置とWebサービス開発：基礎知識と実践

はじめに

基本情報で学習するPC5台装置が、実務のWeb開発でどのように使われ、どのような考慮をしなければいならないのか考えてみました！

PCの5大装置とは

コンピュータは以下の5つの主要な装置で構成されています：

各装置の役割について説明します。

1. 入力装置

   • コンピュータにデータを入力するための装置
   • 代表的な例：キーボード、マウス、タッチパッド
   • その他：カメラ、マイクなども入力装置として機能

2. 出力装置

   • コンピュータの処理結果を表示する装置
   • 代表的な例：ディスプレイ、プリンター、スピーカー
   • ユーザーへの情報提示を担当

3. 記憶装置

   • データを保存する装置で、2種類に分類されます
   • 主記憶装置（メモリ）
     • 一時的な記憶領域として機能
     • 電源を切るとデータは消去される
     • 高速なアクセスが可能
     • 例：RAM（Random Access Memory）
   • 補助記憶装置（ストレージ）
     • 永続的な記憶領域として機能
     • 電源を切ってもデータは保持される
     • メモリよりアクセス速度は遅いが、大容量の保存が可能
     • 例：HDD、SSD

4. 演算装置（CPU）

   • コンピュータの中核となる処理装置
   • 計算や処理を担当
   • 例：Intel Core i7、AMD Ryzen
   • 性能が高いほど処理速度が向上

5. 制御装置（CPUの一部）

   • 各装置の連携を管理する制御装置
   • CPUに内蔵されている
   • システム全体の動作を調整

Webサービスでの各装置の役割

Webサービスにおける各装置の役割について説明します。

1. サーバー側

   • 演算装置（CPU）
     • PHPプログラムの実行
     • データベースの処理
     • 複数ユーザーのリクエスト処理
   • 主記憶装置（メモリ）
     • 実行中のプログラムやデータの一時保存
     • システムの作業領域として機能
   • 補助記憶装置（ストレージ）
     • データベースの永続的な保存
     • ログファイルの保存
     • システムの記憶領域として機能

2. クライアント側（ブラウザ）

   • 入力装置
     • キーボード、マウスによる操作
   • 出力装置
     • ディスプレイへのWebページ表示
   • 主記憶装置
     • ブラウザのメモリ
     • JavaScriptの実行
   • 演算装置
     • JavaScriptの処理
     • ページのレンダリング

メモリ使用量の計算と具体例

Webサービス開発では、メモリ使用量の計算が重要です。

1. 1リクエストあたりのメモリ使用量

   • 基本的な使用量
     • PHPプログラムの実行：5-10MB
     • データベースクエリの結果：2-5MB
     • セッション情報：1-2MB
     • その他の処理：2-3MB
   • 合計：10-20MB/リクエスト

2. メモリ使用量の計算

   • 単純な計算
     • 例：100ユーザー × 20MB = 2GB
   • 実際の計算（最適化を考慮）
     • メモリの共有
       • 同じコードやライブラリは複数のプロセスで共有
       • 例：Laravelのフレームワークコードは1回だけメモリに読み込まれる。2回目は共有メモリとして管理される。
     • キャッシュの効果
       • データベースの結果をキャッシュ
       • セッション情報の共有
       • 静的ファイルのキャッシュ
     • ガベージコレクション
       • 使用していないメモリは自動的に解放
       • メモリの再利用が行われる
     • 実際の使用量
       • 理論値：100ユーザー × 20MB = 2GB
       • 実際の使用量：約1-1.5GB程度
       • キャッシュと共有により30-50%程度の削減

3. 具体的な使用例

   • 一般的なWebアプリケーション
     • 1リクエストあたりのメモリ使用量：10-20MB
     • 同時接続ユーザー：100-200人
     • 必要なメモリ：約2-4GB
     • 実際の使用量：約1-2GB（最適化後）

サーバースペックの選定

メモリ使用量の計算に基づいて、適切なサーバースペックを選定します。

1. メモリ容量の決定

   • 予測される最大メモリ使用量の1.5〜2倍程度を確保
   • 例：ピーク時2GB使用の場合、4GBのメモリを用意
   • 余裕を持たせることで、急な負荷増加にも対応可能

2. 推奨サーバースペック

   • メモリ：8GB（余裕を持って）
   • CPU：2-4コア
   • ストレージ：50GB SSD
   • 例：AWS t3.medium、GCP e2-standard-2

3. スケーリングの考慮

   • 垂直スケーリング（サーバーの性能向上）
     • メモリ容量の増設
     • CPUの性能向上
   • 水平スケーリング（サーバー台数の増加）
     • ロードバランサーの導入
     • 複数サーバーでの分散処理

4. 注意点

   • 上記は一般的な目安であり、実際の使用量はアプリケーションの特性により変動
   • キャッシュの効果により、実際のメモリ使用量は減少する可能性あり
   • 定期的な監視と調整が必要
   • スケーリングの容易さも考慮した選定が重要