LinuCシステムアーキテクト

LinuC-SA

SA01試験出題範囲

LinuCシステムアーキテクトに認定されるためにはこの試験とSA02試験の受験が必須です。オンプレミス/クラウド、リアル/仮想化を含む LinuxなどのOSSを活用したシステムのライフサイクル全体を俯瞰して、最適なアーキテクチャを設計・構築するために必要なスキルをカバーしています。

出題範囲のそれぞれの項目には、重要度として重み付けがなされています。重要度は、それぞれのトピックスの相対的な重要性を示しています。重要度が高いトピックスほど、試験において多くの問題が出題されます。

SA.01：システムアーキテクチャ

SA.01.1 アーキテクチャの設計原則と主要パターン
重要度	4
概要	複数ノード間の業務機能の分割、制御、連携集約の方式に着目してアーキテクチャパターンを比較できる。主要なアーキテクチャパターンの特徴や制約、適するユースケースを網羅的に理解し、アーキテクチャ設計時の判断材料にできる。
詳細	アーキテクチャの設計原則となる観点を理解し比較できる。システムの配置: 集約型、分散型システムの分割方法: layer 構造、tier 構造サブシステム間・コンポーネント間の機能制御・連携集約の方式業務とデータの関係、ノード間のデータ共有/非共有の方式サブシステム呼び出しやデータ共有のタイミング: 同期、非同期サブシステム間・コンポーネント間の機能制御・連携集約に関する具体的なアーキテクチャパターンについて、その特徴、主従関係、適するユースケースなどを理解している。パイプライン (パイプ/フィルター) コーディネーション、オーケストレーションイベント駆動、コレオグラフィメディエーター、ブローカーによる仲介: メッセージングキュー、Pub/Sub パターンサブシステム間のデータ連携や整合に関する具体的なアーキクチャパターンについて、その特徴や設計上の重要な観点、適するユースケースなどを理解している。分散トランザクションとエラーハンドリングのパターン: TCC、Saga レプリケーション (非同期データ複製)

SA.01.2 柔軟性を高めるアーキテクチャパターン
重要度	5
概要	システムの複雑化を避け、要素ごとの独立した変更や拡張がしやすく柔軟性の高いシステムを実現するアーキテクチャパターンや通信プロトコル、設計技術を理解している。
詳細	マイクロサービスアーキテクチャを用いた際のメリット・デメリットを理解し、具体的な設計シーンで導入可否判断ができる。サービス毎に独立した技術選択、スケーリング、デプロイマイクロサービスで良く用いられるサービス間通信の基本構成を理解している。同期通信: REST (OpenAPI)、GraphQL、gRPC/Protocol Buffer 非同期通信、キュー、ストリーム、トピックアプリケーション実装からシステム制御機能を分離する設計パターンを理解している。また、分離される主な機能とその効果を理解している。サービスプロキシ、サイドカーパターンコントロールプレーンとデータプレーンの分離サービスメッシュ API ゲートウェイ分離される主な機能: トラフィック制御、通信障害の回復、認証、トレーシングイベント駆動とリソース動的確保を組み合わせたデザインパターンを理解している。 FaaS (Serverless)

SA.02：ネットワークとストレージの選定

SA.02.1 拠点内のネットワーキング
重要度	3
概要	拠点内のネットワーク設計に必要な基本技術を理解している。仮想マシンやコンテナを用いる際に使われるネットワーク技術を理解し、目的に応じて構成を選定できる。
詳細	ネットワークを論理的に分割・接続するための技術の概要を理解している。 VLAN トンネリング、カプセリング L2 over L3 オーバーレイネットワーク: VXLAN など仮想マシンやコンテナのネットワークを構築する際の Linux ホストの動作を理解している。仮想ブリッジの作成 TAP/TUN デバイス、仮想 NIC、veth の作成 NAT (NAPT) や DHCP 機能の提供仮想マシンやコンテナで使われる主要なネットワーク設定の違いを理解している。 libvirt デフォルト仮想ブリッジ (virbr0) Docker Bridge ドライバ (docker0)、Host ドライバホストをまたがるコンテナ間通信のための主要な実装について、動作原理の違いに基づいて比較できる。 Docker overlay ネットワークドライバ flannel、Calico

SA.02.2 拠点間のネットワーキング
重要度	3
概要	複数拠点を統合するシステムを設計・運用する際に特に課題となる要素を理解している。
詳細	ネットワークの接続や暗号化に関する基本的な手法を理解している。 PPPoE、IPoE VPN、IPsec、L2TP クラウド資源をオンプレミスの延長として使えるように接続環境を構築する。 VPN ゲートウェイを用いたインターネット VPN による拠点間接続クラウドのプライベート接続サービスを用いた専用線による拠点間接続通信帯域、ポート制限、名前解決などに関する問題解決地理的に広範なシステムの効率化に関わる技術の目的を理解している。 SD-WAN エッジコンピューティング

SA.02.3 ストレージとアクセスプロトコル
重要度	2
概要	用途に合わせてストレージの提供形態やアクセスプロトコルを選択できる。また、導入する際の主要な設定の方法や注意点を理解している。
詳細	各々のストレージ提供形態の特徴・制約条件を理解し、用途に応じて使い分ける。ブロックストレージファイルストレージオブジェクトストレージ主要なデータ共有プロトコルについて、ネットワークやセキュリティに関する機能・制約条件に基づいて比較・選定する。 SMB: 暗号化機能など NFS WebDAV HTTPS + REST API のファイル転送: presigned URLなど

SA.02.4 集中型および分散型ストレージ
重要度	4
概要	ファイルシステムの種類や論理ボリュームの仕組みを理解している。同時アクセス要件やその他非機能要件に基づいて、Linux・OSS ベースの集中型ストレージや分散ストレージ環境を選定できる。
詳細	EXT4、XFS、Btrfs について、データ構造、性能、耐障害性、操作性などの点で比較できる。 B-Tree、ジャーナリング重複排除、Copy on Write、スナップショット論理ボリュームの割り当てについて、その仕組みや動作速度・障害復旧手順などに基づき比較できる。事前割り当て (シックプロビジョニング)、動的割り当て (シンプロビジョニング) SAN によるブロックストレージを設計する。接続方式の選択: Fibre Channel、iSCSI (ターゲット、イニシエーター) ボリュームレベルの排他制御: LUN マスキング、ゾーニング cLVM によって多ノードから利用できる仮想化ストレージを設計する。物理ボリューム、ボリュームグループ、論理ボリュームの管理ボリュームレベルの排他制御スナップショットの領域確保、作成、管理分散ストレージ・分散データベースの理論的な動作原理を理解している。整合性 (強い整合性、結果整合性)、可用性、分断耐性、これらのトレードオフ読み書きアルゴリズム: Read One Write All、Primary Copy ROWA、Read Repair Ceph の分散ストレージとしての特徴と基本的な構成方法を理解している。 RADOS Gateway、RADOS Block Device、Ceph FS モニタ/メタデータ/OSD 各サーバーの役割と所在

SA.03：可用性の設計

SA.03.1 フェイルオーバークラスタ
重要度	3
概要	フェイルオーバークラスタによって単一障害点を解消する設計について、解決すべき課題や設計上の注意点、主要な実装を理解している。
詳細	フェイルオーバークラスタの目的と基本構成、及び動作原理を理解している。アクティブ・スタンバイ、リソース制御、ハートビートスプリットブレインについて理解している。またこれを解消する方法を理解している。インターコネクト分断フェンシング Quorum に基づくリーダー選出主要な冗長構成、及びフェイルオーバーを実現する具体的な実装の概要や設計上の注意点を理解している。 VIP と VRRP による冗長構成: keepalived Pacemaker/Corosync によるプロセス監視、リソース制御: リソースエージェント、STONITH、IPMI 分散ストレージにおけるフェイルオーバーと復旧個々のプロトコル・サービスに合わせた冗長設計: DHCP など

SA.03.2 負荷分散と障害の局所化
重要度	4
概要	ロードバランサやメッセージングキューを用いた負荷の分散について、動作方式や制約に基づいて比較できる。偶発的な障害や部分的な障害をシステム全体に伝播させないための手法を理解している。
詳細	ロードバランサの主要な種類と、それぞれの基本的な設定を理解している。 L4 ロードバランサ、及びそのパケット転送方式: NAT、Direct Server Return (Direct Routing)、Tunneling、Local Node L7 ロードバランサ、及びその振り分け規準: URI、リクエストパラメータ、HTTPヘッダ接続スケジューリング: ラウンドロビン、最小接続、最小通信量バックエンドのヘルスチェック具体的な OSS を用いて負荷分散クラスタの割り当て、スケジューリング、ヘルスチェックを行う。 IPVS (LVS) HAProxy DNS ベースの負荷分散 (広域負荷分散) を用いて拠点間の冗長化を設計する。ルーティングポリシー: 重み付きラウンドロビン、最小接続、ジオロケーション、近接アルゴリズム監視ツールと組み合わせによるルーティングの動的設定メッセージングキューを介した非同期処理によって負荷分散や偶発的なエラーへの対策を行う。伝達方法: pull 方式、push 方式 QoS: At-least-once、Exactly-once、At-most-once エラー検知とリトライ: ack、指数バックオフとジッターを用いたリトライ、デッドレターキュー部分的な障害をシステム全体に伝播させないための設計パターンを理解し比較できる。タイムアウト、スロットリング、サーキットブレーカー

SA.03.3 データレプリケーションと災害対策
重要度	3
概要	データレプリケーションによる冗長性確保の仕組みを理解している。障害や災害時に迅速にサービスを復旧するために、復旧目標に応じて遠隔地へのデータコピーやサブサイトの構成・切替方法を選択できる。
詳細	ブロックレベルレプリケーションについて理解し、DRBD を用いてデータを冗長化する。同期/メモリ同期/非同期レプリケーションマルチノードレプリケーションフェイルオーバーの設計主要なミドルウェアのレプリケーション機能を知っている。 PostgreSQL: ストリーミングレプリケーション、ロジカルレプリケーションバックアップを効率的に取得・管理するための設計を行う。スナップショットを用いた静止点の確保遠隔地サブサイトの構成と切替方法について、RPO、RTO や実装上の制約、コストを含むトレードオフに基づいて比較できる。データの扱い: バックアップ & リストア、レプリケーション待機方法: 停止、縮退運転での待機、完全待機切替方法: 手動切り替え、クラスタリングによるフェイルオーバー

SA.04：性能・拡張性の設計

SA.04.1 性能見積もりと評価
重要度	2
概要	機能特性や想定アクセスを加味して適切な性能見積もりとリソース選定ができる。プロトタイプなどを用いて初期設計の性能を評価・測定でき、性能未達時のボトルネックを調査できる。
詳細	性能に関わる要件を整理する。業務特性: ユーザー数、負荷ピーク傾向、サービス提供時間、総データ量、データの増分傾向など性能要件: アクセス数/秒、同時接続数、許容レスポンスタイム、I/O 速度 (IOPS、スループット、レイテンシ) など制約条件: 排他制御の必要性、ロックの粒度などアプリケーションの特性: マルチコア活用、キャッシュ特性など性能の見積もりとサイジングを行う。業務機能ごとのリソース使用率の分析性能要件 (許容レスポンスタイムなど) のコンポーネントへの割り振り検討リソースの (仮) 選定: CPU、メモリ、ディスク、ネットワーク評価方法について理解している。実機テスト (PoC) ベンチマークとの比較プロトタイプのシステムが意図通りの性能を発揮するかを測定・分析する。各種リソースやカーネルの状態を調べるユーティリティ・コマンドの出力の解釈各コンポーネントの性能指標とシステム全体の性能指標の関係分析性能未達時のボトルネックとその原因を絞り込む。デフォルトの設定値、利用目的別推奨値、最適値タスクを実行するツールのバージョン選択上限: セッション数、ファイル・ディスクリプタ、ソケット・ポート関連

SA.04.2 性能の改善
重要度	3
概要	業務特性に合わせて、処理や通信の方式を選定したり機能優先度やパラメータを調整したりすることで、性能のボトルネックを改善できる。
詳細	性能設計の視点で各種アルゴリズム・プロトコルの特徴や制約を比較できる。 HTTP/3、QUIC 機能ごとの優先度調整を行う。新規プロセスと既存プロセスのプロセス優先度の変更チューニングされたプロファイルを選択して設定 cgroup によるシステムリソースの使用量の調整ノード内の CPU、メモリ、ディスク、ネットワーク性能の改善を行う。カーネル: shmmax の調整メモリ: 代替ページサイズ調整ディスク・ファイルシステム: I/O スケジューリングアルゴリズム選択、フィーチャ・オプションの選択、ブロックサイズ調整ネットワーク: バッファサイズの計算・設定ノード間のチューニングを行う。ネットワークホップ数の改善ボンディング (リンクアグリゲーション) リソース枯渇にたどり着きにくくするための設定を行う。ファイル・ディスクリプタ数の適正化ネットワークのソケット、ポート、キュー数の適正化セッション数の適正化: Connection pooling

SA.04.3 性能の拡張
重要度	4
概要	アプリケーション層やデータベース層についての主要なスループット改善手法とその適用条件を理解している。ノードの追加や機能の分割により性能要求に合わせてシステムをバランスよく拡張する設計を導入できる。
詳細	リードアクセスの外部化により負荷軽減とレスポンスタイム向上を図る。 CDN キャッシュ、インメモリデータベース: redis、memcached ステートレスな設計を導入しアプリケーションサーバーを分散する。データの外部化セッション情報の外部化ログの外部化ロードバランサやメッセージングキューを用いてスケールアウト構成を設計する。要件に合わせてデータベースを複数ノードに分散しスループットを改善する。垂直シャーディング水平シャーディングリードレプリカの導入分散処理中のロックに関するボトルネックを回避する。共有資源の制限ロックの分散や期間短縮

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