Webサーバー スケールアップ・ダウン戦略
Nginx / Apache — 接続数・CPU・メモリ設計

Webサーバーの役割と特性

Webサーバー（Nginx / Apache）の主な役割は、クライアントからの HTTP リクエストを受け付け、 静的ファイルの配信・APサーバーへのリバースプロキシ・SSL/TLS 終端などを担うことだ。

Webサーバーの処理は I/O バウンド が中心であり、CPU よりも 同時接続数の管理 と ネットワーク帯域 が先にボトルネックになることが多い。 この特性が、スケールアップの判断を他サーバーと異なるものにする。

ボトルネックになるリソース

スケールアップの内容と効果

① CPU コア数を増やす

Nginx の場合、worker_processes auto; と設定すると CPU コア数に合わせてワーカーが自動調整される。 コア数を増やすとワーカー数が増加し、並列処理数が向上する。 特に SSL/TLS 終端・gzip 圧縮を行う構成では CPU が律速になるため効果が高い。

worker_processes  auto;          # CPU コア数に自動設定

events {
    worker_connections  4096;    # 1ワーカーあたりの最大接続数
    use epoll;                   # Linux では epoll を明示
    multi_accept on;             # 一度に複数接続を受け入れる
}

# スケールアップ後は worker_rlimit_nofile も上げる
worker_rlimit_nofile  65536;     # ulimit -n に合わせる

② メモリを増やす（Apache prefork の場合）

Apache の prefork MPM は1リクエスト1プロセス方式のため、 同時接続数 × 1プロセスのメモリ使用量がそのまま必要メモリ量になる。

<IfModule mpm_prefork_module>
    StartServers          5
    MinSpareServers       5
    MaxSpareServers      10
    MaxRequestWorkers   300   # ← メモリ増強後に引き上げる
    MaxConnectionsPerChild 1000
</IfModule>

③ ネットワーク帯域を増やす（物理）

大容量ファイル配信（動画・パッケージ配布など）で帯域が上限に達した場合は、 NIC の増設・ボンディングまたは上位スイッチへの変更が有効だ。 クラウドでは ENA（Elastic Network Adapter）対応インスタンスへのアップグレードが相当する。

スケールダウンの考え方

Webサーバーは I/O バウンドなため、閑散期のリソース余剰が大きいことが多い。 夜間・週末に使用率が 10〜20% 程度になるなら、スケールダウンによるコスト削減の余地がある。

スケールアップ vs スケールアウト

Webサーバーはスケールアウト（台数追加）との相性が最も良いサーバー種の一つだ。 ステートレスな構造のため、ロードバランサー（ALB / NLB / HAProxy）を前段に置くだけで ほぼ無制限に水平拡張できる。

判断指標（監視メトリクス）

# アクティブ接続数（ESTABLISHED のみカウント）
ss -s | grep estab

# Nginx のアクティブ接続（stub_status が有効な場合）
curl http://localhost/nginx_status

# 直近1時間の 503 エラー数をアクセスログから集計
awk '$9==503' /var/log/nginx/access.log | wc -l

# ネットワーク帯域使用量（受信: rxkB/s, 送信: txkB/s）
sar -n DEV 1 10 | grep eth0

まとめ