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2003年3月号掲載 よしだともこのルート訪問記
第77回 利用者3万人、信頼性と高速性を追求したシステムの実現
〜京都大学 学術情報メディアセンター（1）〜
今回は、京都大学 学術情報メディアセンターの丸山 伸（まるやま しん）さんを訪ね、このセンターが全学に対して提供している教育用計算機システムについてお伺いしました。新システムは、2002年2月から5年間の予定で稼働しており、今回の取材では、旧システム時代の問題点を解決すべく設計された新システムの設計ポリシーや運用に関する話を中心にお聞きしました。
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丸山 伸（まるやま しん）さん 1998年4月から京都大学の教育用計算機システムにかかわり、現在、京都大学学術情報メディアセンター助手。 |
■大規模な教育用計算機システムの実現
よしだ（以下、Y）：こんにちは。今回は取材に応じていただき、ありがとうございます。丸山さんのお顔を見るたびに注1「そのうち、取材させてください」といい続けたかいがありましたよ。今回は、学術情報メディアセンター注2（以下、メディアセンター）全体の取材ではなく、ここで提供している教育用計算機システムについて、とくに、旧システム注3から新システムへのリプレイスに関する話を中心にお聞きしたいと思います。以前の総合情報メディアセンターによって、旧システムがスタートしたのと、丸山さんがここに着任されたのは同時期でしたよね。丸山さん（以下、M）：はい。旧システムは1998年2月に試験運用を開始し、同年の4月から本運用に入っていました。ちょうどそのころ、私は修士2年、博士3年の合計5年間という院生生活を終えた時期でした。大学院での専門は地震学だったのですが、院生時代にずっとUNIXにのめり込んだことから、その方面での仕事を探していたところ、偶然の縁があって1998年の4月からここに赴任することになりました。
Y：1990年代というのは、ちょうどUNIXが面白くなっていった時代と重なりますよね。
M：第2期に当たると思うんですよ。実際にUNIXを作った第1期の人たちのあとを追いかけた時代です。昔の人はどんなことを考えてUNIXを作ったんだろうということが、まだ追いかけられた時代ですね。他社の雑誌ですが、図書館でユニマガ（UNIX Magazine）を創刊号（1986年1月号）から全部読むことが可能だったころです。そのような院生時代を過ごしたあと、この運用管理室にやってきて痛感したのは、「このような教育用計算機システムを運用するためには、UNIXの知識だけではやっていけない」ということでした。
具体的には、
- UNIXだけではなくWindows NTの知識注4
- ソフトウェアの知識だけではなく、ハードウェアの知識やネットワークの知識
- コンピュータの管理だけではなく、業者・学内の教職員・学生 といったさまざまな人との応対・調整
また、現在は、学生の側にコスト意識のない状態でのシステム運用なので、コストの絡む話ではバランスをどう教えるかが重要です。もしも学生からお金をとっていたなら、その範囲内で運用しますといいやすいのですが……。たとえば、ディスク容量やプリンタ出力枚数の制限に、学生から不満の声がでるのですが、学生からお金を集めずに運用できる範囲はここまでだということをちゃんと理解してもらわなければいけません。
Y：現在の運用管理室の技術スタッフは何名ですか？
M：助手が私を含めて2名、技官3名、そして約10名の学生バイトが授業の空き時間に手伝ってくれています。
Y：ところで、教育用計算機システムの規模は？
M：リスト1のようになっています。学生が印刷できるプリンタ出力枚数は、年間1000ページという制限をかけています。また、旧システムの運用で、障害が一番多く発生したのがプリンタでした。そのため、新システムでは、ユーザーの印刷枚数が制限できる注6プリンタ、酷使に耐えうるプリンタを導入注7しました。
リスト1 教育用計算機システムの規模
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■旧システムから新システムへの歴史的な流れ
Y：新システムがスタートするまでの流れを教えてください。M：表1に、主な出来事とその時期に発生した主なトラブルを年表で示しましたので、そちらを参照してください。
1999年4月にNISサーバーがクラッシュするという大トラブルに巻き込まれました。これはデータベースの設計上の問題に起因しており、復旧までに1週間近くを要するという大変な障害でした。
また、旧システムの導入当時はWindows NTに関する知識が乏しかったからか、Windows NTはデフォルトの状態のまま、とくに何も制限をしていませんでした。その結果、多くの端末がユーザーの利用とともに起動しなくなりました。この状況を改善するため、1999年8月に全端末の再インストールを実施したのですが、これは次のような特徴がありました。
- Windowsが動作しているファイルシステム内のアクセス権限を見直し、利用者権限での作業によってシステムが停止しないようにした。
- 再インストール作業の省力化に努めた。具体的には、DiskImageという製品を利用して、HDDのディスクイメージをCD-Rに焼き付け、それを各端末においてHDDに転送するという手法を採用した。これにより、800台の再インストールを10人がかりで1日で完了した。
- これを機にネットワーク越しにシステムの稼働状況を遠隔監視したり、遠隔から設定変更を行ったりする仕掛けを独自に作成した。
- その後、2000年夏ごろから、新システムの調査・設計を開始し、2001年10月より、新システム用の機材が順次搬入されはじめました。同12月より更新がスタートし、2002年2月1日に完全に稼働をはじめました。
Y：この年表を見て、1998年4月以来、丸山さんがいつも忙しそうにされていた理由が分かりました。
表1 京大の教育用計算機システムの年表
| 時期 | 出来事 |
| 1998年2月 | クライアントにWindows NTとUNIXを使った旧システム開始 |
| 1998年4月 | 丸山さんがメディアセンターに着任 |
| 1998年4月からの半年間 | ATMを利用していたネットワークのトラブルが多発 |
| 1998年11月 | Windows NTがソフトウェア的に壊れるケースが多発 |
| 1999年4月 | NISサーバーがクラッシュするトラブル発生 |
| 1999年8月 | Windows NT全端末の再インストール作業を実施 |
| 2000年夏ごろ | 新システムの調査・設計開始 |
| 2000年9月 | メディアセンター新棟、OSL完成 |
| 2000年冬 | 新システムの仕様書を作成 |
| 2001年春 | 新システムの入札 |
| 2001年夏 | 新システムの開札 |
| 2002年2月1日 | 新システムがスタート（5年間使う予定） |
■新システムの3つの柱
Y：新システムについて、詳しく教えてください。M：新システムを設計するにあたっての柱は、ネットワーク、語学、ファイルサーバーでした。これらを1つずつ順番に説明しましょう。
●ネットワークについて
M：ネットワークについては、止まらないことを大前提に、長持ちすることと、設計の変更が容易なことを第一に考えて作りました。ネットワークが止まっては、何1つ動かないわけですし、端末のほうはどうしても徐々に遅く古く感じるようになってくるでしょう。近い将来、学生が個人のノートPCを持ち歩くようになったときに、情報コンセントが十分に用意してあれば、新システムの延命措置を図ることもできます。新システムでは、学内に敷設済みのファイバ網を利用して、教育システム用に独自のネットワーク網を構築しました（図1）。具体的には、メディアセンター計算機室と各サテライトとを1000BASE-LXで直結する主回線と、学内ネットワーク網にVLANを作成する形でメディアセンター計算機室と各サテライトを結ぶバックアップ回線とを作成しました。
普通なら、各サテライトとメディアセンター計算機室との接続では学内ネットワーク網を通してその間をVPNにするといった考え方をすると思いますが、学内ネットワーク網がちょうど切り替えの時期だったことと、各サテライトとメディアセンター計算機室間のネットワークは一種独特ですので注8、安定してシステムを動かすためには独自のものを用意する必要があると判断しました。
また、教育システムのネットワークとKUINSとの接続点にはファイヤウォールがあり、現在はほとんどすべてのコネクションを認めない設定となっています。利用者端末はすべて学内プライベートIPアドレスを利用しているので、学外への直接接続はできません。学外との直接接続が必要なときは、PPTPサービスやSSHポート転送サービスを利用します。
●語学について
M：また、語学教育の分野においては、コンピュータ支援の双方向の語学教育システムCALL注9の提供にも力を入れて設計しています。語学教育専用の部屋を、メディアセンター内に3部屋用意しています。これらの部屋はコンピュータを使った語学の授業での占有率が非常に高く、一般に開放する時間がないほどです。CALL用の端末には、日立の「FLORA 370」のほか、Mac OS Xをインストールした「Power Mac G4（M7681J/A）」を利用しています。CALL用の設備としては、CaLabo2000システム注10と、その制御用として日立の「FLORA 350」、そのほかAV機器などを備えています。
旧システムにおける運用の目標としては、「メールやWebといったサービスを多くの人に使ってもらえるシステムにする」ということだったのですが、その目標は現状を見るまでもなく達成したといえるでしょう。そこで、メールやWebに続く運用の目標として、「語学の習得」が揚げられました。そのような目的に活用してもらうために、新システムではすべての端末の前面にヘッドホン端子が用意されています。
また、全端末でDVD-ROMを利用できるようにしたのも、語学教育を考慮した結果です。インストールの必要のないDVD教材、辞典が広まってほしいという希望もあります。オンデマンドのストリーム再生装置としても利用可で、そのような使われ方が一般的になったとき、前面にヘッドホン端子がある意味がでてくるでしょう。
●ファイルサーバーについて
M：新システムの3つ目の柱であるファイルサーバーについては、信頼性と速度を中心に考えました。私たち管理者が運用をするうえで、一番神経を使うのがファイルサーバーです。利用者のデータが消えるようなことがあってはなりませんから。たとえば停電などのときにファイルサーバーをどのタイミングで落とすかというのが、旧システムでは非常に神経を使う部分でした。しかし、今回のシステムでは、停電が発生した場合、ファイルサーバーは自動的にシャットダウンされます。このような設計にすることで、ファイルサーバー管理の負担がとても軽くなりました。
ファイルサーバーは3TBの容量を持つ日立の「SANRISE
1200」を2台と、同じく日立の「N4000」というサーバーとで構成されています。全体としてはRAID 5+0の構成で、常時ミラーリングされています。なお、N4000ではNFSプロトコルによるアクセスのみを提供しています。ディスク装置の信頼度が非常に高いため、テープへのフルバックアップは現状では1か月に一度としています
バックアップに関しても、一般的なテープ装置だと3TBのバックアップには3日ほどかかりますが、今回導入した日立の「TF350」は、1TBが6時間程度で完了します。しかも、運用を継続したままバックアップを取れますので、平日の昼間にバックアップ作業が行えます。
ここまでは運用管理側の話で、利用者側からすると、どのくらいの容量が使えるかが一番気になる点だと思います。3TBのディスク容量があっても、この大学のように3万人の利用者がいれば、1人当たり100MBなんですよね。いまや100MBという容量は、さほど大きいものではないでしょう。しかし、センターで用意するディスク容量をこれ以上増やすと、ラックを置く場所も必要になりますし、電気代もかかります。そこで、ディスク容量に関しては、必要最小限のものを確保するにとどめました。
この点に関しては、「私たちでディスク容量を確保するのは不可能だ。それなら、利用者が持ち運べるメディアを使える環境を用意しよう。持ち運べるメディアは何だろう。間違ってもFDじゃないよね」ということで検討を重ねました。FDに関していえば、どこの大学でも、故障があって困っているようです。FDの値段が下がったことで、作りが安っぽくなったからだと思うのですが、FDを抜く際に、ドライブの中にシャッターの部分だけが外れて残ってしまう問題が、おそらく皆さんが想像する以上の頻度で起こっています。こういう点からもメカニカルに動く部分が存在するメディアはダメだろう。かといって、MOは製造コストが下がらないし、速度も遅い。
1つの方向性としてはCD-Rだと思いますが、CD-ROMを違法コピーして持ち帰ることを推奨するような風潮になるのは避けたいという声もありました。結局、MO、ZIP100/250、CD-R、コンパクトフラッシュ、スマートメディア、メモリースティック、マイクロドライブなど、複数のリムーバブルメディアが使えるようにとの配慮から、USBインタフェースをユーザーに開放し、著名な機器についてはそのドライバを用意し、アナウンスしています。加えて、センター内講義室の教師卓やOSLの一部端末には、MOドライブと各種半導体記憶デバイスが使えるリーダードライブをそれぞれ数十台ずつ配置しています。いまはまだ、ハードディスクに余裕のある学生が多いためにリムーバブルディスクの利用率は高くないのですが、徐々に余裕がなくなるにつれて学生にもリムーバブルディスクの利用が浸透していくと考えています。
Y：どのパソコンにも、USBの4ポートハブが本体の前に備え付けられていて非常に目立っていますよね。
M：USBの4ポートハブを目立つようにしているのには理由があって、本体のUSBポートを使ってほしくないからです。というのは、USBポートは、どのメーカーもだいたい6000回を抜き差し回数の限界だとしています注11。センターのパソコンの場合、1台当たり1日5人から10人が入れ替わりで使っています。1日10人がUSBポートを使ったとすると、約2年で6000回になりますので、2年を過ぎるとどんどん壊れてくる計算になります。USBハブを使っていると、もしポートが壊れたときでもUSBハブだけを交換すれば済むのですが、もし本体のポートが壊れてしまうと、マザーボード全体の交換になってしまいますよね。また、1つのポートが不良となっても、別のポートを使うといった逃げ方もできるでしょう。こういう面から考えると、すべての端末にUSBハブをつけたほうがコストの面からも有利であると考えました。
また、リムーバブルメディアについてですが、USB接続のフラッシュメモリ「EasyDisk注12」をご存じですか。これは、USBポートに直接差し込めるスティックタイプのストレージデバイスです。現在は32MBから128MBの製品が主流ですが、すでに1GBといった大容量のものも発売されています。読み書きが速いし、安心して持ち歩けるし、デバイスドライバがたいがい不要だというのも便利な点です。一昔前のFDのノリで、気軽に使えます。
Y：キーホルダーとして持ち歩けるし、おしゃれですね。これが今後、主流になるんでしょうか。
M：別にこの商品に限らないですが、こういったリムーバブルメディアを学生が持ち歩くようになればよいのになぁと思っています。そうすれば、私たちとしては、データを管理する負担が減って好都合ですし。極端な話、今後、利用者が自分のディスクを持ち歩き、ホームディレクトリも不要という状態になるかもしれません。
それに、ファイルサーバーを構成する、大容量のストレージのコストというのは、全然下がっていないんですよ。個人向けのPCに搭載されるHDDの単価というのはどんどん下がっているのですが、信頼性と速度の問題から、私たちは一般に流通しているものを使うわけにはいきません。そのような理由からも、個人が自分のファイルを自分で管理するようになればいいと思います。
Y：私も今日、話を聞いて、そうなるべきだ！ と強く思いました。貴重なお話をどうもありがとうございました。次号では、残りの、
- UNIX系OS（Linux）とWindowsの共存はVM（Virtual Machine）で実現
- メールの読み書きにはWebMail（Active!Mail）を採用
図1 教育用計算機システムネットワーク構成概略図（2003年2月当時）
注1 丸山さんのお顔を見るたびに……
筆者は1998年4月から京都大学の全学共通科目「情報科学実習」の非常勤講師として、教育用計算機システムを授業で利用していた。
注2 学術情報メディアセンター
学術情報メディアセンターは、統合化された情報基盤の構築を目的に、大型計算機センター、総合情報メディアセンター、学術情報ネットワーク機構が統合され、2002年4月1日に設立されたもの。総合情報メディアセンターは、情報処理教育センターと工学部附属高度情報開発実験施設を廃止・転換して1997年4月にスタートした。なお、大型計算機センターへは、1995年11月号のルート訪問記 第10回で訪問した（http://www.tomo.gr.jp/root/9511.htmlにて過去記事公開中）。
学術情報メディアセンターで提供しているサービスには、大型計算機システム、教育用計算機システム、語学学習システム、情報処理教育支援サービス、遠隔講義支援サービス、学術データベースサービス、教材作成支援サービス、図書資料室がある。また、センターの研究開発部門には、ネットワーク研究部門、コンピューティング研究部門、教育支援システム研究部門、ディジタルコンテンツ研究部門、連携研究部門がある。
京都大学の構成員であれば誰でもシステムを利用するためのアカウントを取得できる。センターがアカウントを配布する際には、電源の入れ方など最低限の手順説明と、利用モラルに関する説明も行っている。詳細については、次のURLで参照できる。
http://www.media.kyoto-u.ac.jp/
注3 旧システム
旧システムは1998年2月から2002年1月31日まで利用された。Windows NTとUNIXを、メディアセンターと11部局のサテライト教室に配備し、これらを京都大学統合情報通信システム（KUINS:Kyoto University Integrated information Network System）によって接続していた。全学生にアカウントを発行し、京都大学の情報リテラシー教育のために利用。
注4 UNIXだけではなくWindows NTの知識
旧システムの学生端末のUNIXとWindowsの割合は、UNIX約400台に対して、Windowsは約800台だった。新システムでは、1つの端末内にVM（Virtual Machine）を利用して共存。詳しくは次号で紹介。
注5 サテライト教室
各サテライト教室の利用時間は各学部にゆだねられている。OSLの利用時間は、月曜から金曜の午前10時から午後8時まで。OSLには大学院生のTA（Teaching Assistant）が常駐しており、ユーザーに対して利用方法の説明などを行っている。TAはユーザーと運用スタッフの間に入って、ユーザーへの応対を専門的に引き受けてくれており、運用スタッフにとっては運用上非常に助かっているそうだ。
注6 印刷枚数が制限できる
旧システムでは独自に開発した手法により印刷枚数を制限していた。
注7 酷使に耐えるプリンタを導入
新システムの構築に伴い、ヘビーユースのOSL用に「RICOH IPSiO NX920」、普通のサテライト教室用に「RICOH IPSiO NX810」、小規模教室用に「RICOH IPSiO NX620N」が配置されている。また、理学部、総合人間学部附属図書館、OSLの3か所にはカラープリンタの「RICOH IPSiO Color8100」も配置している。
注8 各サテライトとメディアセンター計算機室間のネットワークは一種独特
学生は授業中、先生の指示で、全員が一斉にログイン処理を開始したり、同じソフトウェアを起動したりするため、トラフィックが集中する。
注9 CALL
Computer Assisted Language Learningの略。コンピュータやコンピュータネットワークを言語学習の道具として使うこと。テキストデータ、動画（ビデオ）データ、音声データなどを組み合わせた学習が行える。
注10 CaLabo2000システム
LL（Language Laboratory）システムの語学学習機能とパソコンネットワークによる授業支援システムを一体化させたシステム。
注11 USBハブのポート
USB 1.1/2.0の規格では「1500回以上の抜き差しに耐えること」となっている。
注12 EasyDisk
手軽にデータを持ち運びできるUSB接続のフラッシュメモリ。アイ・オー・データ機器から発売されている。
http://www.iodata.co.jp/products/pccard/2002/usb-ed2.htm
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