サーバー（コンピューティング）

サーバーとは、コンピュータネットワーク上の「クライアント」と呼ばれる他のコンピュータに情報を提供するコンピュータです。^[1]このアーキテクチャは、クライアントサーバーモデルと呼ばれます。サーバーは、複数のクライアント間でデータやリソースを共有したり、クライアントの代わりに計算を実行したりするなど、さまざまな機能（多くの場合「サービス」と呼ばれます）を提供できます。1 つのサーバーが複数のクライアントにサービスを提供でき、1 つのクライアントが複数のサーバーを使用できます。クライアントプロセスは同じデバイス上で実行される場合もあれば、ネットワーク経由で別のデバイス上のサーバーに接続される場合があります。^[2]一般的なサーバーには、データベースサーバー、ファイルサーバー、メールサーバー、プリントサーバー、Web サーバー、ゲームサーバー、アプリケーションサーバーなどがあります。^[3]

クライアント サーバー システムは、通常、要求応答モデルによって実装されることが多く、また、要求応答モデルと同一視されることが多いです。つまり、クライアントがサーバーに要求を送信し、サーバーが何らかのアクションを実行して、通常は結果または確認応答をクライアントに返します。コンピューターを「サーバー クラス ハードウェア」と指定することは、そのコンピューターがサーバーの実行に特化していることを意味します。これは、標準的なパーソナル コンピューターよりも強力で信頼性が高いことを意味することがよくありますが、大規模なコンピューティング クラスターは、比較的単純で交換可能な多数のサーバー コンポーネントで構成されている場合もあります。

コンピューティングにおける「サーバ」という語の使用は、待ち行列理論^[4]に由来し、20世紀半ばに遡り、ケンドール記法を導入した論文であるケンドール(1953)で「サービス」とともに特に使用されました。アーラン(1909)などの初期の論文では、「[電話]オペレータ」などのより具体的な用語が使用されています。

コンピューティングの世界では、「サーバー」という言葉は、 ARPANET （インターネットの前身）を説明した最も古い文書の1つであるRFC 5（1969年） ^[5]にまで遡り、「ユーザー」と対比され、「サーバーホスト」と「ユーザーホスト」という2種類のホストを区別しています。「サービング」という言葉の使用も、RFC 4などの初期の文書にまで遡り、^[6]では「サービングホスト」と「使用ホスト」が対比されています。

ジャーゴンファイルでは、サーバーを、通常はリモートからの要求に対してサービスを提供するプロセスという一般的な意味で定義しており、 ^[7] 1981年版では次のように定義されている。^[8]

サーバー n. 要求元に対してサービスを実行するデーモンの一種。サーバーが稼働しているコンピュータとは別のコンピュータで稼働することが多い。

2000年代初頭のサーバーの平均使用率は5～15%でしたが、仮想化の導入によりこの数値は上昇し、必要なサーバーの数が減り始めました。^[9]

厳密に言えば、サーバーという用語はコンピュータプログラムまたはプロセス（実行中のプログラム）を指します。換喩により、1つまたは複数のサーバープログラムを実行するために使用されるデバイス（または専用のデバイス）を指します。ネットワーク上では、そのようなデバイスはホストと呼ばれます。サーバーに加えて、 serveとservice（それぞれ動詞と名詞として）という単語が頻繁に使用されますが、 servicerとservantは使用されません。^[a] service （名詞）という単語は、 Webサービスなど、機能の抽象的な形式を指す場合があります。または、 Windowsサービスなど、コンピューターをサーバーに変えるコンピュータープログラムを指す場合もあります。もともとは「サーバーがユーザーにサービスを提供する」（および「ユーザーがサーバーを使用する」）として「従う」という意味で使用されていましたが、今日では「サーバーがデータを提供する」とよく言われます。これは「提供する」と同じ意味です。たとえば、Webサーバーは「ユーザーにWebページを提供する」または「ユーザーの要求に応える」ものです。

サーバーはクライアント - サーバー モデルの一部です。このモデルでは、サーバーがクライアントにデータを提供します。クライアントとサーバー間の通信の性質は、要求と応答です。これは、オンデマンドの相互関係であるピアツーピアモデルとは対照的です。原則として、別のプロセスによって使用または呼び出される (特にリモートで、特にリソースを共有するため) コンピューター プロセスはサーバーであり、呼び出し元のプロセスはクライアントです。したがって、ネットワークに接続された汎用コンピューターであれば、サーバーをホストできます。たとえば、デバイス上のファイルが何らかのプロセスによって共有されている場合、そのプロセスはファイルサーバーです。同様に、Web サーバーソフトウェアは、対応するコンピューターであればどれでも実行できるため、ラップトップまたはパーソナル コンピューターで Web サーバーをホストできます。

リクエスト・レスポンスは最も一般的なクライアント・サーバー設計ですが、パブリッシュ・サブスクライブ・パターンなど、他のパターンもあります。パブリッシュ・サブスクライブ・パターンでは、クライアントはパブリッシュ・サブスクライブ・サーバーに登録し、指定された種類のメッセージをサブスクライブします。この最初の登録は、リクエスト・レスポンスによって行うことができます。その後、パブリッシュ・サブスクライブ・サーバーは、それ以上のリクエストなしで、一致するメッセージをクライアントに転送します。つまり、リクエスト・レスポンスのようにクライアントがサーバーからメッセージをプルするのではなく、サーバーがクライアントにメッセージをプッシュするのです。^[10]

サーバーの役割は、データを共有すること、リソースを共有すること、作業を分散することです。サーバー コンピューターは、独自のコンピューター プログラムも提供できます。シナリオによっては、これは対価取引の一部である場合もあれば、単に技術的な可能性である場合もあります。次の表は、サーバーが使用されるいくつかのシナリオを示しています。

インターネットのほぼ全体の構造は、クライアント・サーバーモデルに基づいています。高レベルのルートネームサーバー、DNS、ルーターがインターネット上のトラフィックを制御します。インターネットには世界中で継続的に稼働している何百万ものサーバーが接続されており^{[13] 、一般的な}インターネットユーザーが行うほぼすべてのアクションには、1つ以上のサーバーとの1回以上のやり取りが必要です。専用サーバーを使用しない例外もあります。たとえば、ピアツーピアのファイル共有や、一部の電話実装（Microsoft以前のSkypeなど）などです。

サーバーのハードウェア要件は、サーバーの目的とソフトウェアによって大きく異なります。サーバーは、接続するクライアントよりも強力で高価であることが多いです。

ネーム サーバーは、ハードウェアとソフトウェアの両方に使用されます。ハードウェア サーバーの場合、通常はハイエンド マシンに限定されますが、ソフトウェア サーバーはさまざまなハードウェアで実行できます。

サーバーは通常ネットワーク経由でアクセスされるため、コンピューター モニターや入力デバイス、オーディオ ハードウェア、USBインターフェイスなしで無人で実行されるサーバーも多くあります。多くのサーバーにはグラフィカル ユーザー インターフェイス(GUI)がありません。これらのサーバーはリモートで構成および管理されます。リモート管理は、 Microsoft 管理コンソール(MMC)、PowerShell、SSH、およびDell のiDRACや HP のiLoなどのブラウザーベースの帯域 外管理システムなど、さまざまな方法で実行できます。

従来の大型単一サーバーは、長時間中断することなく稼働させる必要があります。可用性を非常に高くする必要があるため、ハードウェアの信頼性と耐久性が極めて重要になります。ミッションクリティカルなエンタープライズサーバーは、耐障害性が非常に高く、稼働時間を最大化するために故障率の低い特殊なハードウェアを使用します。停電に備えて無停電電源装置が組み込まれることもあります。サーバーには通常、デュアル電源、RAIDディスクシステム、ECCメモリなどのハードウェア冗長性^[14]に加えて、広範な起動前メモリテストと検証が含まれています。重要なコンポーネントはホットスワップ可能である場合があり、技術者は稼働中のサーバーをシャットダウンせずに交換できます。また、過熱を防ぐために、サーバーにはより強力なファンが搭載されていたり、水冷が使用されていたりします。多くの場合、アウトオブバンド管理（通常はIPMIに基づく）を使用して、リモートで構成、電源のオン/オフ、再起動を行うことができます。サーバーの筐体は通常、平らで幅が広く、19インチラックまたはオープンラックにラックマウントできるように設計されています。

これらのタイプのサーバーは、専用のデータ センターに設置されることが多いです。通常、非常に安定した電力とインターネット、および強化されたセキュリティが備わっています。騒音もそれほど問題にはなりませんが、電力消費と熱出力は深刻な問題になる可能性があります。サーバー ルームには空調装置が備え付けられています。

サーバーファームまたはサーバークラスターは、単一のデバイスの能力をはるかに超えるサーバー機能を提供するために組織によって維持されるコンピュータサーバーの集合です。現代のデータセンターは、はるかに単純なサーバーの非常に大規模なクラスターで構築されることが多く、^[15]この概念を中心にした共同作業であるOpen Compute Projectがあります。

ネットワーク アプライアンスと呼ばれる小型の専門サーバー クラスは、一般的に規模の小さいクラスであり、一般的なデスクトップ コンピューターよりも小さいことがよくあります。

モバイルサーバーは、ラップトップなどのポータブルフォームファクターを備えています。^{[16]大規模な}データセンターやラックサーバーとは対照的に、モバイルサーバーは、電力要件、サイズ、展開時間のために従来のサーバーが実現不可能な緊急、災害、または一時的な環境に、移動中または臨時に展開できるように設計されています。 ^[17]いわゆる「移動型サーバー」テクノロジーの主な受益者には、ネットワーク管理者、ソフトウェアまたはデータベース開発者、トレーニングセンター、軍人、法執行機関、科学捜査、緊急救援グループ、サービス組織などがあります。^{[18]携帯性を高めるために、}キーボード、ディスプレイ、バッテリー（障害発生時に電源の冗長性を提供する無停電電源装置）、マウスなどの機能がすべてシャーシに統合されています。

インターネットでは、サーバーに使用されているオペレーティングシステムは、 LinuxやFreeBSDをベースにしたUNIX系のオープンソース ディストリビューションが主流であり、^[19] Windows Serverも大きなシェアを占めています。z /OSやmacOS Serverなどの独自のオペレーティングシステムも導入されていますが、その数ははるかに少ないです。Linuxを実行するサーバーは、Webサーバーやデータバンクとしてよく使用されます。Windows Serverは、Windowsクライアントで構成されたネットワークに使用されます。

専門的なサーバー指向のオペレーティング システムには、従来次のような機能がありました。

• GUIは利用できないかオプションです
• 再起動せずにハードウェアとソフトウェアの両方をある程度再構成および更新する機能
• 重要なデータの定期的かつ頻繁なオンラインバックアップを可能にする高度なバックアップ機能。
• 異なるボリュームまたはデバイス間の透過的なデータ転送
• 柔軟で高度なネットワーク機能
• UNIXのデーモンやWindowsのサービスなどの自動化機能
• 高度なユーザー、リソース、データ、メモリ保護を備えた強力なシステム セキュリティ。
• 過熱、プロセッサ、ディスク障害などの状態を高度に検出し警告します。^[20]

実際には、今日では多くのデスクトップおよびサーバー オペレーティング システムは同様のコード ベースを共有していますが、主に構成が異なります。

2010年には、データセンター（サーバー、冷却装置、その他の電気インフラ）は、世界の電力消費量の1.1～1.5％、米国では1.7～2.2％を占めました。^{[21] [更新が必要]}ある推定によると、情報通信技術の総エネルギー消費は、効率性の向上により、経済の他の部分での 二酸化炭素排出量の5倍以上を削減します^{[22] 。}

データと帯域幅の需要の増加により、世界のエネルギー消費量は増加しています。天然資源保護協議会（NRDC）によると、2013年にデータセンターは910億キロワット時（kWh）の電力を消費し、これは世界の電力使用量の3％を占めています。^{[23] [更新が必要]}

環境団体は、データセンターの炭素排出量が年間 2億トンの二酸化炭素に及ぶことに注目している。

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