ハートビート（Heartbeat）は、ITシステムにおいて、機器やサービスが正常に稼働していることを確認するための重要な信号です。この仕組みは、特に高可用性（HA）やフォールトトレランスを必要とするシステムで広く利用されています。
本記事では、ハートビートの基本概念から、ネットワーク監視、クラスタリング、セッション維持、TCP Keepaliveとの関係まで、詳しく解説します。
ハートビートの基本概念と仕組み
ハートビートとは？
ハートビートとは、機器やサービスが一定間隔で送信する「生存確認信号」です。
これにより、他の機器や監視システムは、対象が正常に動作しているかを確認できます。
死活監視とハートビート
ハートビートは、死活監視（ヘルスチェック）の手法の一つです。
監視対象の機器に定期的に信号を送り、その応答を確認することで、異常の早期発見や自動復旧が可能となります。
クラスタリングにおけるハートビートの役割
クラスタ内でのノード監視
複数のサーバーが連携して動作するクラスタシステムでは、各ノードが定期的にハートビートを送信し合います。
これにより、各ノードの状態をリアルタイムで把握し、障害発生時には他のノードが自動的に処理を引き継ぐことができます。
フェイルオーバーと自動復旧
ハートビートが途絶えた場合、障害が発生したと判断され、フェイルオーバーが実行されます。
これにより、サービスの中断を最小限に抑えることができます。
セッション維持とハートビート
通信の維持とセッション管理
通信プロトコルやソフトウェアでは、セッション維持のためにハートビートを利用します。
例えば、一定間隔で小さなデータを送信し続けることで、接続が切断されないようにします。
これを「キープアライブ（Keepalive）」と呼びます。
ネットワーク機器との連携
サーバやネットワーク機器の中には、一定時間通信が行われないと自動的に接続を切断するものがあります。
ハートビートを利用することで、これらの機器による不必要な切断を防ぐことができます。
TCP Keepaliveとの違いと使い分け
TCP Keepaliveとは？
TCP Keepaliveは、TCP接続が確立された後、一定間隔で小さなデータを送信し、接続が維持されているかを確認する機能です。
これにより、接続が切断されていないかをチェックできます。
ハートビートとの違い
ハートビートは、アプリケーションレベルでの通信維持や監視に使用されるのに対し、TCP Keepaliveは、TCP接続自体の維持を目的としています。
両者は目的が異なるため、状況に応じて使い分けることが重要です。
実際の利用例と設定
RabbitMQにおけるハートビート設定
RabbitMQでは、AMQPプロトコルのハートビート機能を利用して、接続の状態を監視します。
例えば、Javaクライアントでは、ConnectionFactory#setRequestedHeartbeatメソッドを使用して、ハートビートのタイムアウト値を設定できます。
LinuxでのTCP Keepalive設定
Linuxでは、sysctlコマンドを使用して、TCP Keepaliveの設定を変更できます。
例えば、tcp_keepalive_time、tcp_keepalive_intvl、tcp_keepalive_probesなどのパラメータを調整することで、接続の維持時間や再試行回数を設定できます。
まとめ
ハートビートは、ITシステムにおける正常性の確認や障害対応において、欠かせない仕組みです。
ネットワーク監視、クラスタリング、セッション維持など、さまざまな場面で活用されています。
適切な設定と運用により、システムの信頼性と可用性を向上させることができます。