【ITニュース解説】Rearchitecting GitHub Pages (2015)

GitHub Pagesは、GitHubのリポジトリに保存されたファイルを使って、簡単にウェブサイトを公開できるサービスだ。特に、ブログやプロジェクトのドキュメント、個人のポートフォリオサイトなど、静的なウェブサイトのホスティングによく利用される。このサービスは多くの開発者に愛用されているが、その裏側にあるシステムは、利用者の増加や機能の拡充に伴って進化を続けてきた。ここで紹介する記事は、2015年に行われたGitHub Pagesの大規模なシステム再設計について詳しく解説している。この再設計は、システムエンジニアが直面する課題と、それを解決するためのアプローチを理解する上で非常に参考になる事例だ。

サービスが成長し、より多くのユーザーがGitHub Pagesを利用するようになるにつれて、いくつかの問題点が顕在化してきた。最も深刻だったのは、新しいコンテンツを公開する際の待ち時間、つまりデプロイ時間の長さだった。ユーザーがGitHubにファイルをプッシュしてから、実際にウェブサイトが更新されるまでに時間がかかりすぎるという課題があった。また、システムの安定性にも問題があり、トラフィックが増加するとパフォーマンスが低下したり、サービスが一時的に利用できなくなることもあった。さらに、システムの運用コストも増大しており、これらの問題を抜本的に解決する必要があった。

旧来のGitHub Pagesのアーキテクチャは、比較的シンプルだった。ユーザーがGitHubのリポジトリにファイルをプッシュすると、そのイベントをトリガーとして、フックと呼ばれる仕組みが作動する。フックは、GitHubリポジトリに特定の変更（ファイルプッシュなど）があった際に、自動的に何か別の処理を起動させる仕組みだ。このフックは、まずユーザーのウェブサイトのファイルをAmazon S3というクラウドストレージサービスにアップロードする。その後、Jekyllという静的サイトジェネレータを使ってウェブサイトをビルドするための処理が、特定のサーバーで実行されていた。Jekyllは、Markdownなどのシンプルなテキストファイルから、HTMLなどのウェブページを生成するツールだ。ビルドが完了すると、生成されたウェブページファイルが再びS3に保存され、最終的にNginxというウェブサーバーソフトウェアがS3からファイルを読み込み、ユーザーのブラウザに配信していた。このアーキテクチャの主な問題は、Jekyllのビルドを行うサーバーが単一のボトルネックになりやすかったことだ。もしこのサーバーに問題が発生すれば、ウェブサイトの更新処理全体が停止してしまう可能性があった。また、すべてのビルド処理がこのサーバーに集中するため、処理能力の限界からデプロイ時間が長くなり、スケーラビリティ、つまりシステムの拡張性も低かった。

こうした課題を解決するため、GitHubは新しいアーキテクチャの設計に着手した。新しいシステムの目標は明確だった。第一に、デプロイ時間を大幅に短縮すること。第二に、システムの信頼性を向上させ、サービスがより安定して稼働するようにすること。第三に、システムの拡張性を高め、将来的な利用者増加にも柔軟に対応できるようにすること。そして、運用コストを削減しつつ、将来的にはGitHub Enterpriseという企業のオンプレミス環境にも同じサービスを提供できるよう、設計の共通化を図ることだった。

新しく設計されたGitHub Pagesのアーキテクチャは、これらの目標を達成するために、いくつかの重要な技術的要素を導入している。まず、ユーザーがリポジトリにファイルをプッシュすると、そのイベントはフックによって捕捉され、すぐにジョブキューにビルド処理の要求が追加される。ジョブキューは、複数の処理要求を一時的に貯めておく場所であり、一度に大量の要求が来てもシステムがパンクしないように、順番に処理を進める役割を果たす。

このジョブキューから、ワーカープールと呼ばれる複数の作業用サーバーが、それぞれ独立してビルド処理のジョブを取り出して実行する。ワーカープールは、複数のワーカー（作業を行うプログラムやサーバー）が待機しており、キューから仕事が来るとそれを並行して処理する仕組みだ。これにより、以前のように単一のサーバーがすべてのビルド処理を担当するのではなく、複数のワーカーが同時に異なるウェブサイトのビルドを行うことができるようになった。

さらに重要なのは、各ビルド処理がDockerコンテナという独立した環境の中で実行される点だ。Dockerコンテナは、アプリケーションとその実行に必要なすべてのもの（コード、ランタイム、システムツール、ライブラリなど）を一つにパッケージ化した仮想的な箱のようなものだ。これにより、異なるユーザーのウェブサイトビルドが互いに干渉することなく、安定して実行される。例えば、あるユーザーのビルド環境が特定のソフトウェアバージョンを必要としても、他のユーザーのビルド環境に影響を与えることなく、独立してその環境を構築できる。また、コンテナ内でビルドを実行することで、セキュリティも向上する。ユーザーが提供したコードが、ホストシステムに直接アクセスするのを防ぎ、システム全体の安全性を保つことができる。

ビルドが完了し、ウェブサイトの静的ファイルが生成されると、これらはCDN（コンテンツデリバリーネットワーク）のエッジロケーションと呼ばれる場所にキャッシュされる。CDNは、ウェブサイトのコンテンツ（画像やHTMLファイルなど）を、ユーザーに近い場所にある複数のサーバーにコピーして配置し、アクセスが速くなるようにする仕組みだ。これにより、世界中のどこからアクセスしても、ユーザーは最も近いCDNサーバーからコンテンツを受け取ることができ、ウェブサイトの表示速度が格段に向上する。

この新しいアーキテクチャでは、複数のモダンな技術が活用されている。ワーカーの制御や処理の一部はGo言語で記述され、高速な処理と高い並行処理能力を実現している。ジョブキューの管理にはRedisという高速なキーバリューストアが利用され、ジョブの追加や取り出しを効率的に行っている。また、複数のサーバーへのリクエストの振り分けにはHAProxyというロードバランサーが使われ、システムの負荷分散と高可用性を実現している。

この再設計によって、GitHub Pagesは大きなメリットを享受できるようになった。まず、ワーカープールとDockerコンテナによる並列処理のおかげで、デプロイ時間が大幅に短縮された。次に、単一障害点がなくなり、一部のワーカーがダウンしても他のワーカーが処理を引き継ぐため、システムの信頼性が向上した。コンテナによる環境分離は、特定のビルドの失敗が他のビルドに影響を与えることを防ぎ、安定したサービス提供に貢献している。さらに、ワーカーの数を増減させるだけで、処理能力を柔軟に拡張できるため、スケーラビリティも確保された。セキュリティの面でも、コンテナによる隔離が大きな役割を果たしている。そして、このモジュール化されたアーキテクチャは、GitHub Enterpriseのようなオンプレミス環境へのデプロイも容易にし、システム展開の柔軟性も高めている。

GitHub Pagesの再設計は、システムエンジニアが直面するリアルな課題と、それを解決するための具体的なアプローチを示している。システムの成長に伴って発生するパフォーマンス、安定性、スケーラビリティといった問題に対し、単にサーバーを増やすだけではなく、アーキテクチャそのものを根本的に見直すことの重要性を教えてくれる。分散処理、コンテナ技術、キューイングシステム、CDNといった現代的な技術要素を適切に組み合わせることで、より堅牢で高性能なシステムを構築できることを実証した好例と言えるだろう。これは、どのようなシステムを構築する際にも、将来を見据えた設計と、適切な技術選定がいかに重要であるかを物語っている。