[Database] MongoDB 실습

우유·2026년 2월 5일
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[Cloud] Database

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MongoDB 실습 가이드

설치부터 Replica Set(HA) 구성까지

1장. MongoDB 설치 및 기본 실습

1-1. 실습 환경

항목내용
OSUbuntu 22.04 LTS (jammy)
권한sudo 사용자
네트워크인터넷 연결 필수
MongoDB 버전8.0

1-2. MongoDB 공식 GPG 키 등록 (정석)

필수 패키지 설치

sudo apt update
sudo apt install -y gnupg curl

MongoDB 공식 GPG 키 등록

curl -fsSL https://www.mongodb.org/static/pgp/server-8.0.asc | sudo gpg --dearmor -o /usr/share/keyrings/mongodb-server-8.0.gpg

확인

ls -l /usr/share/keyrings/mongodb-server-8.0.gpg

➡ 파일이 존재하면 정상

1-3. MongoDB APT 저장소 등록

echo "deb [ arch=amd64,arm64 signed-by=/usr/share/keyrings/mongodb-server-8.0.gpg ] https://repo.mongodb.org/apt/ubuntu jammy/mongodb-org/8.0 multiverse" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/mongodb-org-8.0.list

1-4. MongoDB 설치

sudo apt update
sudo apt install -y mongodb-org

설치 확인:

mongod --version

1-5. MongoDB 서비스 기동

sudo systemctl enable --now mongod
systemctl status mongod --no-pager

접속 테스트:

mongosh --eval 'db.runCommand({ ping: 1 })'

결과:

{ ok: 1 }

1-6. 기본 실습 준비

mongosh
use lab // DB자동 생성

// 기존 테이블이 있다면 삭제
db.customers.drop()
db.orders.drop()

1-7. customers 컬렉션 샘플 데이터

db.customers.insertMany([
  { customerId: 1, name: "Kim",  region: "seoul", tier: "gold" },
  { customerId: 2, name: "Lee",  region: "busan", tier: "silver" },
  { customerId: 3, name: "Park", region: "seoul", tier: "gold" },
  { customerId: 4, name: "Choi", region: "incheon", tier: "bronze" }
])

1-8. orders 컬렉션 (JOIN 제거 설계)

MongoDB에서는 JOIN 대신 문서 중첩(Embedded) 구조를 사용한다.

db.orders.insertMany([
  {
    orderId: 1001,
    status: "PAID",
    orderedAt: ISODate("2026-01-01"),
    customer: { name: "Kim", region: "seoul" },
    amount: 120000
  },
  {
    orderId: 1002,
    status: "CART",
    orderedAt: ISODate("2026-01-05"),
    customer: { name: "Lee", region: "busan" },
    amount: 99000
  },
  {
    orderId: 1003,
    status: "PAID",
    orderedAt: ISODate("2026-01-10"),
    customer: { name: "Park", region: "seoul" },
    amount: 150000
  }
])

1-9. SQL ↔ MongoDB 쿼리 대응

SELECT / WHERE

RDB 타입

SELECT name, tier
FROM customers
WHERE tier = 'gold';

MongoDB 타입

db.customers.find(
  // where 역할
  { tier: "gold" },
  // id 제외, name,tier 포함 (select 역할)
  { _id: 0, name: 1, tier: 1 } 
)

ORDER BY / LIMIT

db.orders.find(
  { status: "PAID" },
  { _id: 0, orderId: 1, amount: 1, orderedAt: 1 }
).sort({ orderedAt: -1 }).limit(5)

GROUP BY (Aggregation)

SQL

SELECT customer, SUM(amount)
FROM orders
WHERE status = 'PAID'
GROUP BY customer;

MongoDB

db.orders.aggregate([
  { $match: { status: "PAID" } },
  {
    $group: {
      _id: "$customer.name",
      totalAmount: { $sum: "$amount" }
    }
  }
])

1-10. Projection 규칙

❌ 잘못된 예

{ name: 1, tier: 1, region: 0 }

✔ 올바른 방식

{ _id: 0, name: 1, tier: 1 }
  • 포함 or 제외 중 하나만 사용
  • _id만 예외적으로 제외 가능
  • 제외 할거면 아예 빼버려야 함

1-11. 인덱스 실습

인덱스 없이 실행계획

db.orders.find({ status: "PAID" }).explain("executionStats")

확인 포인트:

  • COLLSCAN
  • totalDocsExamined

인덱스 생성

db.orders.createIndex({ status: 1, orderedAt: -1 })

인덱스 후 재확인

db.orders.find({ status: "PAID" })
  .sort({ orderedAt: -1 })
  .explain("executionStats")
  • IXSCAN으로 변경 확인

2장. MongoDB Replica Set(HA) 실습 (Ubuntu 서버 3대)

2-0. 실습 토폴로지

예시(수정 가능):

  • 서버1: mongo1 (IP: 192.168.80.110)
  • 서버2: mongo2 (IP: 192.168.80.120)
  • 서버3: mongo3 (IP: 192.168.80.130)

Replica Set 이름: rs0

모든 노드: Data node (Primary/Secondary)

2-1. 실습 목표

  1. Replica Set에서 PRIMARY/SECONDARY 구조 설명
  2. 선출(election)이 왜 필요한지(과반수) 설명
  3. Primary 다운 시 자동 Failover 확인
  4. rs.status(), db.hello()로 상태 점검 가능

2-2. 사전 준비 (3대 공통)

(1) 시간 동기화(권장)

sudo timedatectl set-timezone Asia/Seoul
sudo apt update
sudo apt install -y chrony
sudo systemctl enable --now chrony
timedatectl

(2) 호스트 해석 설정 (/etc/hosts 권장)

3대 모두 동일하게 추가:

sudo tee -a /etc/hosts >/dev/null <<'EOF'
192.168.80.110 mongo1
192.168.80.120 mongo2
192.168.80.130 mongo3
EOF

확인:

getent hosts mongo1 mongo2 mongo3

(3) 통신 확인 (서로 ping)

예: mongo1에서

ping -c 2 mongo2
ping -c 2 mongo3

2-3. MongoDB 설치 (3대 공통)

1장에서 했던 설치 방식과 동일.


sudo rm -f /etc/apt/sources.list.d/mongodb-org-*.list
sudo rm -f /usr/share/keyrings/mongodb-*.gpg

sudo apt update
sudo apt install -y gnupg curl

curl -fsSL https://www.mongodb.org/static/pgp/server-8.0.asc \
| sudo gpg --dearmor -o /usr/share/keyrings/mongodb-server-8.0.gpg

echo "deb [ arch=amd64,arm64 signed-by=/usr/share/keyrings/mongodb-server-8.0.gpg ] \
https://repo.mongodb.org/apt/ubuntu jammy/mongodb-org/8.0 multiverse" \
| sudo tee /etc/apt/sources.list.d/mongodb-org-8.0.list

sudo apt update
sudo apt install -y mongodb-org

버전 확인:

mongod --version
mongosh --version

2-4. Replica Set 설정 (3대 공통)

(1) mongod 설정 백업

sudo cp /etc/mongod.conf /etc/mongod.conf.bak

(2) /etc/mongod.conf 수정 (중요)

아래 항목이 반드시 들어가야 함:

# /etc/mongod.conf

net:
  port: 27017
  bindIp: 0.0.0.0   # 실습용 (운영에서는 내부망 IP로 제한 권장)

replication:
  replSetName: rs0

(3) 서비스 재시작

sudo systemctl enable --now mongod
sudo systemctl restart mongod
sudo systemctl status mongod --no-pager

2-5. 방화벽(UFW) 사용 시 포트 허용 (방화벽 사용시)

UFW를 켜둔 환경이라면 3대 모두에서(내부망만 허용)

sudo ufw allow from 10.0.0.0/24 to any port 27017 proto tcp
sudo ufw status

2-6. Replica Set 초기화 (mongo1에서만)

(1) mongo1에서 접속

mongosh

(2) rs.initiate 실행

rs.initiate({
  _id: "rs0",
  members: [
    { _id: 0, host: "mongo1:27017" },
    { _id: 1, host: "mongo2:27017" },
    { _id: 2, host: "mongo3:27017" }
  ]
})

(3) 상태 확인

rs.status()

확인 :

  • members 3개가 보이는지
  • stateStr가 PRIMARY 1개, SECONDARY 2개인지

2-7. Primary/Secondary 확인 실습

mongo1에서:

db.hello()

출력 포인트:

  • isWritablePrimary: true 인 노드가 PRIMARY

다른 노드에서도 확인(각 서버에서 mongosh 실행):

mongosh --eval 'db.hello()'

2-8. 데이터 쓰기/복제 확인

(1) Primary에서 쓰기

(현재 PRIMARY인 서버에서 실행)

use lab
db.replica_test.insertMany([
  { msg: "write1", ts: new Date() },
  { msg: "write2", ts: new Date() }
])
db.replica_test.find()

(2) Secondary에서 읽기(읽기 허용 필요)

Secondary 노드에서:

mongosh
rs.secondaryOk()
use lab
db.replica_test.find()

확인 :

  • Primary에 쓴 데이터가 Secondary에서도 보이면 복제 OK

2-9. 장애 시뮬레이션: Primary 다운 → Failover 확인 (핵심)

(1) 현재 Primary가 누구인지 확인

아무 노드에서나:

rs.status().members.map(m => ({name:m.name, stateStr:m.stateStr}))

예: Primary가 mongo1이라고 가정

(2) Primary 서버에서 mongod 중지

Primary 서버에서:

sudo systemctl stop mongod

(3) 다른 서버에서 선출 결과 확인

예: mongo2에서

mongosh --eval 'rs.status().members.map(m => ({name:m.name, stateStr:m.stateStr}))'

확인 포인트:

  • mongo2 또는 mongo3가 PRIMARY로 승격
  • 대체로 수 초 내 변경

2-10. Failover 후 “쓰기”가 되는지 확인

새 Primary가 된 노드에서:

mongosh
use lab
db.replica_test.insertOne({ msg: "after_failover", ts: new Date() })
db.replica_test.find().sort({ ts: -1 }).limit(5)

  • “장애가 나도 서비스는 계속된다”를 체감시키는 구간

2-11. 다운된 노드 복구 및 재동기화 확인

아까 내렸던 서버(예: mongo1)에서:

sudo systemctl start mongod

다른 노드에서 상태 확인:

mongosh --eval 'rs.status().members.map(m => ({name:m.name, stateStr:m.stateStr}))'

확인 :

  • 복구된 노드는 보통 SECONDARY로 합류
  • 데이터가 자동 동기화됨

mongosh --eval 명령어 : mongo쉘에서 다음 명령어를 실행
다른 쉘을 대상으로도 사용가능한 옵션이다.

MongoDB Replica Set에서 남은 노드 중 누가 Primary가 되는 기준

Image

Image

Election에서 Primary가 되는 노드는“가장 최신 데이터 + 과반수 지지 + (설정상) 우선순위가 높은 노드”다.

아래 조건을 통과한 노드만 후보가 되고, 그중 투표로 결정.

1) 1차 조건: 살아 있고 통신 가능해야 한다

당연하지만 가장 먼저 봅니다.

  • 프로세스 정상 동작
  • 다른 노드들과 네트워크 통신 가능

❌ 죽어 있거나

❌ 네트워크로 고립된 노드는 후보 탈락

2) 2차 조건: 데이터가 “최신”이어야 한다 (가장 중요)

🔑 기준: oplog 동기화 상태

MongoDB는 각 노드에 oplog(작업 로그)를 유지합니다.

Election 시 비교하는 것:

  • “이 노드가 Primary의 마지막 쓰기까지 따라왔는가?”

결과

  • 최신 oplog를 가진 노드 → 후보 가능
  • 한참 뒤처진 노드 → 후보 탈락

👉 이게 가장 결정적인 기준

3) 3차 조건: priority 설정 (관리자가 정한 우선순위)

Replica Set 멤버에는 priority 값이 있다.

rs.conf().members

기본값:

priority: 1

예시

mongo1 priority: 2
mongo2 priority: 1
mongo3 priority: 0.5
  • priority가 높은 노드가 Primary가 될 가능성이 큼

⚠️ 단, priority가 높아도 데이터가 최신이 아니면 탈락

4) 4차 조건: 과반수 투표 확보

후보가 되었다고 끝이 아님.

  • Replica Set 전체 투표 수의 과반수(majority) 필요

예: 3대 구성

  • 과반수 = 2표

👉 자기 자신 1표 + 다른 노드 1표 이상

5) 실제 Election 흐름을 예로 보면

상황

  • mongo1 (Primary) ❌ 다운
  • mongo2, mongo3 살아 있음

Step-by-step

  1. mongo2, mongo3가 Primary 다운 감지
  2. mongo2가 후보 선언
  3. mongo3가 확인:
    • mongo2 살아 있음? ⭕
    • oplog 최신? ⭕
    • 이미 투표했나? ❌
  4. mongo3 → mongo2에게 1표
  5. mongo2 과반수 확보 → Primary 승격
  • mongo3는 Secondary 유지

6) “그럼 둘 다 최신이면?”

우선순위:

  1. priority 값
  2. Election 타이밍(먼저 요청한 쪽)
  3. 내부 타이브레이커(임의성)

👉 그래서 priority를 명시적으로 주면 예측 가능

7) 우선 순위 설정 (권장 패턴)

  • Primary가 되길 원하는 노드 → priority 높게
  • 절대 Primary가 되면 안 되는 노드 → priority: 0
rs.reconfig({
  _id: "rs0",
  members: [
    { _id: 0, host: "mongo1:27017", priority: 2 },
    { _id: 1, host: "mongo2:27017", priority: 1 },
    { _id: 2, host: "mongo3:27017", priority: 0 }
  ]
})
  • mongo3는 절대 Primary가 안 됨

점검 명령 모음

  • 전체 상태 요약:
rs.status().members.map(m => ({name:m.name, health:m.health, stateStr:m.stateStr}))
  • 내가 Primary인지:
db.hello().isWritablePrimary
  • Secondary 읽기 허용:
rs.secondaryOk()

요약

  • MongoDB는 문서 기반 NoSQL 데이터베이스로, JOIN 대신 중첩 구조를 사용해 대규모 데이터와 유연한 스키마를 효율적으로 처리한다.
  • Replica Set은 Primary/Secondary 구조와 과반수 기반 Election을 통해 장애 발생 시 자동으로 Primary를 재선출하여 서비스 중단을 최소화한다.
  • Primary 선출은 노드 생존 여부, oplog 최신성, priority 설정, 과반수 투표를 기준으로 결정되며, 이를 통해 예측 가능한 고가용성 구성이 가능하다.
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우유
Front-end Developer, Cloud Engineer
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