1️⃣ 단일 서버
- 사용자는 도메인 이름(api.mysite.com)을 이용하여 웹사이트에 접속함
- 이 접속을 위해서는 도메인 이름을 DNS에 질의하여 IP 주소로 변환 과정 필요
- DNS는 보통 3사업자가 제공하는 유료 서비스를 이용하게 됨
- DNS 조회 결과로 IP 주소(15.125.23.214)가 반환됨
- 해당 IP 주소로 HTTP 요청이 전달됨
- 요청을 받은 웹 서버는 HTML 페이지나 JSON 형태의 응답을 반환함
2️⃣ 서버 확장
사용자가 늘면 서버 하나로는 충분하지 않아서 여러 서버를 두어야 함 (웹/모바일 트래픽 처리용, 데이터베이스용)
웹/모바일 트래픽 처리 서버(웹 계층)와 데이터베이스 서버(데이터 계층)를 분리하면 그 각각을 독립적으로 확장해 나갈 수 있게 됨
RDBMS vs NoSQL
수직적 규모 확장 vs 수평적 규모 확장
서버에 유입되는 트래픽 양이 적을 때는 수직적 확장이 좋은 선택이지만, 몇 가지 단점이 존재
- 한계가 있음 (하나의 서버에 CPU나 메모리를 무한대로 증설할 방법은 없음)
- 장애에 대한 자동복구 방안이나 다중화 방안을 제시하지 않음 (서버에 장애가 발생하면 웹사이트/앱은 완전히 중단됨)
-> 대규모 애플리케이션을 지원하는 데는 수평적 규모 확장법이 보다 적절함
로드밸런서
사용자는 로드밸런서의 공개 IP 주소로 접속함 -> 웹 서버는 클라이언트의 접속을 직접 처리하지 않게 됨
더 나은 보안을 위해, 서버 간 통신에는 사설 IP 주소가 이용됨
사설 IP 주소는 같은 네트워크에 속한 서버 사이의 통신에만 쓰일 수 있는 IP 주소로, 인터넷을 통해서는 접속할 수 없음
로드밸런서는 웹 서버와 통신하기 위해 사설 IP 주소를 이용함
데이터베이스 다중화
보통은 서버 사이에 주(master)-부(slave) 관계를 설정하고, 데이터 원본은 주 서버에 사본은 부 서버에 저장하는 방식을 사용함
쓰기 연산(insert, delete, update 등)은 마스터에서만 지원하며, 부 DB는 주 DB로부터 그 사본을 전달받으며 읽기 연산만을 지원함
-> 대부분의 애플리케이션은 읽기 연산의 비중이 쓰기 연산보다 훨씬 높기 때문에, 부 DB의 수가 주 DB의 수보다 많음
- 더 나은 성능: 모든 데이터 변경 연산은 주 DB 서버로만 전달되는 반면, 읽기 연산은 부 DB 서버들로만 분산됨 -> 병렬로 처리될 수 있는 쿼리의 수가 늘어나므로 성능 좋아짐
- 안정성: DB 서버 가운데 일부가 파괴되어도 데이터는 보존됨
- 가용성: 데이터를 여러 지역에 복제해 둠으로써, 하나의 DB 서버에 장애가 발생하더라도 다른 서버에 있는 데이터를 가져와 계속 서비스할 수 있게 됨
3️⃣ 응답시간 개선
응답시간은 캐시를 붙이고 정적 컨텐츠를 콘텐츠 전송 네트워크(CDN)으로 옮기면 개선할 수 있음
캐시
값비싼 연산 결과 또는 자주 참조되는 데이터를 메모리 안에 두고, 뒤이은 요청이 보다 빨리 처리될 수 있도록 하는 저장소
-> 애플리케이션의 성능은 데이터베이스를 얼마나 자주 호출하느냐에 크게 좌우되는데, 캐시는 그런 문제를 완화할 수 있음
- 어떤 데이터를 캐시에 두어야 하는가?
- 캐시 서버가 재시작되면 모든 데이터는 삭제되기 때문에, 일시적으로 보관할 데이터
- 캐시에 보관한 데이터는 어떻게 만료되는가?
- 만료 정책을 마련해두는 게 좋음
- 만료 기한이 너무 짧으면 곤란한데, DB를 너무 자주 읽게 될 것이기 때문
- 너무 길어도 원본과 차이가 날 가능성이 존재함
- 일관성은 어떻게 유지되는가?
- 데이터 저장소의 원본과 캐시 내 사본이 같은지
- 장애에는 어떻게 대처할 것인가?
- 캐시 서버를 한 대만 두는 경우, 단일 장애 지점(SPOF) 될 수 있음
- SPOF란 어떤 특정 지점에서의 장애가 전체 시스템의 동작을 중단시켜버릴 수 있는 경우를 뜻함
- SPOF를 피하려면 여러 지역에 걸쳐 캐시 서버를 분산시켜야 함
- 캐시 메모리는 얼마나 크게 잡을 것인가?
- 너무 작으면 데이터가 너무 자주 캐시에서 밀려나버려 캐시 성능이 떨어지게 됨
- 데이터 방출 정책은 무엇인가?
- 캐시가 꽉 차버리면 추가로 캐시에 데이터를 넣어야 할 경우 기존 데이터를 내보내야 함
- 가장 널리 쓰이는 정책은 LRU이며, LFU나 FIFO도 쓰일 수 있음
콘텐츠 전송 네트워크(CDN)
정적 콘텐츠를 전송할 때 쓰이는 지리적으로 분산된 서버의 네트워크로, 이미지, 비디오, CSS, JS 파일 등을 캐시할 수 있음
- 사용자 A가 이미지 URL을 이용해 image.png에 접근함 (URL의 도메인은 CDN 서비스 사업자가 제공한 것)
- CDN 서버의 캐시에 해당 이미지가 없는 경우, 서버는 원본 서버에 요청하여 파일을 가져옴
- 원본 서버는 웹 서버일 수도 있고 아마존 S3 같은 온라인 저장소일 수도 있음
- 원본 서버가 파일을 CDN 서버에 반환함
- 응답의 HTTP 헤더에는 해당 파일이 얼마나 오래 캐시될 수 있는지를 설명하는 TTL 값이 들어있음
- CDN 서버는 파일을 캐시하고 사용자 A에게 반환함 (이미지는 TTL에 명시된 시간이 끝날 때까지 캐시됨)
- 사용자 B가 같은 이미지에 대한 요청을 CDN 서버에 전송함
- 만료되지 않은 이미지에 대한 요청은 캐시를 통해 처리됨
4️⃣ 무상태(stateless) 웹 계층
상태 정보 의존적인 아키텍처
상태 정보를 보관하는 서버는 클라이언트 정보, 즉 상태를 유지하여 요청들 사이에 공유되도록 함
사용자 A의 세션 정보나 프로파일 이미지 같은 상태 정보는 서버1에 저장되기 때문에,
사용자 A를 인증하기 위해 HTTP 요청은 반드시 서버1로 전송되어야 함
-> 같은 클라이언트로부터의 요청은 항상 같은 서버로 전송되기 위해, 로드밸런서는 고정 세션이라는 기능을 제공함
고정 세션 기능은 로드밸런서에 부담을 주며, 로드밸런서 뒷단에 서버를 추가하거나 제거하기도 까다로워지고 서버 장애를 처리하기도 복잡해짐
무상태 아키텍처
상태 정보가 필요한 경우 공유저장소로부터 데이터를 가져옴
공유 저장소는 관계형 데이터베이스일 수도 있고, Memcached/Redis 같은 캐시 시스템일 수도 있으며, NoSQL일 수도 있음
5️⃣ 데이터 센터
가용성을 높이고 전 세계 어디서도 쾌적하게 사용할 수 있도록 하기 위해서는 여러 데이터 센터를 지원하는 것이 필수적임
장애가 없는 상황에서 사용자는 가장 가까운 데이터 센터로 안내되는데, 이 절차를 지리적 라우팅이라고 함
지리적 라우팅에서의 geoDNS는 사용자 위치에 따라 도메인 이름을 어떤 IP 주소로 변환할지 결정할 수 있도록 해주는 DNS 서버임
- 트래픽 우회
- 올바른 데이터 센터로 트래픽을 보내는 효과적인 방법을 찾아야 함
- 데이터 동기화
- 데이터 센터마다 별도의 DB를 사용하고 있는 상황이라면, 장애가 자동으로 복구되어 트래픽이 다른 DB로 우회된다고 해도 해당 데이터 센터에는 찾는 데이터가 없을 수도 있음
- 이를 대비하기 위해 데이터를 여러 데이터센터에 걸쳐 다중화해야 함
- 테스트와 배포
- 여러 데이터 센터를 사용하도록 시스템이 구성된 상황이라면, 웹 사이트 또는 애플리케이션을 여러 위치에서 테스트 해보는 것이 중요함
- 자동화된 배포 도구는 모든 데이터 센터에 동일한 서비스가 설치되도록 하는 데 중요한 역할을 함
메시지 큐
메시지의 무손실(메시지 큐에 일단 보관된 메시지는 소비자가 꺼낼 때까지 안전히 보관된다는 특성)을 보장하는, 비동기 통신을 지원하는 컴포넌트
- 생산자(발행자)라고 불리는 입력 서비스가 메시지를 만들어 메시지 큐에 발행함
- 큐에는 보통 소비자(구독자)라고 불리는 서비스(or 서버)가 연결되어 있는데, 메시지를 받아 그에 맞는 동작을 수행하는 역할을 함
- 메시지 큐를 이용하면 서비스(or 서버) 간 결합이 느슨해져서, 규모 확장성이 보장되어야 하는 안정적 애플리케이션을 구성하기 좋음
-> 생산자는 소비자 프로세스가 다운되어 있어도 메시지를 발행할 수 있고, 소비자는 생산자 서비스가 가용한 상태가 아니더라도 메시지를 수신할 수 있음
