Redis를 좀 더 자세하게.

지난번 게시글에서는 NoSQL에 대한 기본 개념과 종류에 대해서 정리했습니다.

이번에는 더 나아가서 대표적인 NoSQL이 가지는 아키텍처를 정리합니다. 오늘은 Redis에 대해 좀 더 정리하려고합니다.

Redis란.

• 고 성능의 키-값 데이터 구조 스토어입니다.
• 여러 자료구조를 지원하며 크게 String, Set, Sorted Set, Hash, List 등의 데이터 형식을 지원합니다.

Redis 특징

• 영속성을 지원하는 인메모리 데이터 저장소

  • 왜 영속성을 제공하는지는 아래에서 설명합니다.

• 읽기 성능 증대를 위한 서버 측 복제를 지원합니다.

  • 전체 데이터베이스의 초기 복사본을 받는 마스터/슬레이브 복제를 지원합니다.
  • 마스터에서 쓰기가 수행되면 슬레이브 데이터 세트를 실시간으로 업데이터하기 위해 연결된 모든 슬레이브로 전송됩니다.
• 쓰기 성능 증대를 위한 클라이언트 측 샤딩(Sharding)을 지원합니다.
• String, Set, Sorted Set, Hash, List 과 같은 다양한 데이터형을 지원합니다.

샤딩(Sharding)

파티셔닝과 동일하며, 같은 테이블 스키마를 가진 데이터를 다수의 데이터베이스에 분산하여 저장하는 방법을 의미합니다.

Redis 특징

Key-Value Store

• Redis는 거대한 맵(Map) 데이터 저장소입니다.
• Redis는 익히기 쉬우며 직관적입니다. 그러나, 데이터를 레디스 자체 내에서는 처리하기 어렵습니다.

다양한 데이터 타입

• String, Set, Sorted Set, Hash, List 등의 타입을 지원합니다.

Persistence

• Redis는 영속성을 가집니다.
• Redis는 데이터를 disk에 저장할 수 있습니다. 따라서 Redis는 서버가 강제 종료되고 재시작하더라도 disk에 저장해놓은 데이터를 다시 읽어서 데이터가 유실되지 않습니다.

• redis의 데이터를 disk에 저장하는 방식은 snapshot, AOF 방식이 있습니다.

  • Snapshot : RDB와 비슷하게 어떤 특정 시점의 데이터를 Disk에 담는 방식을 뜻합니다. Blocking 방식의 SAVE와 Non-blocking 방식의 BGSAVE 방식이 있습니다.
  • AOF : Redis의 모든 write/update 연산 자체를 모두 log 파일에 기록하는 형태입니다. 서버가 재시작 시 write/update를 순차적으로 재실행하고 데이터를 복구합니다.
  • 가장 좋은 방식은 두 방법을 혼용해서 사용하는 방법으로 주기적으로 snapshot으로 백업을 하고 다음 snapshot까지의 저장을 AOF 방식으로 수행하는 방식입니다.

ANSI C로 작성

• C언어로 작성되어 Java와 같이 가상머신 위에서 동작하는 언어에서 발생하는 성능 문제에서 자유롭습니다.

서버측 복제 및 샤딩 지원

• 읽기 성능 증대를 위해 서버 측 복제를 지원합니다.
• 쓰기 성능 증대를 위해 클라이언트 측 샤딩을 지원합니다.

Redis의 장점

• 리스트, 배열과 같은 데이터를 처리하는데 유용합니다.
• Message Queue, Shared Memory, Remote Dictionary(RDBMS의 캐시 솔루션 / read 속도가 매우 빠릅니다.) 용도로 사용됩니다.
• 메모리를 활용하면서 데이터를 보존합니다.
• Redis Server는 1개의 싱글 쓰레드로 수행되며, 서버 하나에 여러개의 서버를 띄우는 것이 가능합니다.

Redis 아키텍처, 구성

• HA(High Availability) : 무중단 서비스 등

Standalone : No HA, 마스터

• 레디스 서버 1대로 구성하며 이를 마스터 노드라고 합니다.
• 서버 다운시 AOF 또는 Snapshot 파일을 이용해 재 시작합니다.

Replication : Half HA, 마스터-슬레이브

• 레디스 서버 2대(마스터-슬레이브)로 구성됩니다. 슬레이브는 마스터의 데이터를 실시간으로 전달받아 보관합니다.
• 마스터 다운 시 슬레이브 서버를 통해 서비스를 계속할 수 있습니다. 하지만, 이때는 수동으로 슬레이브 서버를 마스터로 변경해야합니다.
• 한 마스터에 슬레이브를 여러 대 구성할 수 도 있습니다.

이중화 + 센티널(Sentinel) : HA, 무중단 서비스 가능

• 마스터-슬레이브 구성에 센티널을 추가해서 각 서버를 감시하도록하며, 센티널은 마스터 서버를 감시하고 있다가 다운되면 슬레이브를 마스터로 승격시킵니다.
• 다운된 마스터가 다시 시작되면 센티널이 슬레이브로 전환시킵니다.
• 레디스 마스터 노드가 모든 데이터를 가지고 있으며 슬레이브는 마스터에 대한 복제본을 유지하고 있으며, 데이터를 분산하지 않습니다.
• 일반적으로 레디스 센티널은 레디스 서버마다 하나씩 설치하며, 레디스 서버와 분리된 프로세스이며 다른 포트를 사용합니다. (데이터를 처리하지 않습니다.)
• 레디스 센티널은 높은 가용성과 자동 fail over 을 해결하지만 데이터 분산 문제를 해결하지 못합니다.

Redis Sentinel Docker

레디스 클러스터(Cluster) : HA, 무중단 서비스 가능

머신 하나가 죽었을 시 해결이 됩니다. 다만 두개가 죽으면 해결이 안됩니다.

위의 문제를 해결하는 방법입니다.

• 샤딩

  • 클라스터는 샤딩(sharding, 대량의 데이터를 처리하기 위해 여러 개의 데이터베이스에 분할하는 기술) 방법을 제공하는 방법입니다.
  • 100개의 데이터를 1번 마스터에 33개, 2번 마스터 33개, 3번 마스터에 나머지 34개가 저장되는 방식입니다.

• Hash 함수

  • 데이터를 나누는 방식은 키에 hash 함수를 적용해서 값을 추출하고, 이 값을 각 마스터 서버에 할당합니다.
  • 클러스터 구성시 해쉬 함수를 통해서 1~33까지를 1번 서버, 34~ 66번까지를 2번 서버, 3번 서버는 또 다르게 할당됩니다.

• 해시 슬록(16384 슬롯)

  • 레디스에서 hash 값의 개수는 16384(0~16383)이고 슬롯(slot)이라고 합니다.

• 해시 태그

  • 다중 키 작업을 진행하려면 동일 노드에 저장될 모든 키가 필요합니다. 해시 태그는 레디스 클러스터에서 다중키를 사용할 수 있는 유일한 방법입니다.
  • 해시 함수를 적용해 동일한 해시 슬롯에 여러 개의 키 이름을 저장할 수 있도록 사용됩니다.

• 레디스 클라이언트

  • 클라이언트는 서버와 동일한 hash 함수를 가지고 있으며 마스터 서버에 접속해서 각 서버에 할당된 슬롯 정보를 가지고 있습니다.
  • 키가 입력되면 hash 함수를 적용해서 어느 마스터에 저장할지 판단해서 해당 마스터에 저장합니다.

• 데이터 서버 + 센티널

  • 각 마스터 서버는 데이터의 처리와 센티널의 역할을 같이수행합니다.
  • 1번 마스터 서버가 다운되면 나머지 살아있는 마스터들 중에서 리더를 선출해서 리더가 1번 마스터의 슬레이브를 마스터로 승격시킵니다.

• 최소 3대

  • 마스터 서버는 최소 3대로 구성하고 각각은 슬레이브를 가질 수 있습니다.
• 마스터를 관리하는 마스터는 없습니다. 이는 또 하나의 장애점입니다.
• 레디스가 사용하는 포트는 2개이며 하나는 클라이언트 하나는 노드 간의 통신을 위한 버스로 사용됩니다.

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출처

• Redis란 무엇인가
• Redis Concept
• Redis Architecture Overview
• Redis 구조
• 레디스 소개 및 아키텍처, 주의할 점
• Redis - Cluster & Sentinel
• Redis Command
• Redis Enterprise Cluster Architecture