[Cloud Native] Chapter 1. 클라우드 네이티브 소개 - 정리⭐

📢 개발자가 클라우드에서 개발을 시작할 때 다음과 같은 어려움에 직면한다.
1. 분산 시스템의 이해
2. 새로운 기술(컨테이너와 함수)의 이해
3. 클라우드 네이티브 앱 개발 시 사용하는 패턴에 대한 이해
클라우드 네이티브 애플리케이션과 환경을 이해하는데 필요한 기본 개념과 가정을 살펴보자.

목차

• 분산 시스템
  • 분산 시스템의 오류
  • CAP 이론
• 12요소 앱
• 가용성과 서비스 수준 협약서

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1️⃣ 분산 시스템

분산 시스템(Distributed System)이란?

개별 컴퓨터들이 네트워크로 연결되어 하나의 컴퓨터로 보이는 시스템

분산 시스템을 사용하는 이유

안정성, 신뢰성, 경제성 측면에서 유리하기 때문

✅ 분산 시스템의 오류

분산 시스템에 알아가기 전에 반드시 알아야 하는 잘못되거나 근거 없는 가정에 대해 알아보자

네트워크는 안정적이다(?)

서비스들은 다른 장비들에 있기 때문에 잠재적인 네트워크 실패에 대응하도록 소프트웨어를 개발해야 한다.

네트워크 지연이 없다(?)

지연은 데이터를 받을 때 까지 걸리는 데이터 수신 시간으로 거리와 부하에 따라 변동된다.

대역폭은 무한대다(?)

단위 시간 동안 대규모의 데이터 전송량을 고려해 설계해야 한다.

네트워크는 안전하다(?)

보안에 항상 높은 우선 순위를 두고, 진단과 보안을 고려해야 한다.

토폴로지는 변하지 않는다(?)

💡토폴로지(topology)란?
컴퓨터 네트워크 요소들을 물리적으로 연결한 것 또는 연결한 방식

 

자원 소모량, 요청량 등에 따라 장비는 유동적이어야 한다.

관리자는 한 명이다(?)

최신 데브옵스는 한 명이 아닌 여러 명이 배포 관리, 디커플링, 로깅, 모니터링을 수행한다.

전송 비용이 없다(?)

네트워크의 전송은 보통 응답 시 부과하며, 페이로드를 오브젝트로 변환하는 비용(직렬화, 역직렬화)도 고려해야 한다.

네트워크는 동등하다(?)

대부분 개발 시 네트워크의 서로 다른 프로토콜을 고려해 개발해야 한다.

✅ CAP 이론

분산 시스템은 일관성(C), 데이터의 고가용성(A), 네트워크 파티션(P) 중 2가지만 만족한다

네트워크 공유 데이터 시스템에서 네트워크 장애는 언제든 발생할 수 있으므로, P는 항상 보장해야 한다.

실제 네트워크 분산 환경에서는 일관성과 고가용성 중 하나를 선택해야 한다.

💡CAP 모두 만족하는 것은 이론상 또는 단일 노드에서만 가능하다.

• PC : SQL DBMS, ACID
• PA : NoSQL DBMS

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2️⃣ 12요소 앱

12요소 앱이란?

클라우드 환경에 최적화된 소프트웨어를 개발하기 위한 12가지 원칙

1. 코드베이스 : 하나의 코드베이스와 다양한 배포

애플리케이션 당 하나의 코드베이스, 여러 배포 환경(CI / CD)으로 이루어진다.

2. 종속성 : 명시 선언, 종속성 분리

환경 차이로 종속성을 잃어버리지 않도록 언어 별 종속성 관리자(npm, maven)를 항상 사용해야 한다. 보통 컨테이너 내부에 종속성 패키징을 한다.

3. 설정 : 코드와 설정의 분리

설정 변경 시 코드 재빌드를 방지하기 위해 설정은 환경 변수 또는 쿠버네티스의 ConfigMap 외부 설정을 이용한다.

4. 백엔드 서비스

DB, 캐시 등은 외부 리소스로 간주해 외부 설정 정보(네트워크 주소, 접근 키)로 연결해 결합도를 낮춰야 한다.

5. 빌드, 릴리즈, 실행

CI/CD로 빌드와 릴리즈를 자동화해 실행과 분리해야 한다.

6. 프로세스 : 상태가 없는 프로세스 실행

상태가 없는 앱 실행, 상태는 외부에 저장해 클라우드의 탄력성 보장

7. 데이터 격리 : 각 서비스가 자신의 데이터 관리

각 서비스는 자신의 DB외 다른 서비스의 DB는 API를 통해서 접근해야 한다.

8. 동시성 : 수평적 확장

앱은 독립적인 프로세스 단위로 수평 확장이 가능해야 한다. 이를 통해 확장과 자원 사용량을 개선할 수 있다.

9. 폐기 가능 : 빠른 시작과 안전한 종료

컨테이너와 함수는 빠른 시작 시간과 안전한 종료를 제공한다.

10. 개발/실서비스

서비스의 모든 종족성을 패키징한 컨테이너를 통해 일관성 있는 환경을 유지해야 한다.

11. 로그

로그는 이벤트 스트림으로 간주하므로 외부 시스템에 저장 및 관리

12. 관리 프로세스

수명이 짧은 프로세스로 관리 작업 실행

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3️⃣ 가용성과 서비스 수준 협약서

클라우드 네이티브 앱 종류

• 애플리케이션 조합(일반적) : 컨테이너, 함수
• 매니지드 클라우드 서비스 : DBaaS, 캐싱 서비스, 인증 서비스

서비스 수준 협약서(SLA: service-level agreement)란?

클라우드 서비스 제공자가 안정적으로 제공할 수 있는 약속한 수치 보통 연간 실행 시간으로 측정

통합 SLA은 전체 서비스의 가용성을 고려하므로, SLA이 가장 낮은 개별 서비스와 같거나 작다.

SLA 서비스 가용성 계산

통합 SLA는 개별 서비스 SLA들의 곱이다.

서비스1, 2의 가용성이 각각 99.95%, 99.90%일 때, 근사 공식에 따라 SLA는 99.85%이다.

S1 = 99.95, E1 = 0.05, S2 = 99.90, E2 = 0.10

S1 * S2 = 1 - (E1 + E2) + E1*E2 = 1 - 0.15 = 0.85

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정리

• 분산 시스템 : 개별 컴퓨터를 네트워크로 연결한 전체 시스템 안전성, 신뢰성, 경제성 측면에서 유리함
• 분산 시스템의 오류
  • 네트워크는 안정적이지 않다 : 잠재적 네트워크 실패 대응 필요
  • 네트워크는 지연될 수 있다 : 데이터 수신 시간은 거리와 부하에 따라 지연될 수 있다.
  • 대역폭은 무한하지 않다 : 단위 시간 동안의 대규모 데이터 전송량을 고려해야 한다.
  • 네트워크는 안전하지 않다 : 진단과 보안을 고려해야 한다.
  • 토폴로지는 변한다 : 상황에 따라 장비의 유동성/탄력성이 필요하다.
  • 관리자는 여러명이다 : 여러 명이 배포관리, 디커플링, 로딩, 모니터링을 진행해야 한다.
  • 전송 비용은 유료다 : 요청은 무료, 응답은 유료
  • 네트워크는 동등하지 않다 : 서로 다른 프로토콜 존재
• CAP 이론 : 분산 시스템은 일관성(C), 데이터의 고가용성(A), 네트워크 파티션(P) 중 2가지만 만족한다 네트워크 공유 데이터 시스템은 항상 P가 발생하므로 P를 보장하는 것을 전제로 PA(SQL DBMS, ACID) 또는 PC(NoSQL DBMS)로 구성할 수 있다.
• 12요소 앱
  1. 코드베이스 : 하나의 코드베이스와 다양한 배포(CI/CD)
  2. 종속성 : 명시 선언, 종속성 분리를 위해 컨테이너 내부에 종속성 패키징(npm, maven)
  3. 설정 : 코드와 설정의 분리, 설정 변경 시 코드 재빌드 불필요해짐(외부 설정 지원 : 쿠버네티스 ConfigMap)
  4. 백엔드 서비스 : DB, 캐시 등은 별도의 외부 서비스로 연결해 결합도를 낮춤
  5. 빌드, 릴리즈, 실행 : CI/CD를 이용한 빌드와 릴리즈의 자동화해 실행과 분리
  6. 프로세스 : 상태가 없는 앱 실행, 상태는 외부에 저장해 클라우드의 탄력성 보장
  7. 데이터 격리 : 자신의 DB 외에는 API를 통해서 접근
  8. 동시성 : 수평적 확장 가능한 독립 단위 → 확장과 자원 사용량 개선
  9. 폐기 기능 : 빠른 서비스 시작과 안전한 종료
  10. 개발/실서비스 일치 : 서비스의 모든 종속성을 패키징해 일관성 있는 환경 유지
  11. 로그 : 로그는 이벤트 스트림으로 간주하므로 외부 시스템에 저장 및 관리
  12. 관리 프로세스 : 수명이 짧은 프로세스로 관리 작업 실행
• 클라우드 네이티브 앱 종류
  • 애플리케이션 조합(일반적) : 컨테이너, 함수
  • 매니지드 클라우드 서비스 : DBaaS, 캐싱 서비스, 인증 서비스
• SLA의 가용성
  • 통합 SLA는 SLA이 가장 낮은 개별 서비스와 같거나 작다.
  • 통합 SLA는 개별 서비스 SLA를 곱한 값이며, 근사 공식을 적용할 수 있다.