2) 빅데이터 플랫폼 아키텍처에 대하여.. 하둡을 알아보자

전 포스팅(1편)에서 BDP를 큰 관점에서 훑어보았는데 개인적인 사정으로 2편이 조금 늦어졌다. 그래도 시작한 김에 꾸준히 연재해보고자 한다.

데이터가 부각되면서 저장소의 개념과 종류도 많아지고 여러가지를 적재적소에 조합하여 사용하는 시대가 왔다. 기존의 서비스 트랜잭션들은 RDB로 했어야했지만 이는 성능보다는 안정성에 우선이 된다. 방대한 양의 데이터를 pk가 존재하는 RDB에 운영이 되고 있는 데이터에 넣자니 CPU나 memory가 감당할 수 없고 결국에는 HDFS라는 파일시스템으로 저장하는 하둡이 확고히 정착되었다.

하둡은 HDFS로 저장하며 말 그대로 파일시스템으로 저장한다. 단일 머신이 아닌 n개의 머신을 묶어서 분산하여 데이터가 저장된다.

먼저 위키독스에 올라온 하둡 아키텍처를 보자.

분산 저장소라는 것은 서버(머신)이 n개가 묶여서 동작한다는 것이다.

이 하둡에 여러가지 에드온들이 달리긴 하지만 가장 필수적인 것부터 하나씩 알아보자.

하둡은 네임노드와 데이터노드로 구성되어있다.

먼저 데이터 노드는 실제로 데이터가 저장되는 서버다. 데이터 노드가 10대가 실행중이다는 말은 10개의 서버에서 각각 10개의 데이터 노드가 올라와있다는 것을 의미한다. "A라는 파일을 하둡에 저장해라!"라는 명령이 떨어지면 block size 설정에 의해 n개의 조각으로 쪼개지고 이 n개의 파일은 각각 replication 설정(만약 replica가 3이라면)에 의해 3개의 복제본(원본포함 3개)이 random으로 각 데이터 노드에 저장이 된다.

과거에 데이터 사이즈(파일 사이즈)가 작았을 때는 block size가 32~64MB 정도 수준이었으나 지금은 128~256MB가 default로 많이 사용된다. 더 잘게 쪼개는 것이 좋을지, 큰 덩어리로 쪼개는 것이 좋을지는 서비스의 상황에 따라 다르겠지만 아무래도 큰 덩어리로 쪼개도 충분하다면 네트워크 IO라던지, 어느 노드에 데이터가 저장되어있는지(meta information)의 정보가 가벼워질 수 있다.

결론은 데이터노드는 데이터가 저장되는 곳이다. 그럼 네임노드는 무얼 하는 친구들일까? 네임노드는 실제로 데이터가 저장되는 서버가 아니다. 어느 데이터노드에 어떤 데이터가 저장되어있는지, 데이터 노드의 health check라던지 이런 meta성 정보를 스스로 저장하고 관리한다. 

그럼 데이터노드가 죽을 경우는 어떻게 될까? 

만약 1개의 서버가 down되었을 경우 다른 서버에 해당 데이터의 복제본이 존재하기 때문에 문제가 되지 않는다. 물론 재수없게 해당 복제본이 한 노드에 몰빵이 되어있을 경우는 문제가 될 수 있지만 보통은 최소 수십대 이상을 묶어놓기 때문에 동일한 복제본이 한 서버에 들어갈 확률은 그리 높지않다.

만약 네임노드가 죽는다면 어떻게 될까?

사람으로 치면 뇌(메타정보를 들고있는)가 꺼지는 것이다. 당연히 위험하다.

하둡을 설치할 때 네임노드를 어떻게 할 것인지를 선택해야한다. 

1. NameNode+Secondary NameNode 형태로 설치

이 경우는 네임노드가 2대라고해서 한대가 꺼졌을 때 복구해주는 구조가 아니다. Secondary NameNode는 check point 역할을 할 뿐 Name node를 대체하지 못한다. DB에서 처럼 단지 edit log 등을 들고있을 뿐이다. 즉 장애상황에서는 위험하기 때문에 별도로 이러한 정보를 들고 있는 네임스페이스 이미지를 백업을 해둔다면 어떻게든 복구가 가능은 하겠지만 운영상황에서 크리티컬 장애를 만날 경우 복구를 못할 가능성을 항상 염두해야한다.

2. NameNode HA(High Availability) 구성

이 경우에는 세컨더리 네임노드 없이 NameNode를 HA구성하는 것이다. 당연히 한대는 Active, 한대는 StandBy 형태로 되어있다. 액티브가 죽으면 스탠바이가 살아날 것이고 (물론 그 시간 동안은 장애다. 어쩔 수 없는...) StandBy가 Active가 되면서 고장난 서버를 고쳐서 다시 띄우면 된다. 이를 위해 ZKFC(ZKFailoverController)라는 것도 각 네임노드에 띄워주긴 해야하지만 실행만 하면되는 간단한거라서 pass.

HA 구성 방법은 링크를 참고하자.(링크)

주키퍼(Zookeeper)

네임노드가 죽었으니 빨리 대체 네임노드를 띄워야 하거나, 혹은 왜 복제본은 3개인지(홀수) 이런 것은 주키퍼(zookeeper)라는 분산 코디네이터(프레임워크)가 도와준다. 보통 분산 환경에서는 주키퍼는 필수이다. 예를 들어서 1개의 파일을 3개로 쪼개서 저장했는데 내부적인 문제로 1개의 사본이 잘못된 정보를 들고 있다면 다수결을 통해서 "1개가 잘못되었으니 2개짜리가 진짜 정보다" 라는 것을 판단할 수 있고 주키퍼와 각 서버가 통신하며 "네가 보내주는 health 정보가 정상이 아니구나.. 잠깐 내려가서 쉬고 있으렴" 이런 역할을 수행할 수 있다.

주키퍼의 경우 크게 만질 것도 없고 보통 3대 서버에 주키퍼를 설치해놓는다면 주키퍼를 사용하는 프레임워크들에서 이 주키퍼 클러스터를 함께 써도 안전하게 사용이 가능해보인다. 가령 하둡과 카프카, 스파크 스트리밍 등을 한대의 주키퍼 클러스터를 써도 대용량의 처리를 하지 않는다면 괜찮아보인다.)

지금까지 네임노드, 데이터노드, 주키퍼를 언급했는데 여기까지가 끝이 아니다. 단순히 데이터를 저장하는 것이 끝이 아니기 때문이다. 컴퓨터(서버)는 각각이 cpu 코어와 memory, disk를 갖고있기 때문에 이 자원들을 사용해야한다. 이를 위해 알아야할 것이 노드매니저, 리소스매니저다.

네임노드는 그래도 뇌역할을 하니까 연산작업을 안시키더라도 데이터노드들의 리소스들은 가만히 두면 너무 아깝다. 심지어 데이터를 들고 있으니 연산을 하기 최적의 서버들이다. 이 리소스들을 사용하기 위해서 각 데이터노드들에서 노드매니저에서 설정하고 띄워줘야한다.

정리하면 데이터노드들에서는 데이터노드와 노드매니저가 반드시 떠있어야한다고 보면되고 노드매니저는 향후 리소스매니저(yarn, mesos 등)에서 리소스를 사용할 수 있도록 관리자 역할을 한다.

여기서 멈출까 하다가.. 더 추가해서 과거에는 하드웨어 성능이 좋지 않았고 초창기에는 disk 연산방식을 많이 썼다. 각 데이터노드의 disk에서 데이터를 불러와서 연산하고 다시 disk에 쓰고.. 이러한 MR(mapreduce) 방식으로 처리했지만 요즘은 RAM이 너무 좋아져서 Spark(In-memory 방식)가 확고하게 자리를 잡았다. 아무리 ssd라 할지라도 memory보다 빠를 순 없고  Network I/O를 줄이는 것은 한계가 있기 때문에 Disk I/O 시간을 줄이는 것은 확실하게 성능 보장을 할 수 있으니까..

또한 데이터를 하둡에 저장할 때 text로 저장할건지, parquet, orc 등으로 저장가능하다. 이러한 부분이 참 편리하다.

예를 딱 한가지만 더 들고 이번 포스팅은 마무리..

예를 들어서 어떤 데이터에 대해 Group by 명령을 수행하면 대충 이러한 일련의 과정을 거친다. 각 데이터 노드에 존재하는 데이터들을 Disk에서 Memory로 올리고 Key 연산을 위해 Network I/O도 일어나고 그 결과를 다시 HDFS로 저장한다. 이러한 과정이 매우 크고 길 경우 Disk I/O는 꽤나 큰 비효율을 발생시키기 때문에 In-Memory 방식으로 처리하면 좋을 것이다. 또한 A노드에서 B노드에 존재하는 데이터가 필요할 경우 Network I/O가 발생할 것인데 만약 모든 노드에 특정 데이터가 필요할 경우도 있을 것이고 반복해서 이러한 suffle이 발생하는 것도 큰 비효율성을 낳는다. 따라서 최적화가 필요하다. 이러한 작업을 MR로 할건지, Spark로 처리할 건지는 다음 포스팅에서 설명해보도록 하자. Spark 위주가 될 것이며 쉽게 인메모리 연산엔진이라고 보면 된다. (요즘 MR은 거의 안쓴다. 자바로 짜는 것도 복잡하고.. 길어진다.) 

이번 시간에는 하둡에 대해서 간단하게 알아봤는데 권한이나 복제방식 등을 다 서술하기에는 너무 많아진다. 단지 리눅스 경로처럼 파일에 접근이 가능하고 사용할 수 있기 때문에 사용법은 아주 쉽고 권한의 경우는 Hue, Hive에서 막는 것이 가장 간단하고 쉬워보인다. 내가 설계한다면 하둡을 리소스 매니저 UI page말고는 열어주지 않는 것이 향후 관리에 편해지는 것 같다. (다른이에게 데이터를 오픈할 경우에는 Hue와 Hive를 통해서만 접근이 가능하도록...)

쓰다보니 너무 의식의 흐름대로 쓰고 말았다.. 다음에는 더 집중하고 정리해서 쓰는걸로..