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DB Replication에 대해서 설명해주세요.

(2025.01.02)

 

 

DB Replication은 데이터베이스의 데이터를 복제하여 여러 서버에 분산 저장하는 기술입니다. DB Replication은 데이터베이스의 안정성과 성능을 향상시키는 중요한 기술로, 대규모 시스템에서 특히 유용하게 활용됩니다

보통 마스터-슬레이브 구조로, 하나의 마스터 데이터베이스와 하나 이상의 슬레이브 데이터베이스로 구성됩니다.

마스터 데이터베이스는 주로 쓰기 작업을 맡고 슬레이브 데이터베이스는 읽기 작업을 담당합니다.

복제는 주로 비동기 방식으로 이루어지며 마스터 데이터베이스의 변경 사항이 슬레이브 데이터베이스로 복제되어 동기화됩니다.

마스터 데이터베이스의 변경사항은 바이너리 로그에 기록되어 슬레이브로 전송됩니다.

이를 통해 여러 개의 데이터베이스 인스턴스가 동일한 데이터를 유지하도록 하며, 데이터 가용성과 성능, 안정성을 높이는 데 사용됩니다.

세부적으로 설명하자면

• 부하 분산
  읽기 작업을 여러 슬레이브 서버로 분산시켜 전체 시스템의 성능을 향상시킵니다.
• 고가용성
  마스터 서버에 장애가 발생해도 슬레이브 서버를 통해 서비스를 계속할 수 있습니다.
• 데이터 백업
  실시간으로 데이터를 복제하여 백업 역할을 합니다.
• 확장성
  필요에 따라 슬레이브 서버를 추가하여 쉽게 확장할 수 있습니다.

다만 시스템 설계와 운영의 복잡성을 증가시킬 수 있으며, 여러 제한사항과 문제를 동반할 수 있어 주의해야 합니다.

• 복잡성 증가
  설정과 관리가 복잡해질 수 있으며 여러 복제본을 동기화하는 것이 어려울 수 있습니다.
• 비용 증가
  추가적인 하드웨어, 소프트웨어, 저장 공간이 필요하여 비용이 증가할 수 있습니다.
• 데이터 일관성 문제
  복제 지연으로 인해 복제본 간의 데이터 불일치가 발생할 수 있고 이를 해결하기 위한 추가적인 노력이 필요합니다.
• 성능 저하 가능성
  쓰기 작업의 경우 모든 복제본에 변경사항을 적용해야 하므로 성능이 저하될 수 있습니다.
• 네트워크 부하 증가
  데이터 동기화를 위해 네트워크 트래픽이 증가할 수 있습니다

DB 리플리케이션은 고가용성, 성능 향상, 데이터 보안 강화 등 많은 이점을 제공하지만 복잡성과 비용 증가, 데이터 일관성 관리 등의 과제도 함께 고려해야 합니다.

 

 

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모범답안

 

 

 

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질문의 목적

 

DB Replication에 대한 이해는 시스템 아키텍트, 데이터베이스 관리자, 개발자들에게 중요하며 효율적이고 안정적인 데이터베이스 시스템을 구축하고 운영하는 데 큰 도움이 됩니다.

 

 

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개념

 

Master(Primary)

DB마스터 데이터베이스로, 데이터를 생성하고 관리하는 주된 데이터베이스입니다.
데이터 변경 작업(INSERT, UPDATE, DELETE)은 주로 여기에서 수행됩니다.

 

Replica(Secondary, Slave) DB

슬레이브 데이터베이스로, Master DB의 데이터를 복제받아 읽기 전용으로 사용됩니다.
Replica는 Master의 변경 내용을 주기적으로 동기화합니다.

 

Binary Log 저장 방식

Binary log는 Source 서버에서 실행된 모든 데이터 변경 쿼리를 기록하는 역할을 합니다.

MySQL의 경우 Binary log를 저장하는 방식으로 Row, Statement, Mixed의 세 가지 방식을 제공합니다.

 

 

Row

• 데이터베이스의 각 행 별로 변경된 내용을 기록
  • 특정 행 수정 시 그 행의 이전 상태와 변경된 상태 모두 기록
• 장점: 높은 데이터 일관성
• 단점: 모든 행의 변경 사항을 저장하기 때문에 Binary log 파일 크기가 증가하고 저장 공간에 부담을 줄 수 있음

Statement

• 데이터 변경을 일으킨 SQL 문을 기록
• 장점: 로그 파일의 크기가 상대적으로 작아 저장 공간 절약 가능
• 단점: 실행마다 다른 값 반환하는 함수나 비확정적(non-deterministic) SQL 쿼리 실행 시 Master와 Replica서버에서 다른 결과가 나와 데이터 불일치 문제 발생 가능 (예: NOW())

Mixed

• Row와 Statement 방식 절충안
• 비확정적 SQL인 경우 Row 방식, 아닌 경우 Statement 방식 사용
• 장점: 저장 공간 절약 및 데이터 일관성 유지 가능
• 단점: 구현이 다소 복잡함

 

복제 과정

1. Master 서버에서 데이터 변경 쿼리 실행
2. 로그 저장 방식에 따라 Binary log 기록
3. Replica 서버의 IO Thread가 Binary log를 읽어와 Replica 서버의 Relay log로 전송
   • Relay log는 Replica 서버에서 Source 서버의 Binary log를 임시 저장합니다.
4. 저장된 로그를 기반으로 Replica 서버의 SQL 스레드가 실제 데이터베이스에 변경 사항 적용
   • 약 100밀리초 이내 데이터 동기화 완료

 

 

DB Replication의 장점

• 고가용성(High Availability)
  • 장애가 발생했을 때 Master 대신 Slave 를 사용할 수 있어 다운타임을 줄일 수 있습니다.
• 부하 분산(Load Balancing)
  • 읽기 요청(SELECT)을 Slave로 분산하여 Master의 부하를 줄입니다.
• 백업 및 복구 용이성
  • Slave를 백업 목적으로 사용할 수 있습니다.
• 데이터 지역화(Localization)
  • 여러 지역에 걸쳐 Slave를 배치하여 데이터 접근 속도를 높일 수 있습니다.

 

 

DB Replication의 유형

• Synchronous Replication
  • Master와 Slave 사이의 데이터 동기화가 실시간으로 이루어집니다.
  • 데이터가 Master에 커밋되기 전에 모든 Slave에 데이터가 적용되어야 합니다.
  • 장점: 높은 데이터 일관성
  • 단점: 네트워크 지연이나 장애로 인해 성능 저하 가능
• Asynchronous Replication:
  • Master에서 데이터 변경이 이루어진 후 일정 시간 이후에 Slave로 데이터가 복제됩니다.
  • 장점: 성능에 영향을 덜 미침
  • 단점: 데이터 동기화 지연으로 인해 Slave에 최신 데이터가 반영되지 않을 수 있음
• Semi-Synchronous Replication:
  • Master에서 데이터 커밋 시 최소한 하나의 Slave가 변경 내용을 수신할 때까지 대기합니다.
  • Synchronous와 Asynchronous 방식의 절충

 

 

DB Replication 사용 사례

• 읽기 트래픽 분산
  • 대규모 읽기 요청을 처리하기 위해 여러 Slave를 설정
• 장애 복구
  • Master DB가 다운되었을 때 Slave를 이용한 빠른 복구
• 데이터 분석
  • Slave를 분석용으로 사용해 Master DB에 영향을 미치지 않음
• 데이터 이동 및 복제
  • 시스템 마이그레이션이나 데이터 동기화를 위해 사용

 

 

구현 예시

 

MySQL

• MySQL의 Replication은 Master-Slave 구조를 지원합니다.
• CHANGE MASTER TO 명령을 사용하여 Master와 Slave를 구성합니다.

 

PostgreSQL

• PostgreSQL의 Streaming Replication은 WAL(Write Ahead Log)을 이용해 데이터를 복제합니다.
  • WAL(Write Ahead Log)는 데이터베이스에 변경사항을 적용하기 전에 먼저 로그에 기록하는 방식을 말합니다.
  • 모든 데이터베이스 변경사항은 먼저 WAL에 기록됩니다.

 

MongoDB

• MongoDB는 기본적으로 Replication을 지원하며 Replica Set을 사용합니다.
  • Replica Set은 동일한 데이터 세트를 유지하는 여러 mongod 프로세스의 그룹입니다.

 

Oracle

• Oracle의 Data Guard는 Synchronous와 Asynchronous 복제를 모두 지원합니다.
  • Oracle Data Guard는 Oracle Database의 고가용성, 데이터 보호 및 재해 복구를 위한 포괄적인 솔루션입니다.