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[브레인저가 알려주는 IT#1] 네트워크 관리, SNMP가 뭔가요?
카프카를 통한 로그 관리 방법
김채욱
2023.09.19
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메모리 누수 위험있는 FinalReference 참조 분석하기
안녕하세요! 저는 개발4그룹에서 제니우스(Zenius) SIEM의 로그 관리 기능 개발을 담당하고 있는 김채욱 입니다. 제가 하고 있는 일은 실시간으로 대용량 로그 데이터를 수집하여 분석 후, 사용자에게 가치 있는 정보를 시각화하여 보여주는 일입니다.
이번 글에서 다룰 내용은
1) 그동안 로그(Log)에 대해 조사한 것과 2) 최근에 CCDAK 카프카 자격증을 딴 기념으로, 카프카(Kafka)를 이용하여 어떻게 로그 관리를 하는지
에 대해 이야기해 보겠습니다.
PART1. 로그
1. 로그의 표면적 형태
로그(Log)는 기본적으로 시스템의 일련된 동작이나 사건의 기록입니다. 시스템의 일기장과도 같죠. 로그를 통해 특정 시간에 시스템에서 ‘어떤 일’이 일어났는지 파악할 수도 있습니다. 이렇게 로그는 시간에 따른 시스템의 동작을 기록하고, 정보는 순차적으로 저장됩니다.
이처럼
로그의 핵심 개념은 ‘시간’
입니다. 순차적으로 발생된 로그를 통해 시스템의 동작을 이해하며, 일종의 생활기록부 역할을 하죠. 시스템 내에서 어떤 행동이 발생하였고, 어떤 문제가 일어났으며, 유저와의 어떤 교류가 일어났는지 모두 알 수 있습니다.
만약 시간의 개념이 없다면 어떻게 될까요? 발생한 모든 일들이 뒤섞이며, 로그 해석을 하는데 어려움이 생기겠죠.
이처럼 로그를 통해 시스템은 과거의 변화를 추적합니다. 똑같은 상황이 주어지면 항상 같은 결과를 내놓는 ‘결정론적’인 동작을 보장할 수 있죠. 로그의 중요성, 이제 조금 이해가 되실까요?
2. 로그와 카프카의 관계
자, 그렇다면! 로그(Log)와 카프카(Kafka)는 어떤 관계일까요? 우선 카프카는 분산 스트리밍 플랫폼으로서, 실시간으로 대용량의 데이터를 처리하고 전송하는데 탁월한 성능을 자랑합니다. 그 중심에는 바로 ‘로그’라는 개념이 있는데요. 좀 더 자세히 짚고 넘어가 보겠습니다.
3. 카프카에서의 로그 시스템
카프카에서의 로그 시스템은, 단순히 시스템의 에러나 이벤트를 기록하는 것만이 아닙니다. 연속된 데이터 레코드들의 스트림을 의미하며, 이를 ‘토픽(Topic)’이라는 카테고리로 구분하죠. 각 토픽은 다시 *파티션(Partition)으로 나누어, 단일 혹은 여러 서버에 분산 저장됩니다. 이렇게 분산 저장되는 로그 데이터는, 높은 내구성과 가용성을 보장합니다.
*파티션(Partition): 하드디스크를 논리적으로 나눈 구역
4. 카프카가 로그를 사용하는 이유
로그의 순차적인 특성은 카프카의 ‘핵심 아키텍처’와 깊게 연결되어 있습니다. 로그를 사용하면,
데이터의 순서를 보장할 수 있어 대용량의 데이터 스트림을 효율적
으로 처리할 수 있기 때문이죠. 데이터를 ‘영구적’으로 저장할 수 있어,
데이터 손실 위험 또한 크게 줄어
듭니다.
로그를 사용하는 또 다른 이유는 ‘장애 복구’
입니다. 서버가 장애로 인해 중단되었다가 다시 시작되면, 저장된 로그를 이용하여 이전 상태로 복구할 수 있게 되죠. 이는 ‘카프카가 높은 가용성’을 보장하는 데 중요한 요소입니다.
∴
로그 요약
로그는 단순한 시스템 메시지를 넘어 ‘데이터 스트림’의 핵심 요소로 활용됩니다. 카프카와 같은 현대의 데이터 처리 시스템은
로그의 이러한 특성을 극대화하여, 대용량의 실시간 데이터 스트림을 효율적으로 처리
할 수 있는 거죠. 로그의 중요성을 다시 한번 깨닫게 되는 순간이네요!
PART2. 카프카
로그에 이어 에 대해 설명하겠습니다. 들어가기에 앞서 가볍게 ‘구조’부터 알아가 볼까요?
1. 카프카 구조
· 브로커(Broker)
브로커는 *클러스터(Cluster) 안에 구성된 여러 서버 중 각 서버를 의미합니다. 이러한 브로커들은, 레코드 형태인 메시지 데이터의 저장과 검색 및 컨슈머에게 전달하고 관리합니다.
*클러스터(Cluster): 여러 대의 컴퓨터들이 연결되어 하나의 시스템처럼 동작하는 컴퓨터들의 집합
데이터 분배와 중복성도 촉진합니다. 브로커에 문제가 발생하면, 데이터가 여러 브로커에 데이터가 복제되어 데이터 손실이 되지 않죠.
·
프로듀서(Producer)
프로듀서는 토픽에 레코드를 전송 또는 생성하는 *엔터티(Entity)입니다. 카프카 생태계에서 ‘데이터의 진입점’ 역할도 함께 하고 있죠. 레코드가 전송될 토픽 및 파티션도 결정할 수 있습니다.
*엔터티(Entity): 업무에 필요한 정보를 저장하고 관리하는 집합적인 것
·
컨슈머(Consumer)
컨슈머는 토픽에서 레코드를 읽습니다. 하나 이상의 토픽을 구독하고, 브로커로부터 레코드를 소비합니다. 데이터의 출구점을 나타내기도 하며, 프로듀서에 의해 전송된 메시지를 최종적으로 읽히고 처리되도록 합니다.
·
토픽(Topic)
토픽은 프로듀서로부터 전송된 레코드 카테고리입니다. 각 토픽은 파티션으로 나뉘며, 이 파티션은 브로커 간에 복제됩니다.
카프카로 들어오는 데이터를 조직화하고, 분류하는 방법을 제공하기도 합니다. 파티션으로 나눔으로써 카프카는 ‘수평 확장성과 장애 허용성’을 보장합니다.
·
주키퍼(ZooKeeper)
주키퍼는 브로커를 관리하고 조정하는 데 도움을 주는 ‘중앙 관리소’입니다. 클러스터 노드의 상태, 토픽 *메타데이터(Metadata) 등의 상태를 추적합니다.
*메타데이터(Metadata): 데이터에 관한 구조화된 데이터로, 다른 데이터를 설명해 주는 데이터
카프카는 분산 조정을 위해 주키퍼에 의존합니다. 주키퍼는 브로커에 문제가 발생하면, 다른 브로커에 알리고 클러스터 전체에 일관된 데이터를 보장하죠.
∴
카프카 구조 요약
요약한다면 카프카는
1) 복잡하지만 견고한 아키텍처 2) 대규모 스트림 데이터를 실시간으로 처리하는 데 있어 안정적이고 장애 허용성이 있음 3) 고도로 확장 가능한 플랫폼을 제공
으로 정리할 수 있습니다.
이처럼 카프카가 큰 데이터 환경에서 ‘어떻게’ 정보 흐름을 관리하고 최적화하는지 5가지의 구조를 통해 살펴보았습니다. 이제 카프카에 대해 조금 더 명확한 그림이 그려지지 않나요?
2. 컨슈머 그룹과 성능을 위한 탐색
카프카의 가장 주목할 만한 특징 중 하나는
‘컨슈머 그룹의 구현’
입니다. 이는 카프카의 확장성과 성능 잠재력을 이해하는 데 중심적인 개념이죠.
컨슈머 그룹 이해하기
카프카의 핵심은
‘메시지를 생산하고 소비’
하는 것입니다. 그런데 수백만, 심지어 수십억의 메시지가 흐르고 있을 때 어떻게 효율적으로 소비될까요?
여기서 컨슈머 그룹(Consumer Group)이 등장합니다. 컨슈머 그룹은, 하나 또는 그 이상의 컨슈머로 구성되어 하나 또는 여러 토픽에서 메시지를 소비하는데 협력합니다. 그렇다면 왜 효율적인지 알아보겠습니다.
·
로드 밸런싱:
하나의 컨슈머가 모든 메시지를 처리하는 대신, 그룹이 부하를 분산할 수 있습니다. 토픽의 각 파티션은 그룹 내에서 정확히 하나의 컨슈머에 의해 소비됩니다. 이는 메시지가 더 빠르고 효율적으로 처리된다는 것을 보장합니다.
·
장애 허용성:
컨슈머에 문제가 발생하면, 그룹 내의 다른 컨슈머가 그 파티션을 인수하여 메시지 처리에 차질이 없도록 합니다.
·
유연성:
데이터 흐름이 변함에 따라 그룹에서 컨슈머를 쉽게 추가하거나 제거합니다. 이에 따라 증가하거나 감소하는 부하를 처리할 수 있습니다.
여기까지는 최적의 성능을 위한 ‘카프카 튜닝 컨슈머 그룹의 기본 사항’을 다루었으니, 이와 관련된 ‘성능 튜닝 전략’에 대해 알아볼까요?
성능 튜닝 전략
·
파티션 전략:
토픽의 파티션 수는, 얼마나 많은 컨슈머가 활성화되어 메시지를 소비할 수 있는지 영향을 줍니다. 더 많은 파티션은 더 많은 컨슈머가 병렬로 작동할 수 있음을 의미하는 거죠. 그러나 너무 많은 파티션은 *오버헤드를 야기할 수 있습니다.
*오버헤드: 어떤 처리를 하기 위해 간접적인 처리 시간
·
컨슈머 구성:
*fetch.min.bytes 및 *fetch.max.wait.ms와 같은 매개변수를 조정합니다. 그다음 한 번에 얼마나 많은 데이터를 컨슈머가 가져오는지 제어합니다. 이러한 최적화를 통해 브로커에게 요청하는 횟수를 줄이고, 처리량을 높입니다.
*fetch.min.bytes: 한 번에 가져올 수 있는 최소 데이터 사이즈 *fetch.max.wait.ms: 데이터가 최소 크기가 될 때까지 기다릴 시간
·
메시지 배치:
프로듀서는 메시지를 함께 배치하여 처리량을 높일 수 있게 구성됩니다. *batch.size 및 *linger.ms와 같은 매개변수를 조정하여, 대기 시간과 처리량 사이의 균형을 찾을 수 있게 되죠.
*batch.size: 한 번에 모델이 학습하는 데이터 샘플의 개수 *linger.ms: 전송 대기 시간
·
압축:
카프카는 메시지 압축을 지원하여 전송 및 저장되는 데이터의 양을 줄입니다. 이로 인해 전송 속도가 빨라지고 전체 성능이 향상될 수 있습니다.
·
로그 정리 정책:
카프카 토픽은, 설정된 기간 또는 크기 동안 메시지를 유지할 수 있습니다. 보존 정책을 조정하면, 브로커가 저장 공간이 부족해지는 점과 성능이 저하되는 점을 방지할 수 있습니다.
3. 컨슈머 그룹과 성능을 위한 실제 코드 예시
다음 그림과 같은 코드를 보며 조금 더 자세히 살펴보겠습니다. NodeJS 코드 중 일부를 발췌했습니다. 카프카 설치 시에 사용되는 설정 파일 *server.properties에서 파티션의 개수를 CPU 코어 수와 같게 설정하는 코드입니다. 이에 대한 장점들을 쭉 살펴볼까요?
*server.properties: 마인크래프트 서버 옵션을 설정할 수 있는 파일
CPU 코어 수에 파티션 수를 맞추었을 때의 장점
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최적화된 리소스 활용:
카프카에서는 각 파티션이 읽기와 쓰기를 위한 자체 *I/O(입출력) 스레드를 종종 운영합니다. 사용 가능한 CPU 코어 수와 파티션 수를 일치시키면, 각 코어가 특정 파티션의 I/O 작업을 처리합니다. 이 동시성은 리소스에서 최대의 성능을 추출하는 데 도움 됩니다.
·
최대 병렬 처리:
카프카의 설계 철학은 ‘병렬 데이터 처리’를 중심으로 합니다. 코어 수와 파티션 수 사이의 일치는, 동시에 처리되어 처리량을 높일 수 있습니다.
·
간소화된 용량 계획:
이 접근 방식은, 리소스 계획에 대한 명확한 기준을 제공합니다. 성능 병목이 발생하면 CPU에 *바인딩(Binding)되어 있는지 명확하게 알 수 있습니다. 인프라를 정확하게 조정할 수도 있게 되죠.
*바인딩(Binding): 두 프로그래밍 언어를 이어주는 래퍼 라이브러리
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오버헤드 감소:
병렬 처리와 오버헤드 사이의 균형은 미묘합니다. 파티션 증가는 병렬 처리를 촉진할 수 있습니다. 하지만 더 많은 주키퍼 부하, 브로커 시작 시간 연장, 리더 선거 빈도 증가와 같은 오버헤드도 가져올 수도 있습니다. 파티션을 CPU 코어에 맞추는 것은 균형을 이룰 수 있게 합니다.
다음은 프로세스 수를 CPU 코어 수만큼 생성하여, 토픽의 파티션 개수와 일치시킨 코드에 대한 장점입니다.
파티션 수와 컨슈머 프로세스 수 일치의 장점
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최적의 병렬 처리:
카프카 파티션의 각각은 동시에 처리될 수 있습니다. 컨슈머 수가 파티션 수와 일치하면, 각 컨슈머는 특정 파티션에서 메시지를 독립적으로 소비할 수 있게 되죠. 따라서 병렬 처리가 향상됩니다.
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리소스 효율성:
파티션 수와 컨슈머 수가 일치하면, 각 컨슈머가 처리하는 데이터의 양이 균등하게 분배됩니다. 이로 인해 전체 시스템의 리소스 사용이 균형을 이루게 되죠.
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탄력성과 확장성:
트래픽이 증가하면, 추가적인 컨슈머를 컨슈머 그룹에 추가하여 처리 능력을 증가시킵니다. 동일한 방식으로 트래픽이 감소하면 컨슈머를 줄여 리소스를 절약할 수 있습니다.
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고가용성과 오류 회복:
컨슈머 중 하나가 실패하면, 해당 컨슈머가 처리하던 파티션은 다른 컨슈머에게 자동 재분배됩니다. 이를 통해 시스템 내의 다른 컨슈머가 실패한 컨슈머의 작업을 빠르게 인수하여, 메시지 처리가 중단되지 않습니다.
마지막으로 각 프로세스별 컨슈머를 생성해서 토픽에 구독 후, 소비하는 과정을 나타낸 소스코드입니다.
∴
컨슈머 그룹 요약
컨슈머 그룹은 높은 처리량과 장애 허용성 있는 메시지 소비를 제공하는 능력이 핵심입니다. 카프카가 어떤 식으로 운영되는지에 대한 상세한 부분을 이해하고 다양한 매개변수를 신중하게 조정한다면, 어떠한 상황에서도 카프카의 최대 성능을 이끌어낼 수 있습니다!
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참고 자료
· Jay Kreps, “I Hearts Logs”, Confluent
· 위키피디아, “Logging(computing)”
· Confluent, “https://docs.confluent.io/kafka/overview.html”
· Neha Narkhede, Gwen Shapira, Todd Palino, “Kafka: The Definitive Guide”
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서버 모니터링 데이터의 3가지 활용 방법
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서버는 기업의 핵심 시스템과 데이터를 보관하고, 애플리케이션과 서비스를 호스팅하며, 비즈니스에 필요한 작업을 수행합니다. 이러한 서버가 원활하게 작동하지 않거나 성능 이슈가 발생할 경우, 업무 중단, 데이터 손실, 고객 서비스 저하 등 심각한 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 서버의 안정적인 운영과 성능 관리는 비즈니스의 지속 가능성과 경쟁력에 직결되는 중요한 요소입니다. 서버 모니터링은 이러한 서버의 상태와 동작을 지속적으로 감시하고, 성능 및 이상 상황을 식별하는 프로세스입니다. 이를 통해 시스템 관리자나 운영팀은 잠재적인 문제를 사전에 감지하고 조치를 취할 수 있습니다. 서버 모니터링을 통해 수집하는 데이터는 다양합니다. CPU 사용률, 메모리 사용량, 디스크 공간, 응답 시간, 서비스 가용성, 로그데이터 등 다양한 데이터를 통해 서버의 상태와 동작을 감시합니다. 앞에 언급한 데이터들 외에도 네트워크 연결 상태, 서비스 상태, 프로세스 실행 상태 등 다양한 데이터를 모니터링할 수 있으며, 서버의 운영 환경과 요구사항에 따라 수집되는 데이터의 종류가 달라질 수 있습니다. 이렇게 수집한 데이터들은 어떻게 활용할 수 있을까요? 먼저 병목 현상 식별, 리소스 확장 등을 통해 성능 최적화를 하는 데에 활용될 수 있습니다. 관리자는 수집한 모니터링 데이터를 분석하여 병목 현상을 식별할 수 있습니다. CPU 사용률이 지나치게 높거나 메모리 사용량이 극단적으로 증가하는 경우에는 해당 자원에 대한 최적화가 필요하다는 사실을 인지할 수 있습니다. 또 데이터를 분석하여 서버 리소스의 부족을 파악하고, 필요한 경우 리소스를 확장할 수 있습니다. 예를 들어, CPU 부하가 높다면 CPU를 추가로 할당하거나, 메모리 부족이 발생하면 메모리 용량을 늘릴 수 있습니다. 리소스뿐만 아니라 프로세스의 동작 또한 최적화할 수 있습니다. 특정 프로세스가 많은 CPU 사용량을 차지하고 있다면 해당 프로세스를 최적화하여 자원 사용을 줄일 수 있습니다. 디스크 I/O의 경우 역시 성능을 분석하여 디스크 병목 현상을 확인할 수 있습니다. 그 후 필요에 따라 디스크 용량을 확장하거나 디스크 성능을 향상시킬 수 있습니다. 디스크 공간이 부족한 경우 쓰기 작업을 최적화하여 디스크 공간을 효율적으로 활용할 수 있습니다. 두 번째로 용량 계획에 참고할 수 있습니다. 예를 들어, 서버 모니터링 데이터를 사용하여 트래픽 패턴을 분석하고 예측할 수 있습니다. 특정 시간대에 트래픽이 증가하는 경향을 발견할 수 있다면 해당 시간대에 필요한 용량을 예측하여 서버 리소스를 적절히 조정할 수 있습니다. 이를 통해 예상되는 트래픽 증가에 대비하여 서버의 용량을 조정하고 성능을 유지할 수 있습니다. 또 서버 모니터링 데이터를 사용하여 서버의 성능 패턴을 분석할 수 있습니다. 예를 들어, 특정 시간대에 서버의 응답 시간이 급격히 증가하는 경향을 발견할 수 있다면 해당 시간대에 용량이 부족한 것으로 예상할 수 있습니다. 이를 기반으로 용량을 조정하거나 추가 리소스를 할당하여 성능을 최적화할 수 있습니다. 예비 용량 계획 역시 수립할 수 있습니다. 예를 들어, 서버의 CPU, 메모리, 디스크 사용량 등을 모니터링하고 기준치를 설정한 후, 해당 기준치에 도달하거나 근접할 때 추가 용량을 확보하는 계획을 세울 수 있습니다. 이를 통해 예상치 못한 용량 부족 상황을 방지하고 서버의 안정성과 성능을 유지할 수 있습니다. 마지막으로 장애 예측 및 대응에 활용할 수 있습니다. 서버 모니터링 데이터를 실시간으로 분석하여 이상 상황을 감지하고 경고를 발생시킬 수 있습니다. 예를 들어, CPU 사용률, 메모리 사용량, 디스크 I/O, 네트워크 트래픽 등을 모니터링하고 미리 설정한 임계값을 초과하는 경우에는 이상 상황으로 판단하고 관리자에게 경고 알림을 보내도록 설정할 수 있습니다. 이를 통해 잠재적인 장애 상황을 사전에 인지하고 대응할 수 있습니다. 혹은 서버 모니터링 데이터를 사용하여 이전의 장애 패턴을 분석하고 예측할 수 있습니다. 예를 들어, 특정 작업이나 트래픽 패턴에 따라 일정한 주기로 장애가 발생했던 경우, 해당 패턴을 파악하여 동일한 상황에서 장애가 발생할 가능성을 예측할 수 있습니다. 이를 기반으로 예방적인 조치를 취하거나 대응 전략을 수립하여 장애를 예방하거나 대응할 수 있습니다. 로그 분석을 통해 서버 모니터링 데이터와 로그 파일을 연계하여 장애 분석 및 대응이 가능합니다. 로그 파일에는 서버 동작 상태, 오류 메시지, 경고 등이 기록되어 있으므로, 장애 발생 시 해당 로그를 분석하여 장애의 원인을 찾고 대응할 수 있습니다. 로그 분석을 통해 예상치 못한 동작, 오작동, 예외 상황 등을 식별하여 이에 대한 조치를 취할 수 있습니다. 서버 모니터링 데이터는 다양한 방식으로 수집되고, 성능 최적화, 용량 계획, 장애 예측 및 대응 등 여러가지 방식으로 활용됩니다. 이를 바탕으로 IT 인프라 관리자와 서버를 사용하는 이용자들이 원활하고 안정적으로 서버를 이용할 수 있도록 도와줍니다.
2023.07.04
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