벌크헤드 패턴: 복원력 있는 시스템을 위한 격리 전략

소프트웨어 아키텍처의 영역에서 복원력 있고 내결함성 있는 시스템을 구축하는 것은 가장 중요합니다. 시스템이 점점 더 복잡해지고, 분산되며, 상호 연결됨에 따라 장애 발생 확률이 증가합니다. 단일 장애 지점은 연쇄적으로 작용하여 전체 애플리케이션을 중단시킬 수 있습니다. 벌크헤드 패턴은 시스템의 여러 부분을 서로 격리하여 이러한 연쇄적인 장애를 방지하는 데 도움이 되는 디자인 패턴입니다. 이 포스트에서는 벌크헤드 패턴에 대한 포괄적인 개요, 이점, 구현 전략, 그리고 견고하고 신뢰할 수 있는 애플리케이션 구축을 위한 고려 사항을 제공합니다.

벌크헤드 패턴이란 무엇인가?

벌크헤드 패턴이라는 이름은 선박의 해양 건축에서 유래했습니다. 벌크헤드는 선체 내의 분할 칸막이로, 파손 시 물이 선박 전체로 퍼지는 것을 방지합니다. 마찬가지로, 소프트웨어 아키텍처에서 벌크헤드 패턴은 시스템을 독립적인 단위 또는 구획, 즉 "벌크헤드"로 분할하여 한 단위의 장애가 다른 단위로 전파되지 않도록 하는 것을 포함합니다.

벌크헤드 패턴의 핵심 원칙은 격리입니다. 리소스와 서비스를 격리함으로써 이 패턴은 장애의 영향을 제한하고, 내결함성을 향상시키며, 시스템의 전반적인 안정성을 개선합니다. 이러한 격리는 다음과 같은 다양한 기술을 통해 달성할 수 있습니다:

• 스레드 풀: 각기 다른 기능에 대해 별도의 스레드 풀을 할당합니다.
• 프로세스: 여러 프로세스를 사용하여 실행 환경을 격리합니다.
• 서버: 별도의 서버 또는 가상 머신에 서비스를 배포합니다.
• 데이터베이스: 각기 다른 서비스에 대해 별도의 데이터베이스 또는 스키마를 활용합니다.

벌크헤드 패턴의 이점

벌크헤드 패턴을 구현하면 다음과 같은 몇 가지 주요 이점이 있습니다:

1. 내결함성 향상

주요 이점은 향상된 내결함성입니다. 하나의 벌크헤드에서 장애가 발생하면 그 영향은 해당 특정 영역에 국한되어 시스템의 다른 부분에 영향을 미치는 것을 방지합니다. 이는 장애의 범위를 제한하고 시스템의 나머지 부분이 정상적으로 계속 작동하도록 합니다.

예시: 상품 카탈로그, 사용자 인증, 결제 처리, 주문 처리 서비스를 갖춘 전자상거래 애플리케이션을 생각해 보십시오. 타사 API 장애로 인해 결제 처리 서비스에 장애가 발생하더라도, 벌크헤드 패턴은 사용자가 여전히 카탈로그를 탐색하고, 로그인하며, 장바구니에 상품을 추가할 수 있도록 보장합니다. 오직 결제 처리 기능만 영향을 받습니다.

2. 복원력 증가

복원력은 시스템이 장애로부터 신속하게 복구할 수 있는 능력입니다. 장애를 격리함으로써 벌크헤드 패턴은 문제를 식별하고 해결하는 데 걸리는 시간을 줄입니다. 또한, 영향을 받는 벌크헤드가 수리되거나 복구되는 동안 시스템의 다른 부분이 계속 작동하도록 합니다.

예시: 애플리케이션이 공유 데이터베이스를 사용하는 경우, 한 서비스에 대한 요청 급증이 데이터베이스에 과부하를 주어 다른 서비스에 영향을 줄 수 있습니다. 별도의 데이터베이스(또는 데이터베이스 스키마)를 벌크헤드로 사용함으로써 과부하의 영향은 이를 유발한 서비스에만 국한됩니다.

3. 폭발 반경 감소

"폭발 반경"은 장애로 인해 발생하는 손상의 범위를 의미합니다. 벌크헤드 패턴은 연쇄적인 장애를 방지하여 폭발 반경을 크게 줄입니다. 작은 문제는 작은 문제로 남고 시스템 전체의 중단으로 확대되지 않습니다.

예시: 여러 서비스가 중앙 구성 서비스에 의존하는 마이크로서비스 아키텍처를 상상해 보십시오. 구성 서비스가 사용 불가능해지면 모든 종속 서비스가 실패할 수 있습니다. 벌크헤드 패턴을 구현하면 각 서비스 내에 구성 데이터를 로컬로 캐시하거나 대체 메커니즘을 제공하여 완전한 시스템 중단을 방지할 수 있습니다.

4. 시스템 안정성 강화

연쇄적인 장애를 방지하고 결함을 격리함으로써 벌크헤드 패턴은 더 안정적이고 예측 가능한 시스템에 기여합니다. 이는 더 나은 리소스 관리를 가능하게 하고 예기치 않은 다운타임의 위험을 줄입니다.

5. 리소스 활용도 개선

벌크헤드 패턴은 시스템의 다른 부분에 리소스를 더 효과적으로 할당할 수 있게 함으로써 리소스 활용도를 개선할 수도 있습니다. 이는 일부 서비스가 다른 서비스보다 더 중요하거나 리소스 집약적인 시나리오에서 특히 유용합니다.

예시: 트래픽이 많은 서비스에는 전용 스레드 풀이나 서버를 할당하고, 덜 중요한 서비스는 리소스를 공유하여 전반적인 리소스 소비를 최적화할 수 있습니다.

벌크헤드 패턴의 구현 전략

시스템의 특정 요구 사항과 아키텍처에 따라 벌크헤드 패턴을 구현하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 다음은 몇 가지 일반적인 전략입니다:

1. 스레드 풀 격리

이 접근 방식은 각기 다른 기능에 대해 별도의 스레드 풀을 할당하는 것을 포함합니다. 각 스레드 풀은 독립적으로 작동하여 한 풀의 스레드 고갈이나 리소스 소진이 다른 풀에 영향을 미치지 않도록 합니다.

예시 (Java):

            ExecutorService productCatalogExecutor = Executors.newFixedThreadPool(10);
ExecutorService paymentProcessingExecutor = Executors.newFixedThreadPool(5);

            

              
                Copy
              
            
          

이 예시에서 상품 카탈로그 서비스와 결제 처리 서비스는 각각 전용 스레드 풀을 가지므로 서로 간섭하는 것을 방지합니다.

2. 프로세스 격리

프로세스 격리는 각기 다른 서비스를 별도의 운영 체제 프로세스에서 실행하는 것을 포함합니다. 이는 각 프로세스가 자체 메모리 공간과 리소스를 가지기 때문에 강력한 수준의 격리를 제공합니다. 한 프로세스의 충돌이 다른 프로세스에 직접적인 영향을 미치지 않습니다.

프로세스 격리는 각 마이크로서비스가 별도의 프로세스 또는 컨테이너(예: Docker 사용)로 배포되는 마이크로서비스 아키텍처에서 일반적으로 사용됩니다.

3. 서버 격리

서버 격리는 각기 다른 서비스를 별도의 물리적 또는 가상 서버에 배포하는 것을 포함합니다. 이는 각 서비스가 자체 인프라에서 작동하므로 최고 수준의 격리를 제공합니다. 비용이 더 많이 들지만, 이 접근 방식은 최대의 가용성과 내결함성이 필요한 중요한 서비스에 대해 정당화될 수 있습니다.

예시: 금융 거래 플랫폼은 핵심 거래 엔진을 전용 서버에 배포하여 최소한의 대기 시간과 최대의 가동 시간을 보장하는 반면, 보고와 같은 덜 중요한 서비스는 공유 인프라에 배포할 수 있습니다.

4. 데이터베이스 격리

데이터베이스 격리는 각기 다른 서비스에 대해 별도의 데이터베이스나 스키마를 사용하는 것을 포함합니다. 이는 한 데이터베이스에서 문제를 일으키는 쿼리가 다른 서비스에 영향을 미치는 것을 방지합니다.

예시: 전자상거래 플랫폼은 사용자 계정, 상품 카탈로그, 주문 관리를 위해 별도의 데이터베이스를 사용할 수 있습니다. 이는 상품 카탈로그의 느린 쿼리가 사용자 로그인이나 주문 처리에 영향을 미치는 것을 방지합니다.

5. 벌크헤드를 갖춘 API 게이트웨이

API 게이트웨이는 특정 백엔드 서비스로 라우팅되는 동시 요청 수를 제한함으로써 벌크헤드 패턴을 구현할 수 있습니다. 이는 한 서비스에 대한 트래픽 급증이 해당 서비스를 압도하고 다른 서비스에 영향을 미치는 것을 방지합니다.

예시: Kong과 같은 인기 있는 API 게이트웨이는 백엔드 서비스를 격리하고 연쇄적인 장애를 방지하기 위해 속도 제한 및 서킷 브레이커 정책으로 구성될 수 있습니다.

벌크헤드 패턴 vs. 서킷 브레이커 패턴

벌크헤드 패턴은 종종 서킷 브레이커 패턴과 함께 사용됩니다. 벌크헤드 패턴이 리소스를 격리하는 데 중점을 두는 반면, 서킷 브레이커 패턴은 애플리케이션이 실패할 가능성이 높은 작업을 반복적으로 실행하려는 것을 방지하는 데 중점을 둡니다.

서킷 브레이커는 서비스에 대한 호출을 모니터링합니다. 서비스가 반복적으로 실패하면 서킷 브레이커는 "열리고" 일정 기간 동안 해당 서비스에 대한 추가 호출을 방지합니다. 시간 초과 기간이 지나면 서킷 브레이커는 서비스에 대한 테스트 호출을 시도합니다. 호출이 성공하면 서킷 브레이커는 "닫히고" 정상적인 트래픽이 재개되도록 합니다. 호출이 실패하면 서킷 브레이커는 열린 상태를 유지합니다.

벌크헤드 패턴과 서킷 브레이커 패턴의 조합은 내결함성 있고 복원력 있는 시스템을 구축하기 위한 견고한 솔루션을 제공합니다. 벌크헤드는 장애를 격리하고, 서킷 브레이커는 연쇄적인 장애를 방지하고 서비스가 복구되도록 합니다.

벌크헤드 패턴 구현 시 고려사항

벌크헤드 패턴은 상당한 이점을 제공하지만, 이를 구현할 때 다음 요소를 고려하는 것이 중요합니다:

1. 복잡성

벌크헤드 패턴을 구현하면 시스템의 복잡성이 증가할 수 있습니다. 적절한 수준의 격리 및 리소스 할당을 결정하기 위해 신중한 계획과 설계가 필요합니다.

2. 리소스 오버헤드

벌크헤드 패턴은 종종 리소스(예: 여러 스레드 풀, 서버, 데이터베이스)를 복제하기 때문에 리소스 오버헤드를 증가시킬 수 있습니다. 격리의 이점과 리소스 소비 비용 사이의 균형을 맞추는 것이 중요합니다.

3. 모니터링 및 관리

벌크헤드가 있는 시스템을 모니터링하고 관리하는 것은 모놀리식 애플리케이션을 모니터링하는 것보다 더 복잡할 수 있습니다. 각 벌크헤드를 개별적으로 모니터링하고 리소스가 올바르게 할당되고 활용되는지 확인해야 합니다.

4. 구성 및 배포

벌크헤드가 있는 시스템을 구성하고 배포하는 것은 어려울 수 있습니다. 각 벌크헤드가 올바르게 구성되고 독립적으로 배포되었는지 확인해야 합니다. 이를 위해서는 종종 자동화된 배포 파이프라인과 구성 관리 도구가 필요합니다.

5. 핵심 구성 요소 식별

시스템을 신중하게 평가하여 장애에 가장 취약한 핵심 구성 요소를 식별하십시오. 패턴의 영향을 극대화하기 위해 이러한 구성 요소를 벌크헤드로 격리하는 것을 우선순위에 두십시오.

6. 벌크헤드 경계 정의

각 벌크헤드의 경계를 결정하는 것은 매우 중요합니다. 경계는 논리적 서비스 경계와 일치해야 하며 시스템 내에서 의미 있는 분할을 나타내야 합니다.

실제 애플리케이션에서의 벌크헤드 패턴 적용 사례

다양한 산업 분야의 여러 회사가 애플리케이션의 복원력과 내결함성을 개선하기 위해 벌크헤드 패턴을 성공적으로 구현했습니다. 다음은 몇 가지 예입니다:

1. 넷플릭스 (Netflix)

선도적인 스트리밍 서비스인 넷플릭스는 다양한 마이크로서비스를 격리하고 연쇄적인 장애를 방지하기 위해 벌크헤드 패턴에 크게 의존합니다. 그들은 스레드 풀 격리, 프로세스 격리, 서버 격리의 조합을 사용하여 장애 발생 시에도 스트리밍 경험이 중단되지 않도록 보장합니다.

2. 아마존 (Amazon)

세계 최대 전자상거래 플랫폼 중 하나인 아마존은 방대한 인프라의 다양한 구성 요소를 격리하기 위해 벌크헤드 패턴을 광범위하게 사용합니다. 그들은 데이터베이스 격리 및 API 게이트웨이 벌크헤드와 같은 기술을 사용하여 한 영역의 장애가 시스템의 다른 부분에 영향을 미치는 것을 방지합니다.

3. 에어비앤비 (Airbnb)

인기 있는 숙박 공유 온라인 마켓플레이스인 에어비앤비는 검색, 예약, 결제와 같은 다양한 서비스를 격리하기 위해 벌크헤드 패턴을 사용합니다. 그들은 스레드 풀 격리와 서버 격리를 사용하여 이러한 서비스가 독립적으로 작동하고 장애가 사용자 경험에 영향을 미치지 않도록 보장합니다.

4. 글로벌 뱅킹 시스템

금융 기관은 종종 덜 중요한 보고 또는 분석 서비스로부터 중요한 거래 처리 시스템을 격리하기 위해 벌크헤드 패턴을 사용합니다. 이는 시스템의 다른 부분에 문제가 발생하더라도 핵심 은행 업무가 계속 사용 가능하도록 보장합니다.

결론

벌크헤드 패턴은 복원력 있고 내결함성 있는 시스템을 구축하기 위한 강력한 디자인 패턴입니다. 리소스와 서비스를 격리함으로써 이 패턴은 장애의 영향을 제한하고, 내결함성을 향상시키며, 시스템의 전반적인 안정성을 개선합니다. 벌크헤드 패턴을 구현하면 복잡성과 리소스 오버헤드가 증가할 수 있지만, 향상된 내결함성과 복원력의 이점이 종종 비용을 상쇄합니다. 이 포스트에서 설명한 구현 전략과 고려 사항을 신중하게 고려함으로써, 복잡하고 분산된 환경의 도전을 견딜 수 있는 견고하고 신뢰할 수 있는 애플리케이션을 구축하기 위해 벌크헤드 패턴을 효과적으로 적용할 수 있습니다.

벌크헤드 패턴을 서킷 브레이커 및 재시도 패턴과 같은 다른 복원력 패턴과 결합하면 고가용성 시스템을 위한 강력한 기반을 만들 수 있습니다. 지속적인 효과를 보장하기 위해 구현을 모니터링하고 시스템이 발전함에 따라 전략을 조정하는 것을 기억하십시오.