NewSQL: 전 세계 애플리케이션을 위한 분산 ACID 트랜잭션 확장

오늘날의 데이터 중심 세계에서 애플리케이션은 확장성과 데이터 일관성을 모두 필요로 합니다. 전통적인 관계형 데이터베이스는 강력한 ACID(원자성, 일관성, 고립성, 지속성) 보장을 제공하지만 수평적 확장에 어려움을 겪는 경우가 많습니다. NoSQL 데이터베이스는 반면에 확장성을 제공하지만 일반적으로 성능을 위해 ACID 속성을 희생합니다. NewSQL 데이터베이스는 두 세계의 장점, 즉 NoSQL의 확장성과 성능, 그리고 기존 RDBMS의 ACID 보장을 결합하는 것을 목표로 하는 중간 지점으로 등장했습니다.

NewSQL이란 무엇인가?

NewSQL은 단일 데이터베이스 기술이 아니라 기존 데이터베이스 시스템과 동일한 ACID 보장을 제공하면서 NoSQL 시스템의 확장성을 달성하고자 하는 현대적인 관계형 데이터베이스 관리 시스템(RDBMS)의 한 종류입니다. 대용량 트랜잭션 처리 및 대규모 데이터 볼륨을 처리하도록 설계되어 현대적인 분산 애플리케이션에 적합합니다.

본질적으로 NewSQL 시스템은 대규모로 운영될 때 기존 RDBMS의 한계를 해결하도록 설계되었습니다. 데이터를 여러 노드에 분산하고 처리하여 수평적 확장성을 허용하면서도 트랜잭션이 안정적이고 일관된 방식으로 처리되도록 보장합니다.

NewSQL 데이터베이스의 주요 특징

ACID 준수: NewSQL 데이터베이스는 데이터 무결성과 일관성을 보장하기 위해 ACID 속성을 우선시합니다. 이는 금융 시스템이나 전자상거래 플랫폼과 같이 민감한 데이터를 처리하거나 엄격한 트랜잭션 보장이 필요한 애플리케이션에 있어 중요한 요구사항입니다.
확장성: 데이터를 여러 노드에 분산하고 처리하여 수평적으로 확장할 수 있도록 설계되었습니다. 이를 통해 성능 저하 없이 증가하는 워크로드와 데이터 볼륨을 처리할 수 있습니다.
SQL 인터페이스: 대부분의 NewSQL 데이터베이스는 SQL 호환 인터페이스를 제공하여 개발자가 기존 애플리케이션을 마이그레이션하거나 기존 SQL 기술을 활용하기 더 쉽게 만듭니다.
분산 아키텍처: NewSQL 데이터베이스는 일반적으로 분산 아키텍처를 기반으로 구축되어 높은 가용성과 내결함성을 달성할 수 있습니다.
성능: 인메모리 데이터 저장, 분산 쿼리 처리, 락 없는 동시성 제어와 같은 기술을 사용하여 고성능 트랜잭션 처리에 최적화되어 있습니다.

NewSQL의 아키텍처 접근 방식

NewSQL 데이터베이스 구현에는 여러 아키텍처 접근 방식이 사용됩니다. 이러한 접근 방식은 확장성과 ACID 보장을 달성하는 방식에서 차이가 있습니다.

1. 공유-비공유(Shared-Nothing) 아키텍처

공유-비공유 아키텍처에서 클러스터의 각 노드는 자체적인 독립적인 리소스(CPU, 메모리, 스토리지)를 가집니다. 데이터는 이러한 노드에 걸쳐 파티셔닝되고 분산됩니다. 이 아키텍처는 더 많은 노드를 추가하면 시스템 용량이 선형적으로 증가하기 때문에 뛰어난 확장성을 제공합니다. 공유-비공유 아키텍처를 사용하는 NewSQL 데이터베이스의 예로는 Google Spanner와 CockroachDB가 있습니다.

예시: 전 세계에 사용자가 있는 글로벌 전자상거래 플랫폼을 상상해 보세요. 공유-비공유 NewSQL 데이터베이스를 사용하면 플랫폼은 지리적으로 분산된 여러 데이터 센터에 데이터를 분산시킬 수 있습니다. 이를 통해 다른 지역의 사용자에게 낮은 지연 시간을 보장하고 지역적 장애 발생 시 높은 가용성을 제공합니다.

2. 공유 메모리(Shared-Memory) 아키텍처

공유 메모리 아키텍처에서는 클러스터의 모든 노드가 동일한 메모리 공간을 공유합니다. 이를 통해 노드 간의 빠른 데이터 액세스와 통신이 가능합니다. 그러나 이 아키텍처는 노드 수가 증가함에 따라 공유 메모리가 병목 현상이 되기 때문에 일반적으로 확장성에 제한이 있습니다. 이러한 아키텍처를 활용하는 데이터베이스의 예로는 특정 인메모리 데이터베이스 클러스터가 있습니다(가장 순수한 의미의 NewSQL은 아니지만 유사한 트랜잭션 확장 접근 방식을 보임).

3. 공유 디스크(Shared-Disk) 아키텍처

공유 디스크 아키텍처에서는 클러스터의 모든 노드가 동일한 스토리지 장치를 공유합니다. 이는 데이터 관리를 단순화하고 높은 가용성을 제공합니다. 그러나 모든 노드가 동일한 스토리지에 액세스해야 하므로 이 아키텍처도 병목 현상이 될 수 있습니다. 클러스터링된 일부 기존 RDBMS 시스템은 NewSQL로 분류되지는 않더라도 확장 가능한 트랜잭션 처리라는 더 넓은 맥락에서 고려될 수 있습니다.

분산 환경에서의 ACID 트랜잭션

분산 환경에서 ACID 속성을 유지하는 것은 복잡한 과제입니다. NewSQL 데이터베이스는 데이터 일관성과 신뢰성을 보장하기 위해 다양한 기술을 사용합니다.

1. 2단계 커밋 (2PC)

2PC는 여러 노드에 걸쳐 원자성을 보장하기 위해 널리 사용되는 프로토콜입니다. 2PC에서 코디네이터 노드는 모든 참여 노드에 걸쳐 트랜잭션을 조정합니다. 트랜잭션은 준비 단계와 커밋 단계의 두 단계로 진행됩니다. 준비 단계에서 각 노드는 트랜잭션을 커밋할 준비를 하고 코디네이터에게 알립니다. 모든 노드가 준비되면 코디네이터는 커밋하라고 지시합니다. 노드 중 하나라도 준비에 실패하면 코디네이터는 모든 노드에 중단하라고 지시합니다.

과제: 2PC는 느릴 수 있으며 단일 장애점(코디네이터)을 유발할 수 있습니다. 따라서 현대적인 NewSQL 시스템은 종종 대안 프로토콜을 선호합니다.

2. Paxos 및 Raft 합의 알고리즘

Paxos와 Raft는 분산 시스템이 장애 상황에서도 단일 값에 합의할 수 있도록 하는 합의 알고리즘입니다. 이러한 알고리즘은 데이터 일관성과 내결함성을 보장하기 위해 NewSQL 데이터베이스에서 자주 사용됩니다. 이들은 2PC에 대한 더 견고하고 효율적인 대안을 제공합니다.

예시: CockroachDB는 Raft를 사용하여 여러 노드에 데이터를 복제하고 모든 복제본이 일관성을 유지하도록 보장합니다. 이는 한 노드가 실패하더라도 시스템이 데이터 손실이나 불일치 없이 계속 작동할 수 있음을 의미합니다.

3. Spanner의 TrueTime API

Google Spanner는 TrueTime이라는 전역적으로 분산된 외부 일관성 타임스탬프 시스템을 사용합니다. TrueTime은 클럭 불확실성에 대한 보장된 상한을 제공하여 Spanner가 지리적으로 분산된 데이터 센터 전반에 걸쳐 강력한 일관성을 달성할 수 있게 합니다. 이를 통해 Spanner는 낮은 지연 시간과 높은 처리량으로 전역적으로 분산된 트랜잭션을 수행할 수 있습니다.

의의: TrueTime은 분산 환경에서도 가장 강력한 격리 수준인 직렬화 가능성을 데이터베이스가 유지할 수 있게 해주므로 Spanner 아키텍처의 중요한 구성 요소입니다.

NewSQL 데이터베이스 사용의 이점

확장성: NewSQL 데이터베이스는 증가하는 워크로드와 데이터 볼륨을 처리하기 위해 수평적으로 확장할 수 있습니다.
ACID 준수: 강력한 ACID 보장을 제공하여 데이터 무결성과 일관성을 보장합니다.
성능: 고성능 트랜잭션 처리에 최적화되어 있습니다.
내결함성: 일부 노드가 실패하더라도 계속 작동할 수 있도록 내결함성을 갖도록 설계되었습니다.
SQL 호환성: 대부분의 NewSQL 데이터베이스는 SQL 호환 인터페이스를 제공하여 기존 애플리케이션을 더 쉽게 마이그레이션할 수 있습니다.

NewSQL 데이터베이스의 사용 사례

NewSQL 데이터베이스는 확장성과 데이터 일관성을 모두 요구하는 광범위한 애플리케이션에 적합합니다. 일반적인 사용 사례는 다음과 같습니다.

1. 금융 애플리케이션

은행 시스템 및 결제 처리기와 같은 금융 애플리케이션은 금융 거래의 정확성과 신뢰성을 보장하기 위해 엄격한 ACID 보장을 요구합니다. NewSQL 데이터베이스는 데이터 무결성을 유지하면서 대용량 트랜잭션 처리에 필요한 확장성과 성능을 제공할 수 있습니다.

예시: 매일 수백만 건의 거래를 처리하는 글로벌 결제 게이트웨이는 대량의 트래픽을 처리하고 모든 거래가 올바르게 처리되도록 보장할 수 있는 데이터베이스가 필요합니다. NewSQL 데이터베이스는 이러한 요구 사항을 충족하는 데 필요한 확장성과 ACID 보장을 제공할 수 있습니다.

2. 전자상거래 플랫폼

전자상거래 플랫폼은 많은 수의 동시 사용자와 트랜잭션을 처리해야 합니다. NewSQL 데이터베이스는 이 워크로드를 처리하는 데 필요한 확장성과 성능을 제공하면서 주문이 올바르게 처리되고 재고가 정확하게 업데이트되도록 보장할 수 있습니다.

예시: 대형 온라인 소매업체는 연휴 쇼핑 시즌 동안의 피크 로드를 처리할 수 있는 데이터베이스가 필요합니다. NewSQL 데이터베이스는 증가된 수요를 충족시키기 위해 확장할 수 있으며 모든 주문이 오류 없이 처리되도록 보장합니다.

3. 게임 애플리케이션

대규모 다중 사용자 온라인 게임(MMO)은 많은 수의 동시 플레이어와 복잡한 게임 로직을 처리해야 합니다. NewSQL 데이터베이스는 이 워크로드를 처리하는 데 필요한 확장성과 성능을 제공하면서 게임 상태가 일관되고 플레이어가 부정행위를 할 수 없도록 보장할 수 있습니다.

예시: 인기 있는 MMO 게임은 수백만 명의 동시 플레이어를 처리하고 모든 플레이어 데이터가 일관되도록 보장할 수 있는 데이터베이스가 필요합니다. NewSQL 데이터베이스는 이러한 요구 사항을 충족하는 데 필요한 확장성과 ACID 보장을 제공할 수 있습니다.

4. 공급망 관리

현대의 공급망은 전 세계적으로 분산되어 있으며 재고 수준, 주문 상태 및 배송 추적에 대한 실시간 가시성이 필요합니다. NewSQL 데이터베이스는 공급망 시스템에서 생성되는 대량의 데이터를 처리하는 데 필요한 확장성과 성능을 제공하면서 데이터가 정확하고 일관되도록 보장할 수 있습니다.

5. IoT (사물 인터넷) 플랫폼

IoT 플랫폼은 연결된 장치에서 엄청난 양의 데이터를 생성합니다. NewSQL 데이터베이스는 이 데이터를 저장하고 분석하여 장치 성능, 사용 패턴 및 잠재적인 문제에 대한 통찰력을 제공하는 데 사용될 수 있습니다. 또한 센서 판독값 및 제어 명령과 같은 중요한 IoT 데이터가 안정적으로 저장되고 처리되도록 보장합니다.

NewSQL 데이터베이스의 예

다음은 주목할 만한 NewSQL 데이터베이스의 몇 가지 예입니다.

Google Spanner: 전 세계적으로 분산되고 확장 가능하며 강력한 일관성을 제공하는 데이터베이스 서비스입니다.
CockroachDB: 트랜잭션 및 강력한 일관성을 갖춘 키-값 저장소 위에 구축된 분산 SQL 데이터베이스입니다.
TiDB: 온라인 트랜잭션 처리(OLTP)와 온라인 분석 처리(OLAP) 워크로드를 모두 지원하는 오픈 소스 분산 SQL 데이터베이스입니다.
VoltDB: 고속 데이터와 빠른 의사 결정을 위해 설계된 인메모리, 스케일아웃 SQL 데이터베이스입니다.
NuoDB: 클라우드 환경을 위해 설계된 분산 SQL 데이터베이스입니다.

올바른 NewSQL 데이터베이스 선택하기

애플리케이션에 적합한 NewSQL 데이터베이스를 선택하는 것은 다음을 포함한 여러 요인에 따라 달라집니다.

확장성 요구 사항: 얼마나 많은 데이터와 트래픽을 처리해야 합니까?
ACID 요구 사항: 애플리케이션에 ACID 보장이 얼마나 중요합니까?
성능 요구 사항: 트랜잭션을 얼마나 빨리 처리해야 합니까?
배포 환경: 데이터베이스를 어디에 배포할 것입니까(예: 온프레미스, 클라우드)?
SQL 호환성: 기존 애플리케이션 및 개발팀에 SQL 호환성이 얼마나 중요합니까?
비용: 데이터베이스에 대한 예산은 얼마입니까?

결정을 내리기 전에 요구 사항을 신중하게 평가하고 다양한 NewSQL 데이터베이스의 기능과 성능을 비교하는 것이 중요합니다. 특정 워크로드로 다양한 데이터베이스의 성능을 테스트하기 위해 벤치마크를 실행하는 것을 고려하십시오.

NewSQL의 미래

NewSQL 데이터베이스는 빠르게 발전하는 기술입니다. 데이터 볼륨과 애플리케이션 복잡성이 계속 증가함에 따라 확장 가능하고 일관된 데이터베이스에 대한 수요는 증가할 것입니다. 앞으로 몇 년 동안 NewSQL 아키텍처, 알고리즘 및 도구에서 더 많은 혁신을 기대할 수 있습니다.

NewSQL의 잠재적인 미래 동향은 다음과 같습니다.

더 많은 클라우드 네이티브 데이터베이스: NewSQL 데이터베이스는 쿠버네티스 및 서버리스 컴퓨팅과 같은 클라우드 네이티브 기술을 활용하여 클라우드 환경에 맞게 점점 더 설계될 것입니다.
향상된 지리적 분산: NewSQL 데이터베이스는 지리적으로 분산된 데이터를 처리하고 전 세계 어디에서나 데이터에 대한 낮은 지연 시간 액세스를 제공하는 데 훨씬 더 능숙해질 것입니다.
머신러닝과의 통합: NewSQL 데이터베이스는 머신러닝 플랫폼과 점점 더 통합되어 실시간 분석 및 데이터 기반 의사 결정을 가능하게 할 것입니다.
향상된 보안: NewSQL 데이터베이스는 무단 액세스로부터 민감한 데이터를 보호하기 위해 더 진보된 보안 기능을 통합할 것입니다.

결론

NewSQL 데이터베이스는 확장성과 데이터 일관성을 모두 요구하는 애플리케이션에 대한 강력한 솔루션을 제공합니다. 전통적인 RDBMS와 NoSQL 데이터베이스의 장점을 결합함으로써 NewSQL 데이터베이스는 현대적인 분산 애플리케이션을 구축하기 위한 강력한 플랫폼을 제공합니다. 확장 가능하고 일관된 데이터베이스에 대한 수요가 계속 증가함에 따라 NewSQL은 데이터 관리의 미래에서 점점 더 중요한 역할을 할 것입니다.

금융 시스템, 전자상거래 플랫폼, 게임 애플리케이션 또는 IoT 플랫폼을 구축하든, NewSQL 데이터베이스는 데이터의 무결성과 신뢰성을 보장하면서 규모와 복잡성의 과제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. NewSQL의 세계를 탐험하여 조직에 어떤 이점을 줄 수 있는지 확인해 보세요.