아파치 카산드라

3. 특징 및 제한 사항

카산드라는 모든 노드가 동일한 기능을 수행하는 분산 아키텍처를 사용하여 단일 실패 지점(Single Point of Failure)을 제거한다. 구성 가능한 복제 전략을 사용하여 클러스터 전체에 데이터를 분산하여 중복성과 재해 복구 기능을 제공한다. 선형 확장이 가능하여 새 노드를 추가하면서 지속적인 서비스를 유지하면서 읽기 및 쓰기 처리량을 증가시킬 수 있다.^[1]

카산드라는 AP(가용성 및 파티션 허용) 시스템으로 분류되며, 일관성보다 가용성과 파티션 허용을 강조한다. 읽기 및 쓰기 작업 모두에 대해 조정 가능한 일관성 수준을 제공하지만, 아키텍처상 엄격한 일관성 보장을 요구하는 사용 사례에는 적합하지 않다.^[1] 하둡과 같은 빅 데이터 처리 도구와의 호환성을 제공한다. 툼스톤을 사용하여 읽기, 업서트, 삭제를 관리함으로써 결과적 일관성을 유지한다.

카산드라는 여러 테이블 JOIN, 임시 집계 또는 복잡한 쿼리와 같은 고급 쿼리 패턴을 지원하지 않는다.^[1]

4. 데이터 모델

와이드 칼럼 저장소인 카산드라는 키-값 및 테이블 데이터베이스 시스템의 기능을 결합한다. 이는 조정 가능한 일관성 수준을 갖춘 분할된 행 저장소 모델을 구현한다.^[8] 카산드라와 관계형 데이터베이스 관리 시스템(RDBMS)의 데이터 모델을 비교하면 다음과 같다.

카산드라는 결과적 일관성을 통해 구조화된 키-값 데이터 저장소를 제공한다. 키는 여러 값에 매핑되며, 이는 ''컬럼 패밀리''로 그룹화된다. 컬럼 패밀리는 카산드라 데이터베이스가 생성될 때 고정되지만, 나중에 패밀리에 열을 추가하는 것이 가능하다. 또한, 열은 특정 키에만 추가되므로, 어떤 패밀리에서도 서로 다른 키는 임의의 열 수를 가질 수 있다. 각 키에 해당하는 컬럼 패밀리의 값은 연속적으로 기록되며, 이로 인해 카산드라는 컬럼 지향 데이터베이스 관리 시스템과 행 지향 데이터베이스 시스템의 복합형이라고 할 수 있다.

4. 1. 구성 요소

• 키스페이스(Keyspace): 관계형 시스템의 데이터베이스와 유사하다. 키스페이스는 여러 개의 테이블을 포함하며 복제 전략 및 사용자 정의 유형(UDT)을 포함한 구성 정보를 관리한다.^[1]
• 테이블(Tables): CQL 3 이전에는 컬럼 패밀리라고 불렸으며, 데이터 행을 담는 컨테이너다. 각 테이블은 이름과 저장된 데이터에 대한 구성 정보를 가지고 있다. 테이블은 업데이트 및 쿼리를 차단하지 않고 런타임에 생성, 삭제 또는 변경될 수 있다.^[9]
• 행(Rows): 각 행은 기본 키로 식별되며 열을 포함한다. 테이블의 기본 키의 첫 번째 구성 요소는 파티션 키이며, 파티션 내에서 행은 키의 나머지 열에 의해 클러스터링된다.^[10]
• 열(Columns): 행에 속한 데이터를 포함하며 이름, 유형, 값, 타임스탬프 메타데이터 ("최종 쓰기 승리"를 통한 쓰기 충돌 해결에 사용)로 구성된다.

4. 2. 관계형 데이터베이스와의 비교

데이터 모델은 여러 계층적 구성 요소로 구성된다. 각 행은 기본 키로 식별되며 열을 포함한다. 테이블의 기본 키의 첫 번째 구성 요소는 파티션 키이며, 파티션 내에서 행은 키의 나머지 열에 의해 클러스터링된다.^[10]

열은 행에 속한 데이터를 포함하며 이름, 유형, 값, 타임스탬프 메타데이터("최종 쓰기 승리"를 통한 쓰기 충돌 해결에 사용)로 구성된다.

전통적인 RDBMS 테이블과 달리 동일한 테이블 내의 행은 다양한 열을 가질 수 있어 유연한 구조를 제공한다. 이러한 유연성은 모든 열이 각 행에 대해 지정될 필요가 없다는 점에서 카산드라를 관계형 데이터베이스와 구별한다.^[1] 다른 열은 기본 키와 별도로 인덱싱될 수 있다.^[11]

5. 저장소 모델

카산드라는 결과적 일관성을 통해 구조화된 키-값 데이터 저장소를 제공한다. 키는 여러 값에 매핑되며, 이는 ''컬럼 패밀리''로 그룹화된다. 컬럼 패밀리는 카산드라 데이터베이스가 생성될 때 고정되지만, 나중에 패밀리에 열을 추가하는 것은 가능하다. 또한, 열은 특정 키에만 추가되므로, 어떤 패밀리에서도 서로 다른 키는 임의의 열 개수를 가질 수 있다. 각 키에 해당하는 컬럼 패밀리의 값은 연속적으로 기록되는데, 이 때문에 카산드라는 컬럼 지향 데이터베이스 관리 시스템과 행 지향 데이터베이스 시스템의 복합형이라고 할 수 있다.

5. 1. 구성 요소

스토리지 아키텍처는 다음 세 가지 주요 구성 요소로 구성된다:^[1]

• '''커밋 로그''': 쓰기 내구성을 보장하는 선 기록 로그이다.
• '''멤테이블''': 쓰기를 저장하는 인 메모리 데이터 구조로, 기본 키로 정렬된다.
• '''SSTable''' (정렬된 문자열 테이블): 멤테이블에서 플러시된 데이터를 포함하는 불변 파일이다.

5. 2. 쓰기 및 읽기 프로세스

5. 3. 데이터 관리

• 저장 공간 사용량 감소
• 삭제된 행의 툼스톤 제거
• 읽기 성능 향상

5. 4. 관계형 데이터베이스와의 비교

^[1]

6. Cassandra Query Language (CQL)

CQL은 SQL을 대체하여 카산드라에 접근하기 위한 인터페이스이다. CQL은 추상화 계층을 추가하여 구현 세부 사항을 숨기고, 컬렉션 및 기타 일반적인 인코딩에 대한 네이티브 구문을 제공한다. 자바(JDBC), 파이썬(DBAPI2), Node.JS(DataStax), Go(gocql) 및 C++ 등 다양한 언어 드라이버를 사용할 수 있다.^[13]

카산드라의 키 스페이스는 노드 간의 데이터 복제를 정의하는 네임스페이스이다. 복제는 키 스페이스 수준에서 정의된다. 다음은 CQL 3.0에서 컬럼 패밀리를 포함하는 키 스페이스 생성 예제이다:^[14]

```sql

CREATE KEYSPACE MyKeySpace

WITH REPLICATION = { 'class' : 'SimpleStrategy', 'replication_factor' : 3 };

USE MyKeySpace;

CREATE COLUMNFAMILY MyColumns (id text, lastName text, firstName text, PRIMARY KEY(id));

INSERT INTO MyColumns (id, lastName, firstName) VALUES ('1', 'Doe', 'John');

SELECT * FROM MyColumns;

```

결과는 다음과 같다:

```text

id | lastName | firstName

• ---+----------+----------

6. 1. JSON 지원

7. 분산 아키텍처

카산드라는 클러스터 통신을 위해 피어 투 피어 가십 프로토콜을 사용한다. 노드들은 정기적으로 클러스터 상태 정보를 교환하며, 여기에는 노드 가용성 상태, 스키마 버전, 생성 타임스탬프(노드 부트스트랩 시간), 버전 번호(논리적 시계 값)가 포함된다. 이 시스템은 벡터 시계를 사용하여 정보의 최신성을 추적하고 오래된 상태 데이터는 무시한다.<sup>[1]</sup>

7. 1. 시드 노드(Seed Nodes)

• 클러스터 부트스트랩
• 가십 통신 지점 역할 보장
• 클러스터 단편화 방지
• 서비스 검색을 통한 검색 가능 상태 유지

7. 2. 내결함성(Fault Tolerance)

8. 관리 및 모니터링

카산드라는 자바 관리 확장(JMX)을 통해 관리 및 모니터링할 수 있는 자바 기반 시스템이다. JMX 호환 'Nodetool' 유틸리티는 카산드라 클러스터를 관리하는 데 사용될 수 있다.<sup>[16]</sup> Nodetool은 디스크 사용량, 지연 시간, 압축, 가비지 수집 등에 관한 카산드라 메트릭을 반환하는 다양한 명령을 제공한다.<sup>[17]</sup>

2013년 카산드라 2.0.2 버전 출시 이후, 여러 메트릭의 측정값은 Dropwizard 메트릭 프레임워크를 통해 생성되며,<sup>[18]</sup> JConsole과 같은 도구를 사용하여 JMX를 통해 쿼리하거나 Dropwizard 호환 리포터 플러그인을 통해 외부 모니터링 시스템으로 전달할 수 있다.<sup>[19]</sup>

참조

<sub>[1]</sub> 서적 Cassandra: The Definitive Guide O'Reilly Media
<sub>[2]</sub> 웹사이트 Multi-datacenter Replication in Cassandra http://www.datastax.[...] DataStax 2013-07-25
<sub>[3]</sub> 웹사이트 Apache Cassandra Documentation Overview https://cassandra.ap[...] 2021-01-21
<sub>[4]</sub> 웹사이트 Facebook Releases Cassandra as Open Source http://perspectives.[...] 2009-06-04
<sub>[5]</sub> 웹사이트 Is this the new hotness now? http://www.mail-arch[...] Mail-archive.com 2010-03-29
<sub>[6]</sub> 웹사이트 Cassandra is an Apache top level project http://www.mail-arch[...] Mail-archive.com 2010-03-29
<sub>[7]</sub> 웹사이트 The meaning behind the name of Apache Cassandra http://kellabyte.com[...] 2016-07-19
<sub>[8]</sub> 웹사이트 About data consistency http://www.datastax.[...] 2013-07-25
<sub>[9]</sub> 웹사이트 The Schema Management Renaissance in Cassandra 1.1 http://www.datastax.[...] DataStax 2013-07-25
<sub>[10]</sub> 웹사이트 Schema in Cassandra 1.1 http://www.datastax.[...] DataStax 2013-07-25
<sub>[11]</sub> 웹사이트 What's new in Cassandra 0.7: Secondary indexes http://www.datastax.[...] DataStax 2013-07-25
<sub>[12]</sub> 웹사이트 About Deletes and Tombstones in Cassandra https://thelastpickl[...] 2016-07-27
<sub>[13]</sub> 웹사이트 DataStax C/C++ Driver for Apache Cassandra https://github.com/d[...] 2014-12-15
<sub>[14]</sub> 웹사이트 CQL https://cassandra.ap[...] 2016-01-05
<sub>[15]</sub> 간행물 The Φ Accrual Failure Detector
<sub>[16]</sub> 웹사이트 NodeTool https://wiki.apache.[...] 2016-01-05
<sub>[17]</sub> 웹사이트 How to monitor Cassandra performance metrics https://www.datadogh[...] Datadog 2016-01-05
<sub>[18]</sub> 웹사이트 Metrics https://wiki.apache.[...] 2016-01-05
<sub>[19]</sub> 웹사이트 Monitoring http://cassandra.apa[...] 2018-02-01
<sub>[20]</sub> 웹사이트 Cassandra Server Releases http://cassandra.apa[...] 2015-12-15
<sub>[21]</sub> 웹인용 Multi-datacenter Replication in Cassandra http://www.datastax.[...] DataStax 2013-07-25
<sub>[22]</sub> 웹인용 Solving Big Data Challenges for Enterprise Application Performance Management http://vldb.org/pvld[...] VLDB 2013-07-25
<sub>[23]</sub> 웹인용 Cassandra Server Releases http://cassandra.apa[...] 2015-12-15