MongoDB 샤딩(Sharding) 완벽 가이드

샤딩이란?

샤딩은 대용량 데이터를 여러 서버에 분산 저장하는 수평 확장(Horizontal Scaling) 방식입니다. MongoDB는 자동 샤딩을 지원하여 데이터가 증가해도 성능을 유지할 수 있습니다.

샤딩 아키텍처

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      Application                         │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
                            │
                            ▼
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                       mongos                             │
│                   (Query Router)                         │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
                            │
        ┌───────────────────┼───────────────────┐
        ▼                   ▼                   ▼
┌───────────────┐   ┌───────────────┐   ┌───────────────┐
│   Shard 1     │   │   Shard 2     │   │   Shard 3     │
│  (Replica Set)│   │  (Replica Set)│   │  (Replica Set)│
└───────────────┘   └───────────────┘   └───────────────┘
                            │
                            ▼
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│              Config Servers (Replica Set)                │
│                  (메타데이터 저장)                        │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

구성 요소

구성 요소	역할
mongos	클라이언트 요청을 적절한 샤드로 라우팅
Shard	실제 데이터를 저장하는 레플리카 셋
Config Server	클러스터 메타데이터 및 청크 정보 저장

샤드 키 (Shard Key)

샤드 키는 데이터를 분산하는 기준이 되는 필드입니다. 샤드 키 선택은 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.

좋은 샤드 키의 조건

1. 높은 카디널리티: 다양한 값을 가져야 함
2. 균등한 분포: 데이터가 골고루 분산되어야 함
3. 쿼리 패턴 부합: 자주 사용되는 쿼리 조건과 일치

샤드 키 예시

// 좋은 예: 높은 카디널리티 + 균등 분포
sh.shardCollection("mydb.orders", { orderId: "hashed" })

// 범위 샤딩: 범위 쿼리에 유리
sh.shardCollection("mydb.logs", { timestamp: 1 })

// 복합 샤드 키: 더 세밀한 분산
sh.shardCollection("mydb.users", { country: 1, createdAt: 1 })

샤드 키 전략

전략	장점	단점	적합한 경우
Hashed	균등 분산	범위 쿼리 비효율	랜덤 액세스
Ranged	범위 쿼리 효율적	핫스팟 위험	시계열 데이터
Compound	유연성	설계 복잡	복잡한 쿼리

청크 (Chunk)

데이터는 청크 단위로 샤드에 분산됩니다.

// 청크 크기 확인
use config
db.settings.find({ _id: "chunksize" })

// 청크 크기 변경 (MB 단위, 기본 128MB)
db.settings.updateOne(
  { _id: "chunksize" },
  { $set: { value: 64 } },
  { upsert: true }
)

청크 밸런싱

MongoDB는 밸런서를 통해 청크를 자동으로 균형 분배합니다:

// 밸런서 상태 확인
sh.getBalancerState()

// 밸런서 활성화/비활성화
sh.startBalancer()
sh.stopBalancer()

// 특정 시간대에만 밸런싱
db.settings.updateOne(
  { _id: "balancer" },
  { $set: { activeWindow: { start: "02:00", stop: "06:00" } } }
)

샤딩 클러스터 구성

1. Config Server 설정

# config-server.conf
sharding:
  clusterRole: configsvr
replication:
  replSetName: configReplSet
net:
  port: 27019

2. Shard 설정

# shard.conf
sharding:
  clusterRole: shardsvr
replication:
  replSetName: shard1ReplSet
net:
  port: 27018

3. mongos 설정

# mongos.conf
sharding:
  configDB: configReplSet/config1:27019,config2:27019,config3:27019
net:
  port: 27017

4. 샤드 추가

// mongos에 접속하여 샤드 추가
sh.addShard("shard1ReplSet/shard1-1:27018,shard1-2:27018")
sh.addShard("shard2ReplSet/shard2-1:27018,shard2-2:27018")

// 샤딩 활성화
sh.enableSharding("mydb")

// 컬렉션 샤딩
sh.shardCollection("mydb.orders", { customerId: "hashed" })

쿼리 라우팅

Targeted Query (효율적)

샤드 키를 포함한 쿼리는 특정 샤드로만 전달됩니다:

// customerId가 샤드 키일 때 - 특정 샤드만 조회
db.orders.find({ customerId: "user123" })

Scatter-Gather Query (비효율적)

샤드 키가 없으면 모든 샤드에 쿼리 전송:

// 모든 샤드에 쿼리 전송 후 결과 병합
db.orders.find({ status: "pending" })

모니터링

// 샤딩 상태 확인
sh.status()

// 각 샤드별 데이터 분포
db.orders.getShardDistribution()

// 청크 정보
use config
db.chunks.find({ ns: "mydb.orders" }).pretty()

주의사항

1. 샤드 키는 변경 불가: 설계 단계에서 신중히 선택
2. 샤드 키 값은 불변: 한번 설정된 문서의 샤드 키 변경 불가
3. 트랜잭션 제한: 다중 샤드 트랜잭션은 성능 저하 가능
4. 인덱스 필수: 샤드 키에는 반드시 인덱스 존재해야 함

참고 자료

• MongoDB Sharding 공식 문서
• 샤드 키 선택 가이드