MongoDB WiredTiger 스토리지 엔진 이해하기

개요

WiredTiger는 MongoDB 3.2부터 기본 스토리지 엔진으로 채택된 고성능 스토리지 엔진입니다. 문서 수준 동시성 제어와 압축을 지원하며, 대부분의 워크로드에서 뛰어난 성능을 제공합니다.

핵심 아키텍처

문서 수준 잠금 (Document-Level Locking)

WiredTiger의 가장 큰 장점은 문서 수준의 동시성 제어입니다.

스토리지 엔진	잠금 수준	동시성
MMAPv1 (레거시)	컬렉션 수준	낮음
WiredTiger	문서 수준	높음

// 서로 다른 문서에 대한 동시 쓰기가 병렬로 처리됨
db.users.updateOne({ _id: 1 }, { $set: { name: "Alice" } })
db.users.updateOne({ _id: 2 }, { $set: { name: "Bob" } })  // 블로킹 없음

MVCC (Multi-Version Concurrency Control)

WiredTiger는 MVCC를 사용하여 읽기와 쓰기 작업이 서로를 차단하지 않습니다.

• 읽기 작업: 시작 시점의 스냅샷을 참조
• 쓰기 작업: 새 버전 생성
• 충돌 시: 자동 재시도 메커니즘

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데이터 적용 순서

MongoDB에서 데이터가 저장되는 순서를 이해하는 것이 중요합니다:

1. WAL (Write-Ahead Log) 기록
2. Data Memory 적용 (공유 캐시)
3. OpLog 기록 (Replica Set용)
4. Disk Flush (체크포인트)

이 순서 덕분에 장애 시에도 WAL을 통해 데이터를 복구할 수 있습니다.

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공유 캐시 (Shared Cache)

WiredTiger의 공유 캐시는 MySQL의 Buffer Pool과 유사한 역할을 합니다.

MySQL Buffer Pool과의 차이

특성	MySQL Buffer Pool	WiredTiger Cache
캐싱 방식	B-Tree 상의 주소 사용	메모리 주소로 변환하여 적재
캐싱 속도	빠름	상대적으로 느림 (변환 과정)
읽기 성능	보통	캐싱 후 더 빠름

WiredTiger는 데이터를 메모리에 적합한 트리 형태로 재구성하여 적재합니다. 이 변환 과정으로 인해 초기 캐싱은 느릴 수 있지만, 일단 캐싱되면 RDB보다 빠른 읽기 성능을 제공합니다.

캐시 설정

# mongod.conf
storage:
  wiredTiger:
    engineConfig:
      cacheSizeGB: 4  # 권장: (RAM - 1GB) / 2

기본 캐시 크기 계산:

• (RAM - 1GB) × 50%
• 또는 256MB 중 큰 값

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Lock-Free 알고리즘

WiredTiger는 높은 동시성을 위해 Lock-Free 알고리즘을 사용합니다.

Hazard Pointer

• 현재 데이터를 참조하고 있는 메모리 주소를 Hazard Pointer에 등록
• 캐시에서 제거(Eviction) 시 Hazard Pointer에 등록된 데이터는 보호
• Disk Flush 여부도 Hazard Pointer를 통해 결정

Skip List

• Undo Log를 Skip List로 관리
• 레코드 변경 시 이전 버전을 Skip List에 추가
• MVCC 구현의 핵심 자료구조

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Cache Eviction

캐시의 빈 공간을 적절히 유지하여 새 데이터를 적재할 수 있도록 합니다.

동작 방식

• 백그라운드 스레드: 평상시 Eviction 처리
• 포그라운드 스레드: 백그라운드가 공간 확보 실패 시 직접 수행 (성능 저하 발생)

튜닝 파라미터

파라미터	설명	기본값
threads_max	Eviction 스레드 최대 개수	4 (1~20)
threads_min	Eviction 스레드 최소 개수	1 (1~20)
eviction_dirty_target	더티 페이지 비율 유지 목표	5%
eviction_target	전체 캐시 사용률 목표	80%

# 고급 Eviction 설정
storage:
  wiredTiger:
    engineConfig:
      eviction:
        threads_max: 8
        threads_min: 4

주의: Eviction이 포그라운드에서 실행되면 쓰기 성능이 급격히 저하됩니다. cache eviction 관련 지표를 모니터링하세요.

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데이터 압축

WiredTiger는 두 수준의 압축을 지원합니다:

컬렉션 데이터 압축

// 컬렉션 생성 시 압축 알고리즘 지정
db.createCollection("logs", {
  storageEngine: {
    wiredTiger: {
      configString: "block_compressor=zstd"
    }
  }
})

알고리즘	압축률	속도	용도
snappy (기본)	보통	빠름	범용
zlib	높음	느림	아카이브
zstd	높음	빠름	권장 (4.2+)
none	-	-	실시간 처리

zstd 권장 이유: 무손실 압축이면서 압축/해제 속도가 준수함

인덱스 프리픽스 압축

인덱스는 기본적으로 프리픽스 압축이 적용됩니다:

// 인덱스 압축 비활성화 예시
db.collection.createIndex(
  { field: 1 },
  { storageEngine: { wiredTiger: { configString: "prefix_compression=false" } } }
)

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체크포인트 (Checkpoint)

체크포인트는 데이터 파일과 트랜잭션 로그가 동기화되는 시점입니다. DB 장애 시 복구 시점을 결정하는 기준이 됩니다.

Sharp Checkpoint

MongoDB는 Sharp Checkpoint 방식을 사용합니다:

• 체크포인트 실행 시점에 더티 페이지를 한 번에 모아서 디스크에 내려씀
• Fuzzy Checkpoint(점진적 방식)와 대비되는 개념

체크포인트 트리거

기본적으로 다음 조건에서 체크포인트가 발생합니다:

• 60초 경과
• 2GB 저널 데이터 누적

체크포인트 옵션

옵션	설명	기본값
log_size	이 크기만큼 트랜잭션 로그 쓰면 체크포인트 실행	0 (자동)
wait	주기적 체크포인트 간격 (초)	0 (자동)

# mongod.conf
storage:
  wiredTiger:
    engineConfig:
      checkpointSizeMB: 1024

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저널링 (Journaling)

Write-Ahead Logging(WAL)으로 데이터 내구성을 보장합니다.

• Journal Log는 데이터 디렉토리 하위 journal/ 폴더에 저장
• 장애 발생 시 Journal Log를 사용해 데이터 복구

storage:
  journal:
    enabled: true
    commitIntervalMs: 100  # 기본값

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성능 튜닝

프로덕션 권장 설정

# mongod.conf
storage:
  wiredTiger:
    engineConfig:
      cacheSizeGB: 8
      journalCompressor: snappy
    collectionConfig:
      blockCompressor: zstd
    indexConfig:
      prefixCompressionEnabled: true

모니터링 명령어

// WiredTiger 전체 통계
db.serverStatus().wiredTiger

// 캐시 상태
db.serverStatus().wiredTiger.cache

// 컬렉션별 통계
db.collection.stats().wiredTiger

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주의사항

1. 캐시 크기: 시스템 RAM의 50% 이하 권장
2. 압축: CPU 오버헤드와 저장 공간 트레이드오프 고려
3. 저널링: 비활성화 시 데이터 손실 위험
4. Eviction 모니터링: 포그라운드 Eviction 발생 시 성능 저하
5. 체크포인트: Sharp Checkpoint로 인한 일시적 I/O 스파이크 고려

참고 자료

• MongoDB WiredTiger 공식 문서
• WiredTiger GitHub
• MongoDB 총 정리 (liltdevs)