[MongoDB] Sharding / Shard Keys

by Geol Choi | April 13, 2014

샤드 키란?

샤드 키(Shard Keys)는 클러스터의 샤드들 간에 컬렉션의 도큐먼트를 어떻게 분산할 것인가를 결정하는 것이다.

다음의 예를 들어보자. 4개의 샤드로 구성된 클러스터가 있다고 가정하자. "x"라는 도큐먼트 키를 기준으로 샤드 1(Chunk 1)에는 "x"가 -75까지의 데이터를 저장하고, 샤드 2에는 25까지, 샤드 3에는 175까지, 샤드 4에는 175보다 큰 데이터를 분산하여 저장한다. 이 때 데이터를 분산하는 기준이 되는 키인 "x"를 샤드 키라고 한다.

[그림 1.] 샤드 키를 이용하여 데이터 세트를 여러 개의 덩어리(chunk)로 분할.

샤드 키의 작동 원리

만약 회원 관리를 위한 멤버 데이터베이스(members)를 나이(age)별로 "0-30", "31-60", "61-무한대"의 3개의 덩어리의 샤드로 나눈다고 하자. 이 때 "age"는 샤드 키가 될 것이며, 이 샤드 키에 대해 다음의 쿼리에 대한 작동 원리를 알아보도록 한다.

[그림 2.] 샤드 키 "age"를 이용하여 데이터 세트를 여러 개의 덩어리(chunk)로 분할.

db.members.find({age: 17})

mongos는 age가 17이 어느 범위에 chunk에 해당하고 있는지 알고 있다. 즉, {age: 17}은 chunk 1에 해당하는 것을 알고 있기 때문에 mongos는 이 쿼리를 chunk 1으로 직접 요청하고, 처리된 데이터는 다시 mongos를 통해 클라이언트로 보내어 진다.

[그림 3.] 해당 샤드로 쿼리 요청 및 결과 반환.

db.members.find({age: {$gt: 40}})

mongos는 age가 40 보다 큰 멤버가 어느 chunk에 저장되어 있는지 알고 있다. 즉, {age: {$gt: 40}}인 쿼리에 해당하는 chunk는 chunk 2와 chunk 3이므로, 직렬로 chunk 2와 chunk 3에 순차적으로 쿼리를 요청한다. 처리된 결과는 mongos가 취합하여 클라이언트로 보내어 진다.

[그림 4.] 해당 샤드로 쿼리 요청 및 결과 반환.

db.members.find().sort({name: 1})

이 쿼리는 name 키로 내림차순 정렬을 하는 것이다. mongos는 각 샤드에 쿼리를 요청하고 각 샤드로부터 정렬된 결과를 취합한다. 샤드로부터 mongos에 전달된 결과값은 데이터 자체가 아닌 커서(cursor) 값을 받기 때문에 전체 결과 데이터를 가져올 필요가 없으며 클라이언트에 커서 값으로 순차적으로 각 서버로 요청하여 정렬된 데이터를 보여 준다.

db.members.find({name: "gchoi"})

현재 샤드 키는 age로 지정되어 있으므로, mongos는 "gchoi"라는 name이 어느 chunk에 저장되어 있는지 알 수 없다. 따라서, mongos는 모든 샤드에 대해 직렬로 쿼리를 전달하게 되고 각 샤드는 요청된 쿼리를 처리하여 mongos로 결과를 알려준다. mongos는 결과를 취합하여 클라이언트에 전달한다.