[AWS] RDS, Aurora, ElastiCache

RDS (Relational Database Service)

• AWS 관리형 관계형 데이터베이스

• 프로비저닝, 백업, 패치를 자동화

• EC2에 직접 DB를 설치하는 것보다 운영이 간편

지원하는 데이터베이스 엔진

• AWS 자체 개발 엔진

• MySQL/PostgreSQL 호환

• 최고 성능 및 가용성

• 가장 인기 있는 오픈소스 DB

• 웹 애플리케이션에 적합

• 고급 기능 지원

• 복잡한 쿼리 처리

• MySQL 포크

• 커뮤니티 주도 개발

• 엔터프라이즈급 기능

• BYOL (Bring Your Own License) 가능

• Microsoft 데이터베이스

• Windows 애플리케이션 통합

EC2에 DB 설치 vs RDS

RDS 주요 기능

1. 자동 백업

• 매일 전체 백업 (retention period 설정 가능)

• 5분마다 트랜잭션 로그 백업

• Point-in-time Recovery (특정 시점으로 복구)

• 보관 기간: 0~35일

# RDS 인스턴스 생성 (자동 백업 활성화)
aws rds create-db-instance \
  --db-instance-identifier mydb \
  --db-instance-class db.t3.micro \
  --engine mysql \
  --master-username admin \
  --master-user-password MyPassword123 \
  --allocated-storage 20 \
  --backup-retention-period 7 \
  --preferred-backup-window "03:00-04:00"

# 특정 시점으로 복구
aws rds restore-db-instance-to-point-in-time \
  --source-db-instance-identifier mydb \
  --target-db-instance-identifier mydb-restored \
  --restore-time 2024-11-17T10:30:00Z

2. 수동 스냅샷

• 사용자가 명시적으로 생성

• 무제한 보관 가능

• 리전 간 복사 가능

# 스냅샷 생성
aws rds create-db-snapshot \
  --db-instance-identifier mydb \
  --db-snapshot-identifier mydb-snapshot-20241117

# 스냅샷으로부터 복원
aws rds restore-db-instance-from-db-snapshot \
  --db-instance-identifier mydb-new \
  --db-snapshot-identifier mydb-snapshot-20241117

# 스냅샷 다른 리전으로 복사
aws rds copy-db-snapshot \
  --source-db-snapshot-identifier arn:aws:rds:ap-northeast-2:...:snapshot:mydb-snapshot \
  --target-db-snapshot-identifier mydb-snapshot-us \
  --source-region ap-northeast-2 \
  --region us-east-1

3. Multi-AZ 배포

Primary Instance (AZ-A)
    ↓ 동기 복제
Standby Instance (AZ-C)
    ↓
자동 장애 조치 (Failover)

1. Primary DB에 쓰기 수행

2. Standby DB로 동기 복제

3. Primary 장애 시 자동으로 Standby로 전환

4. DNS 자동 업데이트 (애플리케이션 수정 불필요)

# Multi-AZ 활성화
aws rds modify-db-instance \
  --db-instance-identifier mydb \
  --multi-az \
  --apply-immediately

• Standby는 읽기 트래픽을 처리하지 않음 (순수 대기용)

• 읽기 확장을 원하면 Read Replica 사용

4. Read Replica

Primary DB (읽기+쓰기)
    ↓ 비동기 복제
┌───────┬───────┬───────┐
│Read   │Read   │Read   │
│Replica│Replica│Replica│
│ (읽기)│ (읽기)│ (읽기)│
└───────┴───────┴───────┘

• 최대 15개의 Read Replica 생성 가능

• 동일 리전 또는 다른 리전

• 비동기 복제 (약간의 지연 발생)

• Replica를 Primary로 승격 가능

• 리포팅 및 분석 쿼리

• 대시보드 조회

• 검색 기능

• 읽기 부하가 높은 애플리케이션

# Read Replica 생성
aws rds create-db-instance-read-replica \
  --db-instance-identifier mydb-replica \
  --source-db-instance-identifier mydb \
  --db-instance-class db.t3.micro

# Replica를 독립 DB로 승격
aws rds promote-read-replica \
  --db-instance-identifier mydb-replica

5. 스토리지 자동 확장

초기: 20GB
    ↓ 사용량 증가
자동 확장: 30GB
    ↓
자동 확장: 50GB
    ↓
최대: 1000GB (설정한 한도)

• 최대 스토리지 임계값 지정

• 여유 공간 < 10% 시 자동 확장

• 6시간 이내 다시 확장 안 함

# 스토리지 자동 확장 활성화
aws rds modify-db-instance \
  --db-instance-identifier mydb \
  --max-allocated-storage 1000 \
  --apply-immediately

Amazon Aurora

• AWS가 클라우드를 위해 재설계한 데이터베이스

• MySQL 및 PostgreSQL과 호환

• RDS보다 5배(MySQL) ~ 3배(PostgreSQL) 빠름

Aurora의 아키텍처

1. 스토리지 자동 확장

10GB에서 시작
    ↓
128TB까지 자동 확장 (10GB 단위)

2. 고가용성 설계

3개 AZ에 데이터 6개 복사본 저장

AZ-A: [Copy 1] [Copy 2]
AZ-B: [Copy 3] [Copy 4]
AZ-C: [Copy 5] [Copy 6]

쓰기: 6개 중 4개 승인 필요
읽기: 6개 중 3개 승인 필요
→ 2개 복사본 손실되어도 정상 작동

3. 자가 복구

• 손상된 데이터 블록 자동 복구

• P2P 복제로 빠른 복구

Aurora 클러스터 구조

[Writer Endpoint] → Primary Instance (읽기+쓰기)
                         ↓ 복제
[Reader Endpoint] → ┌─ Read Replica 1
                    ├─ Read Replica 2
                    └─ Read Replica 3

• 항상 Primary 인스턴스를 가리킴

• 장애 조치 시 자동으로 새 Primary로 전환

• 모든 Read Replica로 로드 밸런싱

• 자동으로 새 Replica 추가/제거

Aurora 고급 기능

1. Aurora Serverless

• 사용량에 따라 자동으로 확장/축소

• 용량 단위: ACU (Aurora Capacity Unit)

• 사용하지 않을 때 자동 일시 중지

• 간헐적 트래픽

• 개발/테스트 환경

• 예측 불가능한 워크로드

• 사용한 ACU × 시간만큼만 과금

• 일시 중지 시 스토리지 비용만 발생

# Aurora Serverless v2 생성
aws rds create-db-cluster \
  --db-cluster-identifier myaurora-serverless \
  --engine aurora-mysql \
  --engine-version 8.0.mysql_aurora.3.02.0 \
  --serverless-v2-scaling-configuration \
    MinCapacity=0.5,MaxCapacity=1 \
  --master-username admin \
  --master-user-password MyPassword123

2. Global Database

• 최대 5개 보조 리전

• 리전 간 복제 지연 < 1초

• 재해 복구 시간(RTO) < 1분

Primary Region (ap-northeast-2)
    ↓ 비동기 복제 (<1초)
Secondary Region (us-east-1)
    ↓
Secondary Region (eu-west-1)

• 글로벌 서비스

• 재해 복구

• 지역별 읽기 성능 최적화

# Global Database 생성
aws rds create-global-cluster \
  --global-cluster-identifier myglobal \
  --engine aurora-mysql

# 보조 리전 클러스터 추가
aws rds create-db-cluster \
  --db-cluster-identifier myaurora-secondary \
  --engine aurora-mysql \
  --global-cluster-identifier myglobal \
  --region us-east-1

3. Aurora Machine Learning

-- SageMaker 모델 호출
SELECT
  customer_id,
  aws_sagemaker_invoke_endpoint(
    'fraud-detection-endpoint',
    transaction_data
  ) AS fraud_score
FROM transactions;

-- Comprehend로 감정 분석
SELECT
  review_id,
  aws_comprehend_detect_sentiment(review_text, 'en') AS sentiment
FROM reviews;

Aurora 비용 최적화

1. Aurora I/O-Optimized

• 인스턴스 비용 + I/O 요청당 과금

• 인스턴스 비용만 (40% 높음)

• I/O 무제한 무료

I/O 비용이 인스턴스 비용의 25% 초과 시
→ I/O-Optimized 선택

2. Backtrack

• 특정 시점으로 '되돌리기' (복원이 아님)

• 72시간 이내 어느 시점으로든 가능

• 수 초 내에 완료

• MySQL만 지원

# Backtrack 활성화
aws rds modify-db-cluster \
  --db-cluster-identifier myaurora \
  --backtrack-window 72 \
  --apply-immediately

# 특정 시점으로 Backtrack
aws rds backtrack-db-cluster \
  --db-cluster-identifier myaurora \
  --backtrack-to 2024-11-17T10:30:00Z

ElastiCache

개념

• 인메모리 캐시 서비스

• Redis 또는 Memcached 엔진

• 읽기 성능 극대화 (밀리초 단위 지연)

Redis vs Memcached

Redis 클러스터 모드

1. Cluster Mode Disabled (기본)

Primary Node (읽기+쓰기)
    ↓
┌─ Replica 1 (읽기)
├─ Replica 2 (읽기)
└─ Replica 3 (읽기)

• 단일 샤드

• 최대 5개 Replica

• 간단한 구성

2. Cluster Mode Enabled

Shard 1: [Primary] → [Replica]
Shard 2: [Primary] → [Replica]
Shard 3: [Primary] → [Replica]

• 데이터가 여러 샤드에 분산

• 최대 500개 노드

• 확장성 극대화

캐싱 전략

1. Lazy Loading (Cache-Aside)

def get_user(user_id):
    # 캐시 먼저 확인
    user = cache.get(f"user:{user_id}")

    if user is None:
        # 캐시 미스: DB에서 조회
        user = db.query(f"SELECT * FROM users WHERE id={user_id}")

        # 캐시에 저장
        cache.set(f"user:{user_id}", user, ttl=3600)

    return user

• 필요한 데이터만 캐시

• 캐시 장애 시에도 서비스 가능

• 첫 요청은 느림 (캐시 미스)

• 캐시 데이터가 오래될 수 있음

2. Write-Through

def update_user(user_id, data):
    # DB 업데이트
    db.update(f"UPDATE users SET ... WHERE id={user_id}")

    # 캐시도 함께 업데이트
    cache.set(f"user:{user_id}", data, ttl=3600)

• 캐시 데이터 항상 최신

• 읽기 성능 우수

• 모든 데이터를 캐시 (불필요한 데이터도)

• 쓰기 지연 증가

3. Hybrid (Lazy + TTL)

def get_user(user_id):
    user = cache.get(f"user:{user_id}")

    if user is None:
        user = db.query(f"SELECT * FROM users WHERE id={user_id}")
        cache.set(f"user:{user_id}", user, ttl=300)  # 5분 TTL

    return user

• Lazy Loading + 적절한 TTL

• 중요한 데이터는 Write-Through

ElastiCache 활용 사례

1. 세션 저장소

# Flask 세션 저장
from flask_session import Session
from redis import Redis

app.config['SESSION_TYPE'] = 'redis'
app.config['SESSION_REDIS'] = Redis(host='elasticache-endpoint')
Session(app)

2. 리더보드

# Redis Sorted Set으로 구현
# 점수 추가/업데이트
redis.zadd('leaderboard', {'player1': 1000, 'player2': 850})

# 상위 10명 조회
top10 = redis.zrevrange('leaderboard', 0, 9, withscores=True)

3. Rate Limiting

def is_rate_limited(user_id):
    key = f"ratelimit:{user_id}"
    count = redis.incr(key)

    if count == 1:
        redis.expire(key, 60)  # 1분 TTL

    return count > 100  # 분당 100 요청 제한

데이터베이스 선택 가이드

RDS vs Aurora

• 기존 MySQL/PostgreSQL 사용 중

• 예산 제약

• 간단한 워크로드

• 고성능 필요

• 높은 가용성 필요

• 자동 확장 필요

• 글로벌 서비스

데이터베이스 엔진 선택

관계형 데이터 → RDS 또는 Aurora
├─ 고성능 + 확장성 → Aurora
├─ MySQL 호환 → Aurora MySQL 또는 RDS MySQL
├─ PostgreSQL 호환 → Aurora PostgreSQL 또는 RDS PostgreSQL
├─ 엔터프라이즈 → Oracle 또는 SQL Server
└─ 예산 중시 → RDS MySQL/PostgreSQL

키-값 캐시 → ElastiCache
├─ 단순 캐시 → Memcached
└─ 고급 기능 → Redis

NoSQL → DynamoDB
문서 DB → DocumentDB
그래프 DB → Neptune
시계열 → Timestream
원장 DB → QLDB

보안 모범 사례

1. 네트워크 격리

Internet
    ↓
Public Subnet
    ├─ [Application Server]
    ↓
Private Subnet
    └─ [RDS] (외부 접근 차단)

2. 암호화

# 저장 데이터 암호화 (생성 시에만 설정 가능)
aws rds create-db-instance \
  --storage-encrypted \
  --kms-key-id arn:aws:kms:...

# 전송 중 암호화 (SSL/TLS)
mysql -h mydb.xxxxx.rds.amazonaws.com \
  --ssl-ca=rds-ca-2019.pem \
  --ssl-mode=REQUIRED

3. IAM 인증

# IAM 데이터베이스 인증 활성화
aws rds modify-db-instance \
  --db-instance-identifier mydb \
  --enable-iam-database-authentication

# 임시 토큰 생성
TOKEN=$(aws rds generate-db-auth-token \
  --hostname mydb.xxxxx.rds.amazonaws.com \
  --port 3306 \
  --username iamuser)

# 토큰으로 연결
mysql -h mydb.xxxxx.rds.amazonaws.com \
  --user=iamuser \
  --password="$TOKEN" \
  --enable-cleartext-plugin

마치며

• RDS로 관리형 관계형 DB 운영

• Aurora로 고성능 및 확장성 확보

• ElastiCache로 읽기 성능 극대화

• Multi-AZ로 고가용성 구현

• Read Replica로 읽기 확장