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Akka에서의 분산처리 클러스터의 최종 목표는, 외부 클러스터 시스템을 이용만 하는것이 아닌

단일지점 병목지점이 없는 확장가능한 시스템을 구현하는것입니다.

구현한 클러스터 시스템을 실제 운영하는것은 다른 문제이나, 클러스터 시스템을 이용하는데 있어서도 도움이 될것입니다.

클러스터 분산처리

클러스터는 여러 대의 컴퓨터들이 연결되어 하나의 시스템처럼 동작하는 컴퓨터들의 집합을 말하며

LightHouse(등대)는 클러스터내에 서버 발견(Discovery)과 가입/탈퇴를 관리하는 역활을 하며,

여러대의 컴퓨터를, 하나로 묶기위해 필요한 요소중 하나이며 아파치에서 주키퍼와 그역활이 유사합니다.

이하 등대로 표현


git : https://github.com/psmon/AkkaForNetCore/tree/master/LightHouse

클러스터 OverView

Gossip Protocol

단일지점 병목을 없애기위해 피어투 프로토콜을 이용하며, 각노드는 빠르게 특정대상(정확히는 구성된 라우터)에게 이야기할수 있으며

설정없이 서로의 존재를 알기위해 잡담(Gossip) 방식을 사용합니다.

  • 최초 Node1을 뛰운다.
    • A1 : Node1은 인스턴스를 뛰우고 난후, 등대 에게 자신의 존재를 알린다.
  • Node2를 뛰운다
    • A2 : 노드2는 인스턴스를 뛰우고 난후, 등대에게 자신의 존재를 알린다.
    • A1 : 등대는 Node1에게 Node2의 존재를 알린다.
    • B1 : Node1은 Node2에게 인사를 하여 서로 연결을 맺어둔다.
    • A2 : 연결이 완료되었음을 등대에게 알린다.
  • Node3를 뛰운다.
    • 동일과정 : A3 → (A1,A2) → (B3,B2) → A3
  • Node1이 탈퇴(Down)한다.
    • A1 : Node1이 등대에게 탈퇴를 알린다. ( 비정상 종료시에는 등대가 Node1이 사라짐을 파악후 제거진행)
    • A3,A2 : 등대가 Node1의 탈퇴 사실을 알린다.
    • B3,B1 : Node1과의 연결을 제거한다.

위 작동방법이 복잡한것처럼 보이지만, 설정변경없이 노드를 유연하게 확장할때 장점이있으며

피어투피어 네트워크는 다음과 같이 리얼 세계와 연관을 시키면 이해가 쉽습니다.

  • 작업공간은 새로 참여할수도 있고, 중간에 나갈수도 있다.
  • 새로운 역활의 담당자(노드)가 공간에 참여하면, 모든 구성원과 명함을 주고 받는다. 
  • 모든 전문가는 각각의 역활을 알고있기때문에, 직접 대화가가능하며, 동일한 역활의 담당자가 추가되면 그룹구성을한다.


기존 설계된 로컬 액터에 클러스터 룰 셋팅만하고, 라우팅 전략역시 설정만으로 분산처리를 설계할수 있습니다.

라운드 로빈만이 유일한 라우팅으로 알고 있다고 하면, AKKA에서는 다음과 같은 라우팅을 클러스터에서 사용할수 있습니다.

분산 처리의 세계에서는 구현된 로컬 로직 변경을 최소화하고 다양한 라우팅을 사용할수 있습니다.

Unable to render {include} The included page could not be found.


클러스터 탑재하기

설정

akka {
	remote {
		log-remote-lifecycle-events = debug
        dot-netty.tcp {
            port = 7000
			hostname = 127.0.0.1
		}
    }

	actor {
		provider = cluster
		deployment {
			/cluster-roundrobin {
				router = round-robin-pool # routing strategy
				#routees.paths = ["/user/clustermsg"]
				nr-of-instances = 500 # max number of total routees
				cluster {
					enabled = on
					allow-local-routees = on
					use-role = akkanet
					max-nr-of-instances-per-node = 20
				}
			}
		}
	}

	cluster {
        seed-nodes = ["akka.tcp://actor-cluster@127.0.0.1:7100"] # address of seed node
        roles = ["akkanet"] # roles this member is in
        auto-down-unreachable-after = 300s
		debug {
			verbose-heartbeat-logging = off
			verbose-receive-gossip-logging = off
		}
    }
}

주요설정

  • actor.privider = cluster : 해당 액터들을 클러스터로 사용하겠다.
  • cluster-roundrobin.cluster.user-role = 롤이름 : 라운드 로빈방식으로, 롤 이름으로 지정된 노드에서 작동됨
  • cluster.seed-nodes : 등대역활 지정
  • cluster.roles : 자신이 가져야할 롤 지정(복수개지정가능)

로컬액터 클러스터액터로 전환

protected Cluster Cluster = Akka.Cluster.Cluster.Get(Context.System);
private bool ClusterMode = true;

protected override void PreStart()
{
	// subscribe to IMemberEvent and UnreachableMember events
	if (ClusterMode)
	{
		Cluster.Subscribe(Self, ClusterEvent.InitialStateAsEvents,
		new[] { typeof(ClusterEvent.IMemberEvent), typeof(ClusterEvent.UnreachableMember) });
	}
}

protected override void PostStop()
{
	if (ClusterMode) Cluster.Unsubscribe(Self);	
}
// src : https://github.com/psmon/AkkaForNetCore/blob/master/AkkaNetCore/Actors/ClusterMsgActor.cs

기존 로컬전용 액터에, 잡담(Gossip) 기능을 추가하는것으로 클러스터 기능 작동준비가 완료됩니다.

도메인 메시지를 처리하는 Received에는 코드변화가 없습니다.


클러스터로 구성된 액터에게 메시지 보내기

// 클러스터 액터 설정 : https://github.com/psmon/AkkaForNetCore/blob/master/AkkaNetCore/Startup.cs
services.AddActor<ClusterMsgActorProvider>((provider, actorFactory) =>
{
	var actor = actorFactory.ActorOf(Props.Create<ClusterMsgActor>(0)
		.WithDispatcher("fast-dispatcher")
		.WithRouter(FromConfig.Instance), "cluster-roundrobin");
	return () => actor;
});
			

// 클러스터 액터 DI 참조 얻기및 메시지 보내기  : https://github.com/psmon/AkkaForNetCore/blob/master/AkkaNetCore/Controllers/ActorTestController.cs
			
private readonly IActorRef clusterMsgActorProvider;
public ActorTestController(ClusterMsgActorProvider _clusterMsgActorProvider)
{            
	clusterMsgActorProvider = _clusterMsgActorProvider();
}

[HttpPost("/cluster/msg/tell")]
public void ClusterMsg(string value, int count)
{
	for (int i = 0; i < count; i++)
		clusterMsgActorProvider.Tell(value);
}

클러스터 한방에 로컬에서 뛰우기

클러스터 개발의 난제는, 로컬에 구성요소를 N개를 뛰우고 디버깅이 가능한가인데, 도커가 없을 시절

멀티노드를 뛰우는것은 상당히 불편한 과정에 하나였습니다. 

요즘 대부분의 IDE들은 Docker(+Compose,+쿠버네틱)개발환경을 지원하고 있음으로

운영과 비슷한 조건의 노드 구성을 하고 구동시킬수 있으며 디버깅지원은 보너스입니다.

샘플에서는 추가로 DataDog(https://www.datadoghq.com/) 매트릭스 연동하였습니다. ( 클러스터에 발생하는 메시지에대한 모니터링)

docker-compose.yml
version: '3.4'

services:
  datadog:
    image: datadog/agent:7
    ports:
      - 8125/udp
    volumes:
      - /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock:ro
      - /proc/:/host/proc/:ro
      - /sys/fs/cgroup/:/host/sys/fs/cgroup:ro
    environment:
      DD_API_KEY: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
      DD_DOGSTATSD_NON_LOCAL_TRAFFIC: "true"

  lighthouse:
    image: ${DOCKER_REGISTRY-}lighthouse
    build:
      context: .
      dockerfile: LightHouse/Dockerfile
    environment:
      CLUSTER_IP: lighthouse
      CLUSTER_PORT: 4053
      CLUSTER_SEEDS: akka.tcp://actor-cluster@lighthouse:4053

  akkanetcore:
    image: ${DOCKER_REGISTRY-}akkanetcore
    build:
      context: .
      dockerfile: AkkaNetCore/Dockerfile
    depends_on:
     - lighthouse
    ports:
     - 8080:5000
    environment:
      ASPNETCORE_ENVIRONMENT: Development
      MonitorTool: datadog
      MonitorToolCon: datadog
      port: 5000
      akkaport: 7100
      akkaip: akkanetcore
      roles: "akkanet"
      akkaseed: "akka.tcp://actor-cluster@lighthouse:4053"

  akkanetcore2:
    image: ${DOCKER_REGISTRY-}akkanetcore
    build:
      context: .
      dockerfile: AkkaNetCore/Dockerfile
    depends_on:
     - lighthouse    
    environment:
      ASPNETCORE_ENVIRONMENT: Development
      MonitorTool: datadog
      MonitorToolCon: datadog
      port: 5000
      akkaport: 7000
      akkaip: akkanetcore2
      roles: "akkanet"
      akkaseed: "akka.tcp://actor-cluster@lighthouse:4053"

  akkanetcore3:
    image: ${DOCKER_REGISTRY-}akkanetcore
    build:
      context: .
      dockerfile: AkkaNetCore/Dockerfile
    depends_on:
     - lighthouse    
    environment:
      ASPNETCORE_ENVIRONMENT: Development
      MonitorTool: datadog
      MonitorToolCon: datadog
      port: 5000
      akkaport: 7000
      akkaip: akkanetcore3
      roles: "akkanet"
      akkaseed: "akka.tcp://actor-cluster@lighthouse:4053"

측정가능

클러스터에서 발생하는 도메인 메시지에대한 모니터링및 측정은 장애대응/성능향상등을 위해 중요한요소이며

단순하게 CPU사용량/네트워크 사용량만을 이용하지 않습니다. 설계된 메시지에대한 유연한 오브젝트 단위 카운팅이가능하며

다양한 모니터링 툴과 연동 가능합니다. ( 이전장 참고 - 06. 실시간 메시지 성능 카운팅 )

여기서는, 3대를 클러스터로 묶은후 110만 메시지를  분산 전송하고 ,유실여부와 TPS를 측정하였습니다.

  • 단일노드 : 1700tps
  • 클러스터(3) :  5100tps

단일노드에서 1700tps정도 나오도록 설계하였으며, 3대의 노드에서 3배의 성능 향상이됨을 검증을 하였습니다.

단일노드가 기대치 이하이거나(100Tps 이하) 자신이 만든 기능에 대해  성능 측정을 할수 없다고 가정해봅시다.


[2020-02-29 12:20:53.1335] .....
====== Process Total:1000000 Seconds(100):0.0155927 Msg:sdsdsd 

[2020-02-29 12:21:15.0558] .....
====== Process Total:1099900 Seconds(100):0.267527 Msg:sdsdsd 

[2020-02-29 12:21:15.9675] .....
 ====== Process Total:1100000 Seconds(100):0.9117147 Msg:sdsdsd

110만 메시지가 유실없이 전송됨을 검증 , 10만 처리(구간 1000000~110000)가

30초 이내에 완료됨을 자체 로깅시스템으로도 확인이 가능합니다.

클러스터 에서 발생하는 메시징의 총합계가 실시간 로깅을 통해 측정가능함을 의미하고 

멀티 스레드 컴퓨팅환경에서 로컬컴퓨터가가진 메모리의 합계를 내는것도 꽤나 골치아픈일인데

네트워크로 분리된 메시징의 총합계를 실시간으로 측정하는 마법과같은 일을 할수 있을까요?

해답은 클러스터 싱글톤이라는 컨셉이있으며, 클러스터 내에서도 단 하나만 존재하여 여러 클러스터에서발생하는

내용을 중앙 집계처리할수가 있습니다. 단일지점이기때문에 메시징빈도를 주의해야할 필요는 있으나

이 샘플에서는 빈도수 최적화를 하지 않았으며, TPS 5000 정도는 무난하게 처리가능합니다.

git : https://github.com/psmon/AkkaForNetCore/blob/master/AkkaNetCore/Actors/Study/SingleToneActor.cs


데이터 분산처리

이 샘플에서는, 메시징을 별도로 저장하지 않았으며  처리중인 메시지는 영속화를 할수가 있습니다.

메시지가 저장되는 순간 데이터화(영속화)가 되었다라고 표현할수 있으며 이렇게 저장되는 메시지는

장애복구를 포함하여 전송보장및 우아한종료등 직접 설계에 반영할수 있습니다.

클러스터 싱글톤을 포함하여 샤딩처리및 영속화는 다음장에 다뤄보겠습니다. 

Links : 

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