June 30, 2024 3 min to read

are you Redis?

Remote Dictionary Server

database, cache, message broker 등으로 사용하는 in-memory 데이터 베이스 서버로 여러 자료 구조를 제공하며 널리 사용되고 있다. 기본 개요 및 개념들을 살펴본다.

메모리 계층 구조

register: 가장 빠른 메모리, CPU 내부에 있으며, 매우 작은 용량. 연산에 직접적으로 사용
CPU Cache: Register 다음으로 빠름. CPU 내부 또는 매우 가까운 곳에 위치. 자주 사용하는 데이터 저장
Main memory(DRAM): 일반적으로 말하는 RAM. 용량이 크고, 속도는 빠르지만, 캐시보다는 느림, 실행 중인 프로그램과 데이터를 저장
storage(SSD,HDD): 가장 느린 저장 장치, 매우 큰 용량, 장기 데이터 저장

레디스는 주로 Main Memory(DRAM)를 사용하는 데이터베이스로, 매우 빠른 속도를 제공한다. storage 보다 데이터 용량에 대한 한계가 있으므로 cache 로 사용한다. (Database 보다 더 빠른 Memory 에 더 자주 접근하고, 덜 자주 바뀌는 데이터를 저장하여 사용하자) 동작 방식은 메모리 계층 구조와 밀접한 연관이 있다.

1. 메모리 기반 데이터 저장: 전통적인 디스크 기반 데이터베이스보다 빠름.
2. 데이터 영속성: RDB, AOF 방식을 사용

Redis 가 지원하는 데이터 유형들

Redis 는 기본적으로 single-threade
Redis 자료 구조는 Atomic Critical Section 에 대한 동기화 제공
Redis 는 서로 다른 Transaction Read/Write 를 동기화

Single Thread 서버 이므로 O(n) 의 시간 복잡도는 주의하여 사용한다.
메모리 파편화, 가상 메모리등의 이해도가 필요하다.

동작 방식

Packet: 클라이언트가 보내는 명령어. 패킷 형태로 서버에 도착한다. ProcessInputBuffer: 수신된 패킷이 저장되고 명령어가 처리되기 전까지 보관한다. ProccessCommand: 입력 버퍼에 저장된 패킷으로 실제 명령어가 처리된다. (single thread)

메모리 파편화

초기 상태

아무 데이터가 추가되지 않은 상태이다. (null null ~)

데이터가 추가된 상태

데이터의 ‘해제’ 없이 오직 추가만 된 상태이다. 잘 정렬되어 있다.

데이터 할당 & 해제 상태

메모리 ‘할당’과 ‘해제’ 과정에서 사용 가능한 메모리 공간이 비효율적으로 분할된 상태이다. Redis 와 같은 메모리 기반 데이터 베이스에서도 발생 가능하며, 연속된 큰 메모리 공간이 부족해지고 작은 빈 공간들이 흩어져 있는 상태가 된다. 실제 사용 메모리보다 더 큰 메모리를 사용 중이라 인식된다.

해결 방법

메모리 최적화 설정: Redis 설정에서 activedefrag 옵션을 활성화하여 자동으로 메모리 파편화를 줄일 수 있다.
메모리 재할당: 데이터 구조를 최적화하여 메모리 재할당을 최소화하고, 파편화를 줄일 수 있다.

가상 메모리(Virtual Memory)와 스왑(Swap)

Redis 가 물리적 메모리를 효율적으로 사용하는 것을 돕고 메모리 부족 문제를 해결하는데 사용된다.

가상 메모리(Virtual Memory)

물리적 메모리와 디스크 공간을 결합하여 사용하는 메모리 관리 기술

스왑(Swap)

RAM이 부족할 때 사용하지 않는 데이터 블록을 디스크의 특정 영역에 임시로 저장하는 과정이다. 자주 접근하지 않는 데이터를 디스크로 스왑하고 스왑된 데이터에 접근해야 할 때 RAM 으로 다시 가져온다. 최신 버전(2.4 이후)는 해당 기능을 사용하지 않는다. 대신 LRU(Least Recently Used) 정책 등을 통해 자주 사용되지 않는 키를 삭제하는 방식을 사용한다.

Redis 의 백업 AOF, RDB

AOF(Append Only File)

각 쓰기 명령을 로그 파일에 기록하는 방식, 모든 명령을 디스크에 순차적으로 저장한다.

1. 명령 기록: 모든 쓰기 명령을 appendonly.aof 파일에 기록한다.
2. 파일 동기화: 설정에 따라 주기적으로 파일을 디스크에 동기화한다.
3. 복구 시 재실행: 데이터베이스 복구 시 AOF 파일의 모든 명령을 재실행하여 데이터를 복구한다.

장/단점

1. 데이터 손실 최소화
2. 실시간 업데이트
3. 큰 파일 크기
4. 느린 복구 속도

RDB(Redis Database Backup)

특정 시점의 스냅샷으로 저장하는 방식, 일정한 간격으로 데이터를 덤프하여 디스크에 저장한다.

1. 스냅샷 생성: 주기적으로 데이터의 전체 스냅샷을 생성하여 디스크에 저장한다.
2. 파일 저장: RDB 파일 형식으로 저장되며, 이 파일을 사용하여 데이터베이스를 복구할 수 있다.

장/단점

1. 빠른 복구
2. 낮은 성능 영향
3. 데이터 손실 가능성