00.Introduction of Elastic Stack
1. Overview
이번 시리즈에서는 Elastic Stack라고 불리는 로그 및 데이터 분석도구에 대한 내용을 다루려고 합니다.
데이터를 저장하고 분석하는 역할을하는 Elasticsearch부터, 로그를 수집하고 전송하는 기능의 Logstash, 데이터 시각화 및 분석기능의 Kibana, 데이터 수집기능의 Beats까지 폭넓고 깊게 다룰것입니다.
먼저 튜토리얼로 넘어가기전에 Elastic stack이란 무엇인지, 어떤 역할을 하는지 짚고 넘어가도록 하겠습니다.
2. Elastic Stack
세상에는 여러종류의 Data가 있습니다.
예를 들어 어떤 마트의 고객정보들을 기록한 데이터를 생각해봅시다. 이러한 데이터들은 정보자체가 정형화되어 있습니다. 이름, 나이, 전화번호, 주소 등 각 마트에서 원하는 정보를 틀로 만들어 새로운 정보들을 틀안에 잘 끼워넣을 수 있게할 수 있습니다.
다른 예로, IT 인프라에서 발생하는 모든 상황의 데이터인 Log 데이터는 발생하는 모든 행위와 그 이벤트 정보를 전부 담고있기 때문에 해당 인프라를 개발한 개발자에 따라 형식이 전부 다릅니다. 즉 Log데이터는 정형화되어있지 않습니다.
때문에 기존의 관계형 DataBase로는 비정형 데이터를 분석하기가 굉장히 까다롭습니다.
TIP. Log Data의 분석이 중요한 이유
대표적인 비정형 데이터인 Log데이터는 인프라를 사용하며 발생하는 모든 정보를 담고있습니다. 사용자의 사용패턴을 파악해서 더 나은 서비스를 제공하기 위해, 에러의 원인을 분석하기 위해, 또는 자원의 사용량을 체크하고 모니터링 하기 위해 등등 다양한 요구사항을 해결하기 위해 Log데이터의 분석은 필수적입니다.
분석 어떻게?
일반적으로 데이터 분석은 데이터 소스 수집, 저장, 처리, 분석, 표현의 프로세스를 거칩니다.
Elastic Stack은 다음 사진과 같이 데이터 분석에 대한 모든 프로세스를 제공합니다. 또한 구축이 굉장히 쉽고 강력하며 무료이기 때문에 잠재적 가치가 매우 큽니다. 최근에는 Elastic Stack에 X-Pack이라는 머신 러닝 기법을 적용한 플러그인을 제공해 분석의 퀄리티를 더욱 올리고 있습니다.
Elastic Stack은 무엇?
Elastic Stack은 어떤 하나의 통합된 솔루션이 아니라 4개의 product로 구성되어 있습니다.
기존에는 ElasticSearch + Logstash + Kibana를 서로 묶어서 ELK라는 서비스명으로 제공하였으나, 5.0.0버전부터 Beats가 추가되어 Elastic Stack이라는 이름으로 변경되게 되었습니다.
참고링크
3. ElasticSearch
Apache Lucene 기반의 Java 오픈소스 분산 검색 엔진입니다.
- Full Text 검색 가능
- RESTful
- 대량의 데이터를 거의 실시간(NRT, Near Real Time)으로 저장, 검색 및 분석가능
You Know, for Search.
관계형 DB와의 비교
데이터를 저장하고 검색하는 기능이다보니 기존의 관계형 DB와 비교하면 용어들을 좀 더 쉽게 이해할 수 있습니다.
| Relational Database | ElasticSearch |
|---|---|
| Database | Index |
| Row | Document |
| Column | Field |
| Index | Analyze |
| Primary Key | _id |
| Schema | Mapping |
| Physical Partition | Shard |
| Logical Partition | Route |
| Relational | Parent/Child, Nested |
| SQL | Query DSL |
그럼 각각의 용어들을 더 살펴보도록 하겠습니다.
용어
아래의 사진은 이해를 돕기위한 ElasticSearch의 전체적인 아키텍처입니다.
공식문서 : Basic Concept
Near Realtime (NRT)
ElasticSearch는 NRT 플랫폼입니다. 문서를 indexing할때부터 검색이 가능해질때까지 약간의 지연시간(일반적으로 1초)이 있다는 것을 의미합니다.
Cluster
ElasticSearch에서 가장 큰 개념이며 모든 노드(서버)의 모음입니다. 기본적으로 고유한 이름으로 식별됩니다.
Node
cluster의 indexing및 검색기능에 참여하는 단일 서버입니다. cluster와 마찬가지로 Node가 생성될때 임의로 할당되는 고유 id로 식별됩니다. 기본값인 id를 사용하지 않을 경우 원하는 이름으로 정의할 수 있습니다.
Document
indexing할 수 있는 데이터의 기본 단위입니다. JSON으로 표현되어 있으며, index내에서 원하는 만큼의 Document를 저장할 수 있습니다.
Type
다른 타입의 document를 하나의 index에 저장할 수 있게 index를 구분할 때 사용되는 유형입니다.
하지만 ElasticSearch 6.0.0부터 사라지는 항목입니다.
다음 링크를 참조해 주세요. –> Removal of mapping types
Index
Document들의 집합입니다. index는 이름으로 식별되며 indexing, search, update, delete작업을 수행할때 사용됩니다.
단일 cluster에서 원하는 만큼의 인덱스를 정의할 수 있습니다.
Shards
Index는 대량의 데이터를 저장할 수 있습니다. 하지만 이러한 대량의 데이터를 검색해야된다거나 HW제한을 초과하는 용량을 담아야 한다면 단일노드에서 작업하는 것은 별로 좋지 않을 수 있습니다.
이러한 문제를 해결하기 위해 Index를 여러 조각으로 분할하여 저장할 수 있습니다. 분할된 조각을 Shard라고 하며 기본적으로는 1개의 Shard가 존재합니다.
검색 성능 향상을 위해 cluster의 Shard개수를 조정하는 튜닝을 하기도 합니다.
Replicas
노드나 shard를 손실했을 경우 데이터의 고가용성을 제공합니다. 때문에 shard와 replica는 동일한 노드에 할당되지 않습니다.
또한 검색할때 모든 replica에서도 병렬으로 실행할 수 있으므로, 처리량을 높일 수 있습니다.
index를 정의할 때, shard와 replica의 수를 정의할 수 있습니다. 그리고 index를 생성하고 난 후에도 언제든지 동적으로 replica의 수를 변경할 수 있습니다. 하지만 shard의 수를 동적으로 변경하는 것은 약간 어렵습니다.
4. Logstash
다양한 플러그인을 이용해 데이터 집계 및 보관, 서버 데이터 처리, 파이프라인으로 데이터를 받아 필터를 통해 변환 후, 저장소에 전송하는 역할을 맡고있습니다.
용어
Input
Logstash 파이프 라인에 데이터를 가져오는 부분입니다. Beats, file, syslog등 다양한 입력을 지원하기 때문에 시스템상에 다양한 형태로 보관된 데이터들을 쉽게 가져올 수 있습니다.
input plugin 정보 : link
filter
Logstash 파이프라인 중 중간 처리 장치입니다.
데이터가 이동하는 과정에서 구문분석과 변환을 할 수 있습니다.
filter plugin 정보 : link
output
Logstash 파이프라인의 최종 단계입니다. 데이터를 저장소에 전송하는 역할을 맡고있습니다.
ElasticSearch말고도 여러 저장소를 지원하고 있기 때문에 폭넓은 사용을 가능하게 합니다.
output plugin 정보 : link
codec
입력 또는 출력의 일부로 작동할 수 있는 스트림 필터입니다. 자주 사용하는 codec에는 json, msgpack, plain이 있습니다.
예) json : JSON형식의 데이터를 인코딩하거나 디코딩합니다.
특징
확장성
Logstash에는 플러그인으로 확장 가능한 프레임워크가 200개 이상이 있습니다.
다양한 입력과 필터, 출력을 자유롭게 조절할 수 있습니다.
안정성&보안성
Logstash 노드가 다운되어도, Logstash는 Persistent Queue를 사용하여 현재 처리되고 있는 이벤트에 대해 최소 1회 전송을 보장합니다.
성공적으로 처리되지 않은 이벤트는 검증 및 재전송을 위해 Dead Letter Queue로 분류할 수 있습니다.
추가로, Beats로 데이터를 수집하는 경우 데이터 암호화가 가능하며, ElasticSearch 보안 클러스터와 완전히 통합될 수 있습니다.
모니터링
다양한 목적으로 활용되는 Logstash의 파이프라인은 잘 정리해두지 않으면 금세 복잡해져서 쉽게 파악하기가 어려울 수 있습니다.
Kibana와 결합하면 실행중인 Logstash노드를 손쉽게 파악할 수 있습니다.
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