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시스템 설계 면접을 볼 때, 때로는 시스템 용량이나 성능 요구사항을 개략적으로 추정해 보라는 요구를 받게 된다.
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이런 개략적인 규모 추정은 보편적으로 토용되는 성능 수치상에서 사고 실험을 행하여 추정치를 계산하는 행위로, 어떤 설계가 요구사항에 부합할 것인지 보기 위한 것이다.
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이를 효과적으로 수행해 내려면 규모 확장성을 표현하는 데 필요한 기본기에 능숙해야 한다. 특히 2의 제곱수나 응답지연 값, 그리고 가용성에 관계된 수치들을 기본적으로 잘 이해하고 있어야 한다.
2의 제곱수
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제대로 된 계산 결과를 얻으려면 데이터 볼륨의 단위를 2의 제곱수로 표현했을 때, 그 단위를 알아야 한다. 최소 단위는 1바이트고 이는 8비트다.
2의 x 제곱 | 근사치 | 이름 | 축약형 |
10 | 1,000 | 1 킬로바이트 | 1 KB |
20 | 1,000,000 | 1 메가바이트 | 1 MB |
30 | 1,000,000,000 | 1 기가바이트 | 1 GB |
40 | 1,000,000,000,000 | 1 테라바이트 | 1 TB |
50 | 1,000,000,000,000,000 | 1 페타바이트 | 1 PB |
모든 프로그래머가 알아야할 응답지연 값
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아래는 구글의 제프 딘이 2010년 공개한 통상적인 컴퓨터에서 구현된 연산들의 응답지연 값이다.
연산명 | 시간 |
L1 캐시 참조 | 0.5 ns |
분기 예측 오류 | 5 ns |
L2 캐시 참조 | 7 ns |
뮤텍스 락/언락 | 100 ns |
주 메모리 참조 | 100 ns |
Zippy로 1KB 압축 | 0.01 ms |
1 Gbps 네트워크로 2 KB 전송 | 0.02 ms |
메모리에서 1MB 순차적으로 read | 0.25 ms |
같은 데이터 센터 내에서의 메시지 왕복 지연 시간 | 0.5 ms |
디스크 탐색 | 10 ms |
네트워크에서 1MB 순차적으로 read | 10 ms |
디스크에서 1MB 순차적으로 read | 30 ms |
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이 수치들을 분석하면 다음과 같은 결과가 나온다.
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메모리는 빠르지만 디스크는 느리다.
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디스크 탐색은 가능한 피하는 것이 좋다.
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단순한 압축 알고리즘은 빠르다.
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네트워크를 이용해 전송하기 전 가능하면 데이터를 압축하는 것이 좋다.
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데이터 센터는 보통 여러 지역에 분산되어 있고 센터들 간에 데이터를 주고받는 데는 시간이 걸린다.
가용성에 관계된 수치들
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고가용성은 시스템이 오랜 시간 지속적으로 중단 없이 운영될 수 있는 능력을 지칭하는 용어다.
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대부분의 서비스는 99%에서 100% 사이의 값을 갖는다.
가용률 | 하루당 장애시간 | 주당 장애시간 | 개월당 장애시간 | 연간 장애시간 |
99% | 14.40 m | 1.68 h | 7.31 h | 3.65 d |
99.9% | 1.44 m | 10.08 h | 43.83 m | 8.77 h |
99.99% | 8.64 s | 1.01 m | 4.38 m | 52.60 m |
99.999% | 864.00 ms | 6.05 s | 26.30 s | 5.26 m |
99.9999% | 84.40 ms | 604.80 ms | 2.63 s | 31.56 s |
예제: 트위터 QPS 추정
가정
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MAU는 3억 명이다.
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이중 50%의 사용자가 트위터를 매일 사용한다.
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평균적으로 각 사용자는 매일 2건의 트윗을 올린다.
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이중 미디어를 포함하는 트윗은 10% 정도다.
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데이터는 5년간 보관된다.
추정
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QPS(Query Per Second) 추정치
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DAU : 150,000,000 명
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QPS = 150,000,000 * (2 twit / 24 hour) / 3,600 s = 약 3,500
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최대 QPS = 2 * QPS = 약 7,000
팁
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개략적인 규모 추정에서 가장 중요한 것은 문제를 풀어나가는 절차다. 올바른 절차를 밟는 것이 올바른 결과를 내는 것보다 더 중요하다.
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면접자가 보고 싶어 하는 것은 우리의 문제해결능력일 것이다. 다음은 이를 위해 사용할 수 있는 팁들이다.
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근사치를 활용한 계산
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면접장에서 복잡한 계산을 하는 것은 어려운 일이다. 계산 결과가 정확할 필요는 없다. 적절한 근사치를 이용해 시간을 절약하자.
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99,994 / 9.991은 100,000 / 10으로 간소화할 수 있다.
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잊지 않기 위해 가정들은 적어두는 것이 좋다.
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단위를 붙여라. 5라고만 적으면 5 KB인지 5 MB인지 알 수 없다.
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많이 출제되는 개략적 규모 추정 문제는 QPS, 최대 QPS, 저장소 요구량, 캐시 요구량, 서버 수 등을 측정하는 것이다.
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이런 값들을 계산하는 방법을 미리 연습하도록 하자.
