개략적인 규모 추정
- 개략적인 규모 추정(back-of-the-envelope estimation)은 보편적으로 통용되는 성능 수치상에서 사고 실험(thought experiments)을 행하여 추정치를 계산하는 행위로서, 어떤 설계가 요구사항에 부합할 것인지 보기 위한 것.
2의 제곱수
- 최소 단위는 1바이트이고, 8비트로 구성
- ASCII 문자 하나가 차지하는 메모리 크기가 1바이트.
| 2의 x제곱 | 근사치 | 이름 | 축약형 |
|---|
| 10 | 1천(thousand) | 1킬로바이트(kilobyte) | 1KB |
| 20 | 1백만(million) | 1메가바이트(Megabyte) | 1MB |
| 30 | 10억(billion) | 1기가바이트(Gigabyte) | 1GB |
| 40 | 1조(trillion) | 1테라바이트(Terabyte) | 1TB |
| 50 | 1000조(quadrillion | 1페타바이트(Petabyte) | 1PB |
모든 프로그래머가 알아야 하는 응답지연 값
| 연산명 | 시간 |
|---|
| L1 캐시 참조 | 0.5ns |
| 분기 예측 오류(branch mispredict) | 5ns |
| L2 캐시 참조 | 7ns |
| 뮤텍스(mutex) 락/언락 | 100ns |
| 주 메모리 참조 | 100ns |
| Zippy로 1KB 압축 | 10,000ns=10μs |
| 1Gbps 네트워크로 2KB 전송 | 20,000ns=20μs |
| 메모리에서 1MB 순차적으로 read | 250,000ns=250μs |
| 같은 데이터 센터 내에서의 메시지 왕복 지연시간 | 500,000ns=500μs |
| 디스크 탐색(seek) | 10,000,000ns=10ms |
| 네트워크에서 1MB 순차적으로 read | 10,000,000ns=10ms |
| 디스크에서 1MB 순차적으로 read | 30,000,000ns=30ms |
| 한 패킷의 CA(캘리포니아)로부터 네덜란드까지의 왕복 지연시간 | 150,000,000ns=150ms |
- 메모리는 빠르지만 디스크는 아직도 느리다.
- 디스크 탐색(seek)은 가능한 한 피하라.
- 단순한 압축 알고리즘은 빠르다.
- 데이터를 인터넷으로 전송하기 전에 가능하면 압축하라.
- 데이터 센터는 보통 여러 지역(region)에 분산되어 있고, 센터들 간에 데이터를 주고받는 데는 시간이 걸린다.
가용성에 관계된 수치들
- 고가용성(high availability)은 시스템이 오랜 시간 동안 지속적으로 중단 없이 운영될 수 있는 능력을 지칭하는 용어.
- 고가용성을 표현하는 값은 퍼센트(percent)로 표현, 대부분의 서비스는 99%에서 100% 사이의 값을 갖는다.
| 가용률 | 하루당 장애시간 | 주당 장애시간 | 개월당 장애시간 | 연간 장애시간 |
|---|
| 99% | 14.40분 | 1.68시간 | 7.31시간 | 3.65일 |
| 99.9% | 1.44분 | 10.08분 | 43.83분 | 8.77시간 |
| 99.99% | 8.64초 | 1.01분 | 4.38분 | 52.60분 |
| 99.999% | 864.00밀리초 | 6.05초 | 26.30초 | 5.26분 |
| 99.9999% | 96.40밀리초 | 604.80밀리초 | 2.63초 | 31.56초 |
예제:트위터 QPS와 저장소 요구량 추정
가정
- 월간 능동 사용자(monthly active user)는 3억(300million)명이다.
- 50%의 사용자가 트위터를 매일 사용한다.
- 평균적으로 각 사용자는 매일 2건의 트윗을 올린다.
- 미디어를 포함하는 트윗은 10% 정도다.
- 데이터는 5년간 보관된다.
추정
QPS(Query Per Second) 추정치
- 일간 능동 사용자(Daily Active User, DAU) = 3억 X 50% = 1.5억(150million)
- QPS = 1.5억X2트윗/24시간/3600초 = 약 3500
- 최대 QPS(Peek QPS)=2 X QPS = 약 7000
미디어 저장을 위한 저장소 요구량
- 평균 트윗 크기
- tweet_id에 64바이트
- 텍스트에 140바이트
- 미디어에 1MB
- 미디어 저장소 요구량: 1.5억 X 2 X 10% X 1MB = 30TB / 일
- 5년간 미디어를 보관하기 위한 저장소 요구량: 30TB X 365 X 5 = 약 55PB
팁
- 근사치를 활용한 계산(rounding and approximation): 적절한 근사치를 활용하여 시간을 절약하자.
- 나중에 살펴볼 수 있도록 가정(assumption)들을 적어 두라.
- 단위(unit)를 붙이라. 단위를 붙이는 습관을 들여두면 모호함을 방지할 수 있다.
- 많이 출제되는 개략적 규모 추정 문제는 QPS, 최대 QPS, 저장소 요구량, 캐시 요구량, 서버 수 등을 추정하는 것이다. 연습을 미리하도록 하자.
출처
