📌 [StatefulSet 심화편 #16] StatefulSet을 활용한 데이터베이스 클러스터 운영 (MySQL, PostgreSQL, MongoDB)

 

1️⃣ 개요

 

StatefulSet은 데이터 일관성을 보장해야 하는 데이터베이스 클러스터(MySQL, PostgreSQL, MongoDB 등) 운영에 필수적인 리소스입니다.

그러나, 단순히 StatefulSet을 배포하는 것만으로는 데이터 복제(Replication), 리더 선출(Leader Election), 장애 복구(Failover) 와 같은 중요한 기능을 제대로 운영할 수 없습니다.

 

이번 글에서는 StatefulSet을 활용하여 데이터베이스 클러스터를 운영하는 방법과 주요 고려 사항을 정리하겠습니다. 🚀

 

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2️⃣ StatefulSet을 활용한 주요 데이터베이스 유형 및 특징

 

StatefulSet은 다양한 데이터베이스 클러스터를 운영하는 데 사용될 수 있습니다.

각 데이터베이스는 클러스터 아키텍처 및 복제 방식이 다르므로 적절한 StatefulSet 설정이 필요합니다.

 

📌 StatefulSet을 활용한 주요 데이터베이스 클러스터 비교

데이터베이스	클러스터 유형	복제 방식	StatefulSet 운영 특징
MySQL	Master-Slave / Group Replication	비동기 / 동기 복제	리더-팔로워 구조, 리더 장애 시 재선출 필요
PostgreSQL	Streaming Replication / Patroni 기반	비동기 / 동기 복제	Patroni를 활용한 리더 자동 선출 권장
MongoDB	ReplicaSet 기반	동기 복제	3개 이상의 노드 구성 필요

✅ 각 데이터베이스의 복제 방식과 리더 선출 방법을 고려하여 StatefulSet을 구성해야 합니다.

 

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3️⃣ StatefulSet을 활용한 데이터베이스 클러스터 운영 방법

 

✅ 1. MySQL StatefulSet 구성 (Master-Slave 방식)

 

MySQL은 마스터-슬레이브(Master-Slave) 복제 또는 Group Replication을 사용하여 클러스터를 구성할 수 있습니다.

StatefulSet을 활용하면 각 Pod가 고유한 Persistent Volume을 가지면서도, 마스터-슬레이브 관계를 유지할 수 있습니다.

 

📌 MySQL StatefulSet 예제 (Master-Slave 복제)

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mysql
spec:
  serviceName: mysql
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
    spec:
      containers:
        - name: mysql
          image: mysql:8
          env:
            - name: MYSQL_REPLICATION_MODE
              valueFrom:
                fieldRef:
                  fieldPath: metadata.name
          volumeMounts:
            - name: mysql-data
              mountPath: /var/lib/mysql
  volumeClaimTemplates:
    - metadata:
        name: mysql-data
      spec:
        accessModes: ["ReadWriteOnce"]
        resources:
          requests:
            storage: 10Gi

 

📌 MySQL 리더(마스터) 선출 확인

kubectl exec -it mysql-0 -- mysql -u root -p -e "SHOW MASTER STATUS;"

✅ MySQL에서는 mysql-0이 기본적으로 마스터로 동작하며, 슬레이브는 복제를 수행합니다.

 

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✅ 2. PostgreSQL StatefulSet 구성 (Patroni 기반 리더 선출)

 

PostgreSQL은 Streaming Replication을 활용하여 리더-팔로워(Leader-Follower) 구조로 운영할 수 있습니다.

Patroni를 활용하면 장애 발생 시 자동으로 리더를 선출할 수 있습니다.

 

📌 PostgreSQL StatefulSet 예제 (Patroni 기반 자동 리더 선출)

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: postgres
spec:
  serviceName: postgres
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: postgres
  template:
    metadata:
      labels:
        app: postgres
    spec:
      containers:
        - name: postgres
          image: patroni:latest
          env:
            - name: PATRONI_SCOPE
              value: "pg-cluster"
          volumeMounts:
            - name: postgres-data
              mountPath: /var/lib/postgresql/data
  volumeClaimTemplates:
    - metadata:
        name: postgres-data
      spec:
        accessModes: ["ReadWriteOnce"]
        resources:
          requests:
            storage: 20Gi

 

📌 현재 리더 확인

kubectl exec -it postgres-0 -- patronictl list

✅ Patroni를 활용하면 장애 발생 시 자동으로 새로운 리더를 선출할 수 있습니다.

 

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✅ 3. MongoDB StatefulSet 구성 (ReplicaSet 기반 클러스터)

 

MongoDB는 ReplicaSet을 활용하여 다중 노드 클러스터를 운영할 수 있습니다.

StatefulSet을 사용하면 각 Pod가 고유한 ID를 가지면서 자동으로 ReplicaSet을 형성할 수 있습니다.

 

📌 MongoDB StatefulSet 예제 (ReplicaSet 자동 구성)

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mongodb
spec:
  serviceName: mongodb
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: mongodb
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mongodb
    spec:
      containers:
        - name: mongodb
          image: mongo:latest
          args: ["--replSet", "rs0"]
          volumeMounts:
            - name: mongo-data
              mountPath: /data/db
  volumeClaimTemplates:
    - metadata:
        name: mongo-data
      spec:
        accessModes: ["ReadWriteOnce"]
        resources:
          requests:
            storage: 10Gi

 

📌 MongoDB ReplicaSet 초기화 및 리더 확인

kubectl exec -it mongodb-0 -- mongo --eval "rs.initiate()"
kubectl exec -it mongodb-0 -- mongo --eval "rs.status()"

✅ MongoDB는 rs.initiate() 명령을 실행해야 ReplicaSet이 정상적으로 구성됩니다.

 

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4️⃣ 데이터베이스 클러스터 운영 시 고려해야 할 사항

 

✅ 1. PVC 자동 확장 설정 (allowVolumeExpansion)

 

데이터베이스의 데이터가 증가할 경우 PVC를 자동으로 확장할 수 있도록 설정해야 합니다.

 

📌 StorageClass에서 PVC 자동 확장 활성화

apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: database-storage
provisioner: kubernetes.io/aws-ebs
allowVolumeExpansion: true

✅ PVC 자동 확장을 설정하면 데이터베이스 운영 중에도 용량을 쉽게 확장할 수 있습니다.

 

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✅ 2. 데이터 정합성 유지 (ReadWriteOnce vs ReadWriteMany)

 

StatefulSet에서 데이터 정합성을 유지하려면 ReadWriteOnce(RWO)를 사용하는 것이 일반적입니다.

 

📌 PVC 설정 예제 (RWO 적용)

volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: database-data
    spec:
      accessModes: ["ReadWriteOnce"]
      resources:
        requests:
          storage: 20Gi

✅ 데이터 정합성이 중요한 데이터베이스는 ReadWriteOnce(RWO)로 PVC를 설정하는 것이 안전합니다.

 

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🔥 5️⃣ 결론

 

✔ StatefulSet을 활용하면 MySQL, PostgreSQL, MongoDB 등의 데이터베이스 클러스터를 안정적으로 운영 가능

✔ Patroni, ReplicaSet 등을 활용하면 장애 발생 시 리더를 자동으로 선출 가능

✔ PVC 자동 확장을 설정하여 데이터 증가에 유연하게 대응 가능

✔ 데이터 정합성을 유지하기 위해 ReadWriteOnce(RWO)를 사용하는 것이 일반적