아파치 vs 엔진엑스

개요

리버스 프록시 서버를 구축하면서 널리 쓰이는 웹서버로 Apache HTTP Server, Nginx 가 널리 쓰이지만, 현대에 와서는 Nginx 의 시장 점유율이 Apache HTTP Server 를 뛰어 넘어서 시장 점유율이 더 높은 Nginx 를 사용했다.

Nginx 는 어떻게 Apache HTTP Server 의 점유율을 뛰어 넘게 됐고, 둘의 차이점은 무엇일까 학습해 보았다.

 

Apache HTTP Server

 

Apache HTTP Server(이하 아파치 서버)는 1995년 만들어졌는데, 아파치 서버의 내부 동작을 보면 요청이 들어 오면 커넥션을 형성하기 위해 프로세스를 새로 생성했다.

프로세스을 생성하는 것이 시간이 많이 걸리는 작업이니 요청이 들어오기 전에 프로세스를 미리 만들어 두는 prefork 방식을 사용했다.

그래서 클라이언트로 부터 새로운 요청이 오면 미리 만들어둔 프로세스를 가져다 사용하고, 재활용했다.

만약 만들어둔 프로레스가 모두 할당되었으면 추가적으로 프로세스를 만들었다.

아파치 서버는 여러 모듈을 만들어서 서버에 기능을 추가할 수도 있었다. 이에 따라 확장성이 뛰어 났다.

 

C10K

 

하지만 시간이 지나면서 인터넷이 발달하고, 트래픽이 많아지면서 문제가 발생했다.

소위 C1OK 문제라고도 하는데, Connection 10,000개의 문제라는 이름을 줄인 표현이다. 매번 연결을 수립하는 것이 오버헤드도 있고, 리소스를 불필요하게 낭비하는 것이 될 수 있어서 연결을 수립을 재활용하기 위해 keep-alive 헤더를 써서 연결을 지속해 놓기도 한다. 클라이언트 수가 많아지면 그만큼 동시에 연결되어 있는 커넥션 수는 더더욱 많아지고, 그렇게 동시 커넥션 수가 10000단위로 넘어가는 순간, 서버는 더 이상 커넥션을 형성하지 못하는 상황에 놓인다.

이유는 아파치 서버의 구조 때문이다. 앞서 말했다시피 아파치 서버는 요청이 오면 프로세스를 새롭게 할당한다고 했다. 요청이 많아지면 그만큼 형성되는 프로세스도 많아지고 이는 곧 메모리 부족 현상으로 이어진다.

프로세스는 독립적인 주소 공간을 갖기 때문이다.

또한 여러가지 기능을 쉽게 추가할수 있는, 모듈 추가는 프로세스가 차지하는 리소스의 양을 늘려 프로그램을 무겁게 만들었다.

많은 커넥션에서 요청이 들어오기 시작하면 CPU 는 계속해서 프로세스를 바꿔가며 일을 해야하는데, 이때 컨텍스트 스위칭이 일어나게 되고, 프로세스의 컨텍스트 스위칭은 많은 오버헤드를 불러일으킨다.

이처럼 수많은 동시 커넥션을 감당하기엔 아파치 서버의 구조가 적합하지 않았다.

 

Nginx

Nginx는 초창기 아파치 서버를 대체하려고 나온 것은 아니었다. 아파치 서버를 보완하여 함께 사용하기 위해 만들어졌다.

아파치 서버 감당해야했던 수많은 커넥션을 대신 유지시키기 위해 나왔다.

이것이 가능한 이유는 이벤트 기반 아키텍처 덕분이다.

 

 

먼저 Nginx의 구조를 한 번 살펴보면 가장 먼저 마스터 프로세스라는 것이 있다. 설정 파일을 읽고, 설정에 맞게 워커프로세스를 생성하는 프로세스다. 

실제로 작업을 하는 프로세스는 워커 프로세스이다. 하나의 워커 프로세스의 여러개의 커넥션 형성과 새로운 요청 담당이 가능한데, Nginx에서는 이런 커넥션 형성, 커넥션 제거 그리고 새로운 요청을 처리하는 것을 이벤트라고 부른다.

그리고 그 이벤트들은 OS 커널이 큐 형식으로 워커 프로세스에게 전달해준다.
이 이벤트는 큐에 담긴 상태에서 워커 프로세스가 처리할 때까지 비동기 방식으로 대기하고 워커 프로세스는 하나의 스레드로 이벤트를 꺼내서 처리해 나간다.

 

아파치 서버는 요청이 없다면 메모리를 잡아먹던 프로세스들이 방치되었는데, 엔진엑스는 워커 프로세스를 이벤트 기반 구조로 쉬지 않고 일을 한다는 장점이 있다.

이때 요청중에 시간이 오래 걸리는 작업은 요청 처리 동안 블로킹이 되기 때문에 뒤 요청들이 빠르게 진행되지 않는 불상사가 일어날 수 있다. 그런한 점을 방지하기 위해 워커 프로세스는 지금 처리할 요청이 시간이 오래 걸릴 것 같다 싶으면 해당 스레드 풀에 그 이벤트를 위임하고, 큐 안에 있는 다른 이벤트를 처리하러 간다.

이런 워커 프로세스는 보통 CPU의 코어 수 만큼 생성한다. 이러면 프로세스 컨텍스트 스위칭이 일어나는 횟수가 대폭 줄어든다. CPU의 오버헤드를 줄일 수 있다는 것이다.

2008년 스마트폰이 보급되면서 수없이 많은 트래픽이 생겨나게 됐고, 이를 감당할 수 있는 엔직엑스가 각광받기 시작했다.

 

장단점 정리

	아파치 서버	엔진엑스
아키텍처	프로세스 기반 모델	이벤트 기반 모델
안정성	높다(각 요청은 독립된 프로세스에서 처리되므로 안정성이 높다. )	비교적 낮다(한 워커 프로세스에서 여러 요청을 처리하기 때문에 한 요청이 문제를 일으키면 다른 요청에도 영향을 끼칠 수 있다.)
성능	많은 동시 요청을 처리할 때 무수히 많은 컨텍스트 스위칭이 일어나므로 성능 저하가 발생할 수 있다.	이벤트 기반 모델 덕분에 많은 동시 요청을 효율적으로 처리할 수 있다.
메모리	요청마다 프로세스를 할당하는 구조라 많은 메모리를 사용한다.	적은 프로세스를 사용하여 메모리 사용량이 적다.
확장성	여러 모듈을 추가할수 있어서 확장성에 용이하다. 엔직엑스에 비해 제공되는 모듈이 많다.	런타임에 모듈을 동적으로 추가하거나 제거할 수 없다.(워커 프로세스가 여러 요청을 담당하기에 기능 추가를 하려고 하면 워커프로세스를 종료하게 되어 직접 모듈을 만들기 까다롭다.)
설정	Apache의 설정 파일(httpd.conf 등)은 복잡할 수 있으며, 고급 기능 설정을 위해 자세한 구성이 필요할 수 있다.	Nginx의 설정 파일(nginx.conf 등)은 비교적 간단하고 읽기 쉽다.
용도	동적 컨텐츠 처리가 가능하다(Apache는 PHP, Python, Perl 등 동적 콘텐츠를 처리하는 모듈과의 호환성이 뛰어나다.) 모듈을 통해 복잡한 설정 및 기능에 쓰인다.	주로 정적 컨텐츠 처리(Nginx는 정적 콘텐츠(이미지, CSS, JavaScript 등)를 매우 빠르게 제공할 수 있다.) 리버스 프록시 및 로드 밸런서: Nginx는 리버스 프록시 및 로드 밸런서로서 뛰어난 성능을 발휘한다.(동적 설정 변경)

 

 

참고

https://www.youtube.com/watch?v=6FAwAXXj5N0