마이크로서비스를 위한 Chaos 엔지니어링

23 hours ago 2

  • 마이크로서비스와 클라우드 환경에서 장애는 피할 수 없기 때문에, Chaos Engineering을 통해 사전에 시스템 회복력을 강화해야 함
  • Chaos Toolkit과 Chaos Monkey는 각각 범용성Java(Spring Boot) 특화 환경에서 강력한 장애 테스트 도구로 활용됨
  • Kubernetes, Istio 기반 실험을 통해 네트워크 지연, 서비스 중단, 리전 장애 등 다양한 현실적 장애 시나리오를 시뮬레이션 가능
  • Chaos Engineering은 CI/CD 파이프라인에 통합함으로써 프로덕션 이전에 장애 대응력을 자동 검증할 수 있음
  • 핵심은 ‘파괴’가 아닌 ‘신뢰 구축’이며, 작게 시작하고 점진적으로 혼란 수준을 늘려가는 전략이 권장됨

마이크로서비스를 위한 Chaos Engineering

Chaos Engineering이란?

  • Chaos Engineering실제 장애를 시뮬레이션하여 시스템의 취약점을 사전에 발견하고 개선하는 방법론
  • 주요 시뮬레이션 예시:
    • 리전 또는 데이터 센터 장애
    • 서비스 간 네트워크 지연
    • CPU 과부하 및 I/O 장애
    • 의존성 서비스 비가용 상태
    • 파일 시스템 오류
  • 목적: 장애 발생 전 회복 시간 단축, 가용성 향상, 사용자 영향 최소화

Chaos Engineering 실험 라이프사이클

  • 구조화된 실험 절차를 통해 계획 → 실행 → 관찰 → 개선의 순환적 프로세스 적용
  • 시스템적으로 신뢰성 향상을 위한 지속적인 실험 기반 운영

Chaos Toolkit vs. Chaos Monkey

  • 용도

    • Chaos Toolkit : 다양한 플랫폼과 환경에서 사용할 수 있는 범용 Chaos 실험 프레임워크
    • Chaos Monkey (Spring Boot 전용) : Java Spring Boot 애플리케이션 전용 장애 시뮬레이션 도구
  • 설정 방식

    • Chaos Toolkit : JSON/YAML 기반 선언적 구성 방식을 사용하여 실험 정의
    • Chaos Monkey : application.yml 설정 파일과 Spring Boot Actuator 연동을 통해 구성
  • 지원 언어 및 환경

    • Chaos Toolkit : 멀티 언어 및 멀티 플랫폼 환경 지원 (Node.js, Java, Kubernetes 등)
    • Chaos Monkey : Java(Spring Boot) 기반 애플리케이션에 특화됨
  • 지원 장애 유형

    • Chaos Toolkit : 네트워크 장애, Pod 종료, CPU/메모리 스트레스, 사용자 정의 실패 등 광범위한 장애 실험 지원
    • Chaos Monkey : 지연(Latency), 예외(Exceptions), 서비스 중단(KillApp)애플리케이션 계층 중심의 장애 삽입
  • 연동 가능 시스템

    • Chaos Toolkit : Kubernetes, Istio, Azure, Prometheus 등과 통합 가능
    • Chaos Monkey : Spring Boot Actuator API와 직접 통합하여 Spring 내부 구성요소 대상

사용 권장 상황

  • Chaos Toolkit
    • Kubernetes 기반 배포 환경
    • 멀티 클라우드 또는 멀티 언어 서비스
    • 복합 장애 시나리오 구성 시
  • Chaos Monkey
    • Java 기반 Spring Boot 앱
    • 메서드 레벨 예외/지연 테스트
    • 간단하고 내장된 방식 선호 시

Chaos Toolkit 실습 예시 (Java/Node.js/Kubernetes)

Kubernetes 환경 실험

  • Pod 종료 실험: pod-kill로 복원력 검증
  • 리전 지연 실험: Istio 가상 서비스에 네트워크 지연 주입
  • 자원 고갈 실험: CPU/메모리 강제 소모
  • DB 중단 시뮬레이션: 종속 서비스 장애 대응 테스트
  • 네트워크 파티셔닝: 서비스 간 통신 단절 실험
  • 시간 기반 장애: 트래픽 피크 시간대에 장애 삽입

Istio 기반 지연 삽입

  • 서비스 메시 레이어에서 네트워크 지연 삽입
  • Istio 설정을 통해 지연/에러율 제어

보고서 생성 및 분석

  • chaos report 명령어로 실험 결과 요약
  • 결과 해석:
    • 정상 상태 유지 → 회복력 확보
    • 이상 탐지 → 로그 및 모니터링 분석 필요
    • 연쇄 장애 발생 → 회로 차단기 도입, 리팩터링 고려

Chaos Monkey in Spring Boot

  • 감시 대상: @Controller, @Service, @Repository, @RestController
  • 삽입 가능한 장애:
    • Latency Assault: 인위적 지연
    • Exception Assault: 예외 발생
    • KillApp Assault: 전체 애플리케이션 중단

실행 방식

  • application.yml에 chaos-monkey 프로파일 활성화
  • Spring Boot Actuator API를 통한 동적 제어

Chaos Engineering in Node.js

Node.js용 Chaos Monkey 활용

  • 서드파티 Chaos Monkey 라이브러리 설치
  • 기능:
    • 지연 삽입
    • 예외 발생
    • 네트워크 장애 시뮬레이션

Chaos Toolkit 활용 예

  • JSON 형식으로 실험 구성
  • 예: 특정 Node.js API에 200ms 지연 삽입

CI/CD 파이프라인에 Chaos 통합

통합 목적

  • 배포 전 회복력 자동 검증
  • 성능 병목 식별
  • MTTR(Mean Time to Recovery) 향상
  • 수동 개입 없이 롤백 자동화

GitHub Actions 통합 예시

  • 코드 커밋 시 실험 자동 실행
  • Chaos Toolkit 설치 후 실험 수행
  • 헬스 체크 실패 시 배포 중단

Chaos Engineering 실험 시 베스트 프랙티스

  • 1. 정상 상태 가설 세우기: 시스템 정상 기준 명확히 정의
  • 2. 저강도 실험부터 시작: 100ms 지연 → 점진적 강화
  • 3. 모니터링 연동 필수: Prometheus, Grafana 등으로 실시간 관찰
  • 4. 자동 롤백 설정: 실패 시 빠른 복구 체계 구축
  • 5. 점진적 범위 확장: 서비스 단위 → 클러스터 단위로 실험 확대

결론

  • Chaos Engineering은 시스템을 깨기 위한 것이 아니라, 신뢰를 쌓기 위한 전략
  • Java, Node.js, Kubernetes, Istio 어디서든 작은 실험부터 시작해 점진적으로 확장 가능
  • Chaos Toolkit, Chaos Monkey 등 도구를 활용해 실제 장애 상황을 안전하게 시뮬레이션
  • 실험을 CI/CD에 통합하고 자동화함으로써 안정적인 운영 체계를 사전에 확보

참고 자료

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