서버리스 아키텍처 이해하기: 개념부터 활용 사례까지 (Serverless)

서버리스(Serverless) 아키텍처란?

서버리스 아키텍처는 개발자가 서버 인프라 관리에 직접 관여하지 않고 애플리케이션을 구축하고 실행할 수 있도록 지원하는 혁신적인 방식입니다. '서버가 없다'는 의미가 아니라, 개발자가 서버 관리에 신경 쓰지 않아도 된다는 점이 핵심입니다.

실제로 서버는 존재하지만, 개발자가 서버 설정, 용량 계획, 확장성 등을 관리할 필요 없이 클라우드 제공업체가 서버 인프라를 추상화하여 관리합니다.

서버리스의 정확한 의미

서버리스 아키텍처는 개별 기능 또는 서비스의 집합으로 애플리케이션을 구성합니다. 이러한 기능들은 이벤트에 의해 실행되며, 클라우드 제공업체가 필요에 따라 자동으로 리소스를 할당하고 확장합니다. 개발자는 코드 작성과 비즈니스 로직에 집중할 수 있으며, 인프라 관리 부담을 덜 수 있습니다.

서버리스 사용 시 장점

  1. 비용 효율성: 사용한 리소스에 대해서만 비용을 지불하여 유휴 서버 용량에 대한 비용을 절감합니다.
  2. 자동 확장성: 트래픽 증가에 따라 자동으로 리소스가 확장되어 서버를 수동으로 확장할 필요가 없습니다.
  3. 개발 속도 향상: 인프라 관리에서 벗어나 핵심 비즈니스 로직 개발에 집중하여 개발 속도가 빨라집니다.
  4. 운영 부담 감소: 서버 유지보수, 보안 패치, 운영체제 업데이트 등의 작업을 클라우드 제공업체가 처리합니다.
  5. 높은 가용성: 클라우드 제공업체가 다중 가용 영역에 걸쳐 서비스를 자동으로 배포하여 높은 가용성을 보장합니다.

서버리스 등장 배경

과거의 방식

1. 온 프레미스(On-Premise) 시대

온 프레미스 환경에서는 기업이 자체 데이터센터를 구축하고 서버를 직접 관리해야 했습니다. 이는 다음과 같은 문제를 야기했습니다.

  • 높은 초기 투자 비용: 서버, 네트워크 장비, 전력 시설 등에 대한 대규모 투자가 필요했습니다.
  • 복잡한 유지보수: 하드웨어 고장, 소프트웨어 업데이트, 보안 패치 등을 직접 처리해야 했습니다.
  • 확장성 제한: 트래픽 증가에 대비한 과도한 용량 확보가 필요하거나, 급격한 수요 증가 시 빠른 대응이 어려웠습니다.
  • 전문 인력 필요: 서버 관리를 위한 전문 IT 인력을 채용하고 유지해야 했습니다.

2. 클라우드(IaaS/PaaS) 시대

클라우드 컴퓨팅의 등장으로 많은 문제가 해결되었지만, 다음과 같은 과제는 여전히 남아있었습니다.

  • IaaS 서비스로 인프라 관리가 간소화되었지만, 여전히 서버 인스턴스 관리가 필요했습니다.
  • PaaS 솔루션으로 애플리케이션 배포가 쉬워졌지만, 플랫폼 제약과 비용 효율성 문제가 있었습니다.
  • 자동 확장 기능이 제공되었지만, 설정과 관리에 전문 지식이 필요했습니다.
  • 사용량이 적을 때도 지속적으로 비용이 발생하는 문제가 있었습니다.

서버리스의 등장과 원리

서버리스 아키텍처는 이러한 기존 모델의 한계를 극복하기 위해 등장했으며, 다음과 같은 이유로 주목받고 있습니다.

  1. 완전한 추상화: 개발자는 인프라 관리에서 완전히 해방되어 비즈니스 로직에만 집중할 수 있습니다.
  2. 미세한 확장성: 함수 단위의 실행으로 더욱 세밀한 리소스 관리와 확장이 가능합니다.
  3. 정확한 사용량 기반 과금: 실제 실행 시간과 리소스 사용량에 따라 정확하게 비용이 청구됩니다.

서버리스 컴퓨팅의 핵심 원리는 다음과 같습니다.

  • 이벤트 기반 실행: 함수는 특정 이벤트(HTTP 요청, 데이터베이스 변경 등)에 의해 실행됩니다.
  • 자동 확장: 동시 요청 수에 따라 자동으로 인스턴스가 생성되고 제거됩니다.
  • 상태 비저장(Stateless): 함수는 상태를 유지하지 않으며, 필요한 데이터는 외부 저장소에서 관리합니다.
  • 단기 실행: 함수는 일반적으로 짧은 시간 동안만 실행되도록 설계됩니다.

이러한 원리를 바탕으로 서버리스 아키텍처는 효율적인 리소스 사용, 빠른 개발 주기, 탄력적인 확장성을 제공하며, 현대 애플리케이션 개발의 새로운 패러다임을 제시합니다.

서버리스 서비스 모델 (BaaS vs FaaS)

1. BaaS (Backend as a Service)

Backend-as-a-Service(BaaS)는 모바일 또는 웹 애플리케이션 개발 시, 서버측 기능을 쉽게 구현할 수 있도록 클라우드 환경에서 제공하는 서비스입니다. 개발자들은 복잡한 서버 환경 구축이나 유지 관리에 대한 걱정 없이, 제공된 API를 통해 파일 저장소, 데이터베이스, 사용자 인증과 같은 다양한 백엔드 기능을 손쉽게 사용할 수 있습니다.

모바일 기기의 애플리케이션이 백엔드 클라우드 서비스(BaaS)에 API로 연결되어 있으며, 각 컨테이너는 파일 스토리지, 데이터 스토리지, 사용자 인증 모듈을 포함하고 있음.
BaaS 구조(source)

위 그림을 통해 BaaS의 구조를 쉽게 이해할 수 있습니다:

  • 그림에서 모바일 디바이스 A와 B는 각각 독립적인 모바일 애플리케이션을 가지고 있으며, 이 애플리케이션은 클라우드 상의 별도 컨테이너를 통해 제공되는 백엔드 서비스와 연결되어 있습니다.
  • 각 컨테이너(Container 1, Container 2)는 파일 저장소(File Storage), 데이터 저장소(Data Storage), 사용자 인증(User Auth.) 기능을 제공하고 있습니다.
  • 모바일 애플리케이션은 API를 통해 클라우드 상의 BaaS와 연동되며, 각 애플리케이션은 자신의 독립적인 백엔드 환경을 이용하여 데이터를 저장하거나 사용자 정보를 관리합니다.

즉, BaaS를 이용하면 앱 개발자는 복잡한 서버 환경 구축 대신 앱의 핵심 기능 개발에 더욱 집중할 수 있으며, 보다 빠르게 안정적인 서비스를 개발하고 제공할 수 있게 됩니다. 이를 통해 개발 기간과 비용을 절약할 수 있는 장점이 있습니다.

BaaS로 구현 가능한 기능과 사례

  • 사용자 인증 및 권한 관리: 소셜 로그인, 이메일/비밀번호 인증, 다단계 인증 등
  • 데이터베이스 및 데이터 저장: 실시간 데이터베이스, NoSQL 데이터베이스 등
  • 파일 저장 및 관리: 이미지, 비디오, 문서 등의 클라우드 저장
  • 푸시 알림: 모바일 및 웹 애플리케이션을 위한 푸시 알림 서비스
  • 소셜 기능 통합: 소셜 미디어 공유, 사용자 프로필 등
  • 분석 및 모니터링: 사용자 행동 분석, 앱 성능 모니터링 등

BaaS는 특히 모바일 앱, 단일 페이지 웹 애플리케이션(SPA), 게임 등에서 널리 활용됩니다.

대표적인 BaaS 플랫폼

  1. Firebase: Google의 BaaS 플랫폼으로, 실시간 데이터베이스, 인증, 호스팅, ML Kit, 분석 등 다양한 서비스를 제공합니다.
  2. AWS Amplify: Amazon의 BaaS 솔루션으로, 인증, API, 스토리지, 분석 등을 AWS 인프라와 통합하여 제공합니다.
  3. Supabase: Firebase의 오픈소스 대안으로, PostgreSQL 데이터베이스를 기반으로 한 실시간 기능, 인증, 스토리지 등을 제공합니다.
  4. Back4App: Parse 오픈소스 프로젝트를 기반으로 한 BaaS 플랫폼으로, 데이터베이스, 인증, 푸시 알림 등을 제공합니다.

2. FaaS (Function as a Service)

FaaS(Function as a Service)는 복잡한 서버 관리에서 벗어나 간단한 함수 단위로 서비스를 배포하고 운영할 수 있게 해주는 방식입니다.

클라이언트가 API 게이트웨이를 통해 이벤트와 컨텍스트를 전달하면 함수가 이를 처리하고 필요시 백엔드와 상호작용하여 결과를 클라이언트에게 반환하는 구조.
FaaS 구조(source)

FaaS의 구조는 생각보다 간단합니다. 예를 들어, 사용자가 웹사이트에서 버튼을 클릭하거나 특정 요청을 보낼 때(API 호출), FaaS 환경에서는 다음과 같은 과정을 통해 함수가 실행됩니다.

  1. 클라이언트(Client)의 요청 사용자가 웹사이트 또는 앱에서 요청을 보내면, 이는 API Gateway로 전달됩니다.

  2. API Gateway의 역할 API Gateway는 사용자의 요청을 받아 함수 실행을 준비합니다. 구체적으로는 함수가 필요로 하는 정보를 두 가지 형태로 전달하게 됩니다.

  • 이벤트(Event): 사용자가 보낸 데이터 또는 요청에 대한 정보를 담습니다.
  • 컨텍스트(Context): 함수가 실행될 때의 환경 정보나 메타데이터를 제공합니다.

  1. 함수(Function) 실행 사용자는 오직 이 함수의 비즈니스 로직만 작성하고 관리하면 됩니다. 인프라 관리 부담 없이 순수한 비즈니스 로직 구현에만 집중할 수 있게 됩니다.

  2. 백엔드(Backend)와의 통신 함수가 외부 데이터베이스나 서비스와 통신이 필요할 경우, 백엔드를 통해 데이터를 읽거나 쓰는 작업을 수행합니다.

  3. 결과 반환(Result) 함수가 실행된 결과는 다시 API Gateway를 통해 사용자에게 반환됩니다. 상황에 따라 결과가 있을 수도 있고, 없을 수도 있습니다.

이러한 방식으로 FaaS는 개발자가 서버 유지보수, 인프라 관리 등에서 벗어나 보다 간편하게 애플리케이션을 개발하고 관리할 수 있도록 도와줍니다. 또한, 비용은 함수가 실제로 실행된 만큼만 지불하기 때문에 경제적이며, 사용량에 따라 자동 확장(스케일링)이 가능해 효율적입니다.

결국, FaaS는 서버 관리를 신경 쓰지 않고도 빠르게 아이디어를 현실화할 수 있게 해주는 강력한 도구라고 할 수 있겠습니다.

대표적인 FaaS 서비스

  1. AWS Lambda: FaaS 서비스로, 다양한 언어 지원과 AWS 서비스와의 통합을 제공합니다.
  2. Azure Functions: Microsoft의 FaaS 솔루션으로, .NET 환경과의 통합이 뛰어나며 다양한 트리거와 바인딩을 지원합니다.
  3. Google Cloud Functions: Google Cloud Platform의 FaaS 서비스로, 다른 Google 서비스와 쉽게 통합됩니다.
  4. IBM Cloud Functions: Apache OpenWhisk를 기반으로 한 IBM의 FaaS 서비스입니다.
  5. Cloudflare Workers: 엣지 컴퓨팅 기능을 갖춘 FaaS 서비스로, 전 세계 데이터 센터에서 함수를 실행할 수 있습니다.

BaaS와 FaaS 차이점

특성 BaaS FaaS
범위 전체 백엔드 서비스 제공 개별 함수 실행 환경 제공
개발 방식 서비스 중심 (API 활용) 함수 중심 (코드 작성)
확장성 서비스별로 다름 함수 단위로 자동 확장
사용 사례 모바일 앱, SPA, 게임 마이크로서비스, 이벤트 처리, API
커스터마이징 제한적 높은 유연성
비용 모델 주로 사용량 + 기본 요금 순수 사용량 기반

BaaS 선택 기준:

  • 모바일 앱이나 웹 애플리케이션을 빠르게 개발하고 싶을 때
  • 백엔드 개발 경험이 제한적인 팀일 때
  • 인증, 데이터베이스, 파일 저장과 같은 공통 백엔드 기능이 필요할 때
  • MVP(최소 기능 제품)를 빠르게 출시하고 싶을 때
  • 프론트엔드 개발에 더 집중하고 싶을 때

FaaS 선택 기준:

  • 특정 이벤트에 반응하는 마이크로서비스를 구축할 때
  • 기존 애플리케이션의 특정 기능만 서버리스로 마이그레이션하고 싶을 때
  • 불규칙한 트래픽 패턴을 가진 워크로드를 처리할 때
  • 높은 수준의 커스터마이징과 제어가 필요할 때
  • 비용을 정확한 사용량에 맞게 최적화하고 싶을 때
  • 이벤트 기반 처리, 데이터 변환, 스케줄링된 작업 등을 구현할 때

서버리스 아키텍처의 장점과 단점

서버리스 아키텍처는 많은 이점을 제공하지만, 모든 상황에 적합한 것은 아닙니다. 장단점을 이해하면 프로젝트에 적합한 아키텍처를 선택하는 데 도움이 됩니다.

서버리스 장점

  • 비용 절감 (사용량 기반 결제): 유휴 리소스에 대한 비용 없음, 자동 확장에 따른 효율적인 비용, 운영 비용 절감, 초기 투자 비용 없음
  • 빠른 개발 및 프로토타이핑: 인프라 구성 시간 단축, 빠른 배포, 기능별 개발, 풍부한 통합 옵션, 실험 용이성
  • 손쉬운 확장성과 높은 가용성: 자동 확장, 무제한 확장 가능성, 지역 분산, 내장된 고가용성, 장애 격리
  • 유지보수 부담 감소와 제품 품질 향상: 패치 및 업데이트 자동화, 모니터링 및 로깅 내장, 작은 코드 단위, 책임 분리, 보안 강화

서버리스 단점과 주의사항

  • 콜드 스타트(Cold Start) 문제: 첫 실행 지연, 언어 및 런타임 영향, 성능 민감한 애플리케이션에 부적합, 해결 전략 필요
  • 장시간 작업 처리에 불리: 실행 시간 제한, 비용 증가, 연결 유지 문제, 대안 필요
  • Stateless로 인한 상태 관리의 어려움: 함수 간 상태 공유 불가, 외부 저장소 필요, 성능 오버헤드, 트랜잭션 관리 복잡성, 세션 관리 어려움
  • 플랫폼 종속성 문제 (Vendor Lock-in): 특정 클라우드 제공업체 의존, 통합 서비스 종속성, 비용 협상력 감소, 완화 전략 필요
  • 기타 단점: 디버깅 및 테스트 복잡성, 모니터링 및 관찰성 제한, 리소스 제한, 네트워크 지연

서버리스 활용 사례

서버리스 배치 작업 관리

AWS Lambda와 Amazon S3를 활용한 배치 처리 워크플로우

동영상 업로드 및 인코딩 자동화

넷플릭스는 서버리스 아키텍처를 활용하여 콘텐츠 스트리밍 서비스 최적화

대규모 데이터 분석 및 모니터링

금융 서비스, IoT 시스템, 전자상거래 플랫폼 등에서 실시간 데이터 분석

서버리스 챗봇 서비스 구축

AWS Chatbot을 Slack 채널에 통합하여 알림 집계 및 개발 시간 단축

대표적인 서버리스 플랫폼

네이버 클라우드: Cloud Functions

한국 기업에 친숙한 서버리스 컴퓨팅 서비스

Amazon AWS: Lambda

널리 사용되는 FaaS 서비스, 다양한 프로그래밍 언어 지원

Microsoft Azure: Azure Functions

.NET 환경과 통합, 다양한 트리거와 바인딩 지원

Google Cloud: Cloud Functions

Google 서비스와 통합, 다양한 이벤트 소스 지원

결론: 서버리스를 선택할 때 고려할 사항

서버리스 아키텍처는 프로젝트 특성에 맞게 도입을 고려해야 합니다.

서버리스가 적합한 프로젝트

이벤트 기반 아키텍처, 고지연 백그라운드 작업, 클라이언트 중심 애플리케이션, 예측 불가능한 서버 부하, 빠른 성장 및 급격한 변화, 주기적인 작업, HTTP REST API, 모바일 백엔드

서버리스가 부적합한 프로젝트

장시간 실행 작업, 실시간 응답, 상태 유지, 리소스 집약적인 작업, 특정 하드웨어 최적화

서버리스 효과적 활용 팁:

  1. 상태 비저장 작업 설계
  2. 효율적인 종속성 관리
  3. 함수 성능 최적화
  4. 마이크로서비스 접근 방식 채택
  5. 환경 변수 활용
  6. 강력한 보안 조치 구현
  7. 효과적인 모니터링 및 로깅
  8. 콜드 스타트 적극 관리
  9. 비용 효율적 관리
  10. 배포 및 CI/CD 자동화

서버리스 시장 전망:

서버리스 아키텍처 시장은 빠르게 성장하고 있으며, DevOps 활용 증가, 서버리스 보안 관심 증가, 멀티 클라우드 환경 활용 증가 등이 주요 트렌드가 될 것입니다. 서버리스 아키텍처는 인프라 관리 부담을 줄이고 비즈니스 로직에 집중할 수 있게 해주는 혁신적인 접근 방식입니다. 프로젝트의 특성과 요구 사항을 고려하여 서버리스의 장단점을 평가하고, 적절한 상황에서 활용한다면 개발 속도, 확장성, 비용 효율성 측면에서 큰 이점을 얻을 수 있을 것입니다.