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Azure Cosmos DB 및 .NET SDK v2에 대한 성능 팁

  • 아티클

적용 대상: NoSQL

Azure Cosmos DB는 보장된 대기 시간 및 처리량으로 매끄럽게 크기가 조정되는 빠르고 유연한 분산 데이터베이스입니다. Azure Cosmos DB를 사용하여 데이터베이스를 스케일링하기 위해 주요 아키텍처를 변경하거나 복잡한 코드를 작성할 필요는 없습니다. 규모를 확장 및 축소하는 방법이 API 호출을 하나 만드는 것만큼 쉽습니다. 자세한 내용은 컨테이너 처리량을 프로비전하는 방법 또는 데이터베이스 처리량을 프로비전하는 방법을 참조하세요. 그러나 네트워크 호출을 통해 Azure Cosmos DB에 액세스하기 때문에 SQL .NET SDK를 사용할 때 최대 성능을 얻기 위해 클라이언트 쪽에서 최적화 작업을 수행할 수 있습니다.

따라서 데이터베이스 성능을 향상시키려는 경우 다음 옵션을 고려합니다.

.NET V3 SDK로 업그레이드

.NET v3 SDK가 릴리스되었습니다. .NET v3 SDK를 사용하는 경우, 다음 정보에 대한 .NET v3 성능 가이드를 참조하세요.

  • 직접 TCP 모드로 기본값 지정
  • Stream API 지원
  • System.Text.JSON 사용을 허용하는 사용자 지정 직렬 변환기 지원
  • 통합 일괄 처리 및 대량 지원

호스팅 권장 사항

서버 측 가비지 수집(GC) 켜기

경우에 따라 가비지 수집의 빈도를 줄이는 것이 도움이 될 수 있습니다. .NET에서 gcServer를 true로 설정합니다.

클라이언트 워크로드 스케일 아웃

높은 처리량 수준(50,000RU/s 이상)에서 테스트하는 경우 컴퓨터가 CPU 또는 네트워크 사용을 제한하기 때문에 클라이언트 애플리케이션에 병목 현상이 발생할 수 있습니다. 이 시점에 도달하면 여러 서버에 걸쳐 클라이언트 애플리케이션을 확장하여 Azure Cosmos DB 계정을 계속 추가할 수 있습니다.

참고 항목

CPU 사용량이 많으면 대기 시간이 증가하고 요청 시간 제한 예외가 발생할 수 있습니다.

메타데이터 작업

실행 부하 과다 경로에서 및/또는 항목 작업을 수행하기 전에 Create...IfNotExistsAsync 및/또는 Read...Async를 호출하여 데이터베이스 및/또는 컬렉션이 존재하는지 확인하지 마세요. 유효성 검사는 삭제될 것으로 예상되는 경우(그렇지 않으면 필요하지 않음) 필요할 때만 애플리케이션 시작 시 수행해야 합니다. 이러한 메타데이터 작업은 추가 엔드투엔드 대기 시간을 생성하고 SLA가 없으며 데이터 작업처럼 확장되지 않는 별도의 제한이 있습니다.

로깅 및 추적

일부 환경에는 .NET DefaultTraceListener가 활성화되어 있습니다. DefaultTraceListener는 높은 CPU 및 I/O 병목 상태를 일으키는 프로덕션 환경에서 성능 문제를 야기합니다. 프로덕션 환경의 TraceListeners에서 제거하여 애플리케이션에 대해 DefaultTraceListener가 비활성화되어 있는지 확인합니다.

최신 SDK 버전(2.16.2 이상)은 이전 버전으로 검색할 때 자동으로 제거되며 다음을 통해 제거할 수 있습니다.

if (!Debugger.IsAttached)
{
    Type defaultTrace = Type.GetType("Microsoft.Azure.Documents.DefaultTrace,Microsoft.Azure.DocumentDB.Core");
    TraceSource traceSource = (TraceSource)defaultTrace.GetProperty("TraceSource").GetValue(null);
    traceSource.Listeners.Remove("Default");
    // Add your own trace listeners
}

네트워킹

연결 정책: 직접 연결 모드 사용

.NET V2 SDK 기본 연결 모드는 게이트웨이입니다. ConnectionPolicy 매개 변수를 사용하여 DocumentClient 인스턴스를 구성하는 동안 연결 모드를 구성합니다. 직접 모드를 사용하는 경우 ConnectionPolicy 매개 변수를 사용하여 Protocol도 설정해야 합니다. 다양한 연결 옵션에 관한 자세한 정보는 연결 모드 문서를 참조하세요.

Uri serviceEndpoint = new Uri("https://contoso.documents.net");
string authKey = "your authKey from the Azure portal";
DocumentClient client = new DocumentClient(serviceEndpoint, authKey,
new ConnectionPolicy
{
   ConnectionMode = ConnectionMode.Direct, // ConnectionMode.Gateway is the default
   ConnectionProtocol = Protocol.Tcp
});

사용 후 삭제되는 포트 고갈

인스턴스에서 연결 볼륨이 높거나 포트 사용량이 많으면 먼저 클라이언트 인스턴스가 싱글톤인지 확인합니다. 즉, 클라이언트 인스턴스는 애플리케이션의 수명 동안 고유해야 합니다.

TCP 프로토콜에서 실행되는 경우 클라이언트는 HTTPS 프로토콜과는 반대로 수명이 긴 연결을 사용하여 대기 시간을 최적화합니다. 그러면 2분 동안 활동이 없을 경우 연결이 종료됩니다.

스파스 액세스 권한이 있고 게이트웨이 모드 액세스보다 연결 수가 더 많은 경우 다음을 수행할 수 있습니다.

  • ConnectionPolicy.PortReuseMode 속성을 PrivatePortPool(프레임워크 버전>= 4.6.1 및 .NET core 버전>= 2.0에서 유효)로 구성합니다. 이 속성을 사용하면 다른 Azure Cosmos DB 대상 엔드포인트에 대해 SDK가 임시 포트의 작은 풀을 사용할 수 있습니다.
  • ConnectionPolicy.IdleConnectionTimeout 속성을 10분 이상으로 구성해야 합니다. 권장 값은 20분에서 24시간 사이입니다.

첫 번째 요청 시 시작 대기 시간을 피하기 위해 OpenAsync 호출

기본적으로 첫 번째 요청은 주소 라우팅 테이블을 가져와야 하기 때문에 대기 시간이 더 깁니다. SDK V2를 사용하는 경우 초기화 중에 OpenAsync()를 한 번 호출하여 첫 번째 요청에서 이러한 시작 대기 시간을 방지하세요. 호출은 다음과 같습니다. await client.OpenAsync();

참고 항목

OpenAsync는 계정의 모든 컨테이너에 대한 주소 라우팅 테이블을 얻기 위한 요청을 생성합니다. 많은 컨테이너가 있지만 애플리케이션이 컨테이너의 하위 집합에 액세스하는 계정의 경우 OpenAsync는 불필요한 양의 트래픽을 생성하여 초기화를 느리게 생성합니다. 따라서 OpenAsync를 사용하면 애플리케이션 시작 속도가 느려지므로 이 시나리오에서 유용하지 않을 수 있습니다.

성능을 위해 동일한 Azure 지역에 클라이언트 배치

가능한 경우 Azure Cosmos DB를 호출하는 모든 애플리케이션을 Azure Cosmos DB 데이터베이스와 같은 지역에 배치합니다. 대략 비교한다면, 같은 지역 내의 Azure Cosmos DB 호출은 1-2ms 내에 완료되지만, 미국 서부와 동부 해안 사이의 대기 시간은 50ms보다 큽니다. 클라이언트에서 Azure 데이터 센터 경계로 요청이 전달되는 경로에 따라 이러한 요청 간 대기 시간은 달라질 수 있습니다. 호출하는 애플리케이션이 프로비저닝된 Azure Cosmos DB 엔드포인트와 같은 Azure 지역 내에 있게 하면 대기 시간을 최대한 줄일 수 있습니다. 사용 가능한 영역 목록은 Azure 지역을 참조하세요.

Azure Cosmos DB 연결 정책

스레드/작업 수 늘리기

Azure Cosmos DB 호출은 네트워크를 통해 수행되므로 클라이언트 애플리케이션이 요청 간에 대기하는 시간이 최소한이 되도록 요청의 병렬 처리 수준을 다양하게 지정해야 할 수 있습니다. 예를 들어 .NET 작업 병렬 라이브러리를 사용하는 경우, Azure Cosmos DB에서 읽거나 쓰는 수백 개의 작업에 대한 순서를 생성합니다.

가속화된 네트워킹 사용

대기 시간과 CPU 지터를 줄이려면 클라이언트 가상 머신에서 가속화된 네트워킹을 사용하도록 설정하는 것이 좋습니다. 가속화된 네트워킹으로 Windows 가상 머신 생성하기 또는 가속화된 네트워킹으로 Linux 가상 머신 생성하기를 참조하세요.

SDK 사용

최신 SDK 설치

Azure Cosmos DB SDK는 최상의 성능을 제공하기 위해 지속적으로 향상됩니다. Azure Cosmos DB SDK 페이지를 참조하여 최신 SDK를 확인하고 향상된 기능을 검토하세요.

애플리케이션 수명 동안 싱글톤 Azure Cosmos DB 클라이언트 사용

각 DocumentClient 인스턴스는 스레드로부터 안전하고 직접 모드에서 작동하는 경우 효율적인 연결 관리와 주소 캐싱을 수행합니다. 효율적으로 연결을 관리하고 SDK 클라이언트 성능을 향상시키려면 애플리케이션 수명 동안 AppDomain당 단일 인스턴스를 사용하는 것이 좋습니다.

차단되는 호출 방지

Azure Cosmos DB SDK는 많은 요청을 동시에 처리하도록 설계되어야 합니다. 비동기 API를 사용하면 차단 호출을 기다리지 않고 작은 스레드 풀에서 수천 개의 동시 요청을 처리할 수 있습니다. 스레드는 장기 실행 동기 작업이 완료되기를 기다리는 대신 다른 요청에서 작업할 수 있습니다.

Azure Cosmos DB SDK를 사용하는 앱의 일반적인 성능 문제는 비동기식일 수 있는 호출을 차단하는 것입니다. 많은 동기 차단 호출은 스레드 풀 결핍 및 응답 시간 저하로 이어집니다.

수행하지 않아야 할 작업:

  • Task.Wait 또는 Task.Result를 호출하여 비동기 실행을 차단합니다.
  • Task.Run을 사용하여 동기식 API를 비동기식으로 생성합니다.
  • 공통 코드 경로에서 잠금을 획득합니다. Azure Cosmos DB .NET SDK는 코드를 병렬로 실행하도록 설계될 때 가장 성능이 좋습니다.
  • Task.Run을 호출하고 즉시 기다립니다. ASP.NET Core는 이미 일반 스레드 풀 스레드에서 앱 코드를 실행하므로 Task.Run을 호출하면 불필요한 스레드 풀 일정만 추가로 발생합니다. 예약된 코드가 스레드를 차단하더라도 Task.Run은 이를 방지하지 않습니다.
  • 차단 호출을 사용하여 쿼리를 동기적으로 드레이닝하는 DocumentClient.CreateDocumentQuery(...)에서 ToList()를 사용합니다. 쿼리를 비동기식으로 드레이닝하려면 AsDocumentQuery()를 사용합니다.

해야 하는 질문:

  • Azure Cosmos DB .NET API를 비동기식으로 호출합니다.
  • 전체 호출 스택은 비동기/대기 패턴을 활용하기 위해 비동기식입니다.

PerfView와 같은 프로파일러를 사용하여 스레드 풀에 자주 추가되는 스레드를 찾을 수 있습니다. Microsoft-Windows-DotNETRuntime/ThreadPoolWorkerThread/Start 이벤트는 스레드 풀에 추가된 스레드를 나타냅니다.

게이트웨이 모드를 사용하는 경우 호스트당 System.Net MaxConnections 늘리기

Azure Cosmos DB 요청은 게이트웨이 모드를 사용할 때 HTTPS/REST를 통해 수행됩니다. 호스트 이름이나 IP 주소당 기본 연결 한도가 적용됩니다. 클라이언트 라이브러리가 Azure Cosmos DB에 대한 다중 동시 연결을 활용할 수 있도록 MaxConnections를 더 높은 값(100-1,000)으로 설정해야 할 수도 있습니다. .NET SDK 1.8.0 이상에서 ServicePointManager.DefaultConnectionLimit의 기본값은 50입니다. 값을 변경하려면 Documents.Client.ConnectionPolicy.MaxConnectionLimit를 더 높은 값으로 설정할 수 있습니다.

RetryAfter 간격으로 백오프 구현

성능 테스트 중에는 작은 비율의 요청이 제한될 때까지 로드를 늘려야 합니다. 요청이 제한되면 클라이언트 애플리케이션은 서버에서 지정한 다시 시도 간격 동안 스로틀에서 백오프해야 합니다. 백오프를 적용하면 다시 시도 사이에 기다리는 시간을 최소화할 수 있습니다.

다시 시도 정책 지원은 다음 SDK에 포함되어 있습니다.

자세한 내용은 RetryAfter를 참조하세요.

.NET SDK 버전 1.19 이상에서는 다음 샘플과 같이 추가 진단 정보를 기록하고 대기 시간 문제를 해결하기 위한 메커니즘이 있습니다. 읽기 대기 시간이 더 긴 요청에 대한 진단 문자열을 기록할 수 있습니다. 캡처된 진단 문자열을 통해 지정된 요청에 대해 429 오류를 받은 횟수를 알 수 있습니다.

ResourceResponse<Document> readDocument = await this.readClient.ReadDocumentAsync(oldDocuments[i].SelfLink);
readDocument.RequestDiagnosticsString

짧은 읽기 대기 시간 동안 문서 URI 캐시

최상의 문서 읽기 성능이 필요할 때마다 문서 URI를 캐시합니다. 리소스를 만들 때 리소스 ID를 캐싱하는 논리를 정의해야 합니다. 리소스 ID 기반 조회는 이름 기반 조회보다 빠르므로 이러한 값을 캐싱하면 성능이 향상됩니다.

스레드/작업 수 늘리기

이 문서의 네트워킹 섹션에서 스레드/작업 수 늘리기를 참조하세요.

쿼리 작업

쿼리 작업은 쿼리에 대한 성능 팁을 참조하세요.

인덱싱 정책

쓰기 속도를 높이기 위해 인덱싱에서 사용하지 않는 경로 제외

Azure Cosmos DB 인덱싱 정책을 사용하면 인덱싱 경로(IndexingPolicy.IncludedPaths 및 IndexingPolicy.ExcludedPaths)를 사용하여 인덱싱에 포함하거나 제외할 문서 경로를 지정할 수도 있습니다. 인덱싱 경로는 패턴을 미리 알고 있는 시나리오의 경우 인덱스 스토리지를 줄이고 쓰기 성능을 향상시킬 수 있습니다. 인덱싱 비용은 인덱싱된 고유 경로 수와 직접 상관되기 때문입니다. 예를 들어, 이 코드는 “*” 와일드카드를 사용하여 인덱싱에서 문서의 전체 섹션(하위 트리라고도 함)을 제외하는 방법을 보여 줍니다.

var collection = new DocumentCollection { Id = "excludedPathCollection" };
collection.IndexingPolicy.IncludedPaths.Add(new IncludedPath { Path = "/*" });
collection.IndexingPolicy.ExcludedPaths.Add(new ExcludedPath { Path = "/nonIndexedContent/*");
collection = await client.CreateDocumentCollectionAsync(UriFactory.CreateDatabaseUri("db"), collection);

자세한 내용은 Azure Cosmos DB 인덱싱 정책을 참조하세요.

처리량

낮은 요청 단위/초 사용량 측정 및 튜닝

Azure Cosmos DB에서는 다양한 데이터베이스 작업 세트를 제공합니다. 이 작업에는 데이터베이스 컬렉션 내부의 문서에서 모두 작동하는 UDF, 저장 프로시저, 트리거와 함께 관계형 쿼리와 계층형 쿼리가 포함되어 있습니다. 이러한 작업 각각과 관련된 비용은 작업을 완료하는 데 필요한 CPU, IO 및 메모리에 따라 달라집니다. 하드웨어 리소스를 고려하고 관리하는 대신 다양한 데이터베이스 작업을 수행하고 애플리케이션 요청을 처리하는 데 필요한 리소스의 단일 측정값으로 RU(요청 단위)를 고려할 수 있습니다.

처리량은 각 컨테이너에 설정된 요청 단위 수에 따라 프로비저닝됩니다. 요청 단위 소비는 초당 비율로 평가됩니다. 해당 컨테이너에 프로비저닝된 요청 단위 비율을 초과하는 애플리케이션은 비율이 컨테이너에 프로비저닝된 수준 아래로 떨어질 때까지 제한됩니다. 애플리케이션에 더 높은 수준의 처리량이 필요한 경우 추가 요청 단위를 프로비저닝하여 처리량을 늘릴 수 있습니다.

쿼리의 복잡성은 작업에 사용되는 요청 단위의 양에 영향을 줍니다. 조건자의 수, 조건자의 특성, UDF 수, 원본 데이터 세트의 크기는 모두 쿼리 작업의 비용에 영향을 줍니다.

모든 작업(만들기, 업데이트 또는 삭제)의 오버헤드를 측정하려면 x-ms-request-charge 헤더(또는 .NET SDK의 ResourceResponse\<T>나 FeedResponse\<T>의 해당 RequestCharge 속성)를 검사하여 작업에 사용된 요청 단위 수를 측정합니다.

// Measure the performance (Request Units) of writes
ResourceResponse<Document> response = await client.CreateDocumentAsync(collectionSelfLink, myDocument);
Console.WriteLine("Insert of document consumed {0} request units", response.RequestCharge);
// Measure the performance (Request Units) of queries
IDocumentQuery<dynamic> queryable = client.CreateDocumentQuery(collectionSelfLink, queryString).AsDocumentQuery();
while (queryable.HasMoreResults)
    {
        FeedResponse<dynamic> queryResponse = await queryable.ExecuteNextAsync<dynamic>();
        Console.WriteLine("Query batch consumed {0} request units", queryResponse.RequestCharge);
    }

이 헤더에서 반환된 요청 비용은 프로비저닝된 처리량(즉, 2,000RU/초)의 일부입니다. 예를 들어, 앞의 쿼리가 1,000개의 1KB 문서를 반환하는 경우 작업 비용은 1,000이 됩니다. 따라서 1초 이내에 서버는 이후 요청의 속도를 제한하기 전에 해당 두 요청만 인식합니다. 자세한 내용은 요청 단위와 요청 단위 계산기를 참조하세요.

너무 큰 속도 제한/요청 속도 처리

클라이언트가 계정에 대해 예약된 처리량을 초과하려 할 때도 서버의 성능이 저하되거나 예약된 수준 이상의 처리량이 사용되지 않습니다. 서버는 RequestRateTooLarge(HTTP 상태 코드 429)로 요청을 선제적으로 종료합니다. 사용자가 요청을 다시 시도하기 전에 기다려야 하는 시간(밀리초)을 나타내는 x-ms-retry-after-ms 헤더를 반환합니다.

HTTP Status 429,
Status Line: RequestRateTooLarge
x-ms-retry-after-ms :100

SDK는 이 응답을 암시적으로 모두 catch하고, server-specified retry-after 헤더를 준수하고 요청을 다시 시도합니다. 동시에 여러 클라이언트가 계정에 액세스하지만 않으면 다음 재시도가 성공할 것입니다.

두 개 이상의 클라이언트가 요청 속도를 초과하여 누적해서 계속 작동할 경우 클라이언트가 내부적으로 현재 9로 설정한 기본 재시도 횟수가 충분하지 않을 수 있습니다. 이 경우 클라이언트는 애플리케이션에 상태 코드 429를 표시하며 DocumentClientException 예외 처리를 합니다.

ConnectionPolicy 인스턴스에서 RetryOptions를 설정하여 기본 재시도 횟수를 변경할 수 있습니다. 기본적으로, 요청이 계속 요청 속도 이상으로 작동하는 경우 상태 코드가 429인 DocumentClientException은 누적 대기 시간 30초 후에 반환됩니다. 이 오류는 현재 값이 기본값인 9인지 아니면 사용자 정의 값인지에 상관없이 현재 재시도 횟수가 최대 재시도 횟수보다 적은 경우에도 반환됩니다.

재시도 동작을 자동화하면 대부분의 애플리케이션에 대한 복원력과 유용성을 개선할 수 있습니다. 그러나 성능 벤치마크를 수행할 때, 특히 대기 시간을 측정할 때 최상의 동작이 아닐 수 있습니다. 실험이 서버 제한에 도달하고 클라이언트 SDK를 자동으로 재시도하는 경우 클라이언트 관찰 대기 시간이 급증합니다. 성능 실험 중 대기 시간 급증을 방지하려면, 각 작업에 의해 반환된 비용을 측정하고 요청이 예약된 요청 속도 이하로 작동하고 있는지 확인합니다. 자세한 내용은 요청 단위를 참조하세요.

처리량을 높이기 위해 문서 크기를 줄이도록 설계

지정된 작업의 요청 요금(즉, 요청 처리 비용)은 문서의 크기와 직접 상관됩니다. 큰 문서에서 작업하는 경우 작은 문서 작업보다 비용이 많이 듭니다.

다음 단계

몇 개의 클라이언트 컴퓨터에서 고성능 시나리오에 대한 Azure Cosmos DB를 평가하는 데 사용된 애플리케이션 예제는 Azure Cosmos DB를 사용한 성능 및 스케일 테스트를 참조하세요.

확장성 및 고성능을 위한 애플리케이션 설계 방법에 대한 자세한 내용은 Azure Cosmos DB의 분할 및 크기 조정을 참조하세요.