FMS BigData AWS Pre-Lab

AWS EC2 기반 빅데이터 실시간 처리 시스템 구축 실습 과정

🎯 프로젝트 개요

FMS(Factory Management System) 빅데이터 파이프라인을 AWS EC2 환경에서 Terraform과 Ansible을 이용해 구축하는 종합 실습 프로젝트입니다. 100개 장비의 센서 데이터를 실시간으로 수집, 처리, 저장하고 모니터링하는 완전한 데이터 파이프라인을 구현합니다.

핵심 기술 스택

• 데이터 수집: Python Collector + FMS API
• 메시지 큐: Apache Kafka (2노드 클러스터, EC2 기반)
• 스트림 처리: Apache Spark Streaming (EC2 기반)
• 분산 저장: Hadoop 저장소를 AWS S3로 지정 (EC2 기반)
• 모니터링: Grafana + Prometheus (EC2 기반)
• 인프라 관리: AWS EC2, Terraform, Ansible

주요 성과 지표

• 처리량: 47 msg/sec (목표 50 msg/sec 대비 94%)
• 지연시간: 25초 엔드투엔드 (목표 30초 이내)
• 가용성: 99.7% (목표 99% 이상)
• 데이터 품질: 96.2% (목표 95% 이상)

📚 진행 목차

장	폴더명	제목	핵심 내용	주요 산출물
1	01-pre-lab-introduction/	Pre-Lab 소개	프로젝트 목표, AWS 실습 환경 개요, 계정 준비	환경 체크리스트
2	02-aws-account-setup/	AWS 계정 및 권한 준비	IAM, 키페어, S3 버킷, VPC 기본 설정	계정/권한 체크리스트, S3 버킷
3	03-infra-provisioning/	인프라 자동화(IaC)	Terraform으로 EC2, VPC, SG, S3 등 자동 생성	Terraform 코드, 인프라 다이어그램
4	04-ansible-automation/	서비스 자동화 배포	Ansible로 Hadoop/Spark 자동 설치	Ansible 플레이북, 배포 로그
5	05-architecture-design/	아키텍처 설계 및 검토	AWS 기반 분산 아키텍처 설계, 리스크 분석	아키텍처 다이어그램, 리스크 분석
6	06-hadoop-spark-cluster/	Hadoop/Spark 클러스터 구축	EC2 기반 분산 스토리지(저장소는 AWS S3 지정)/컴퓨팅 환경 구축	클러스터 구축 스크립트, 모니터링
7	07-kafka-streaming/	Kafka 실시간 스트리밍	EC2 기반 Kafka 클러스터, 데이터 수집기	Kafka 클러스터, 데이터 수집기
8	08-data-quality-requirements/	데이터 품질 요건 정의	데이터 구조 분석, 품질 규칙, 검증 로직	품질 규칙 정의, 검증 스크립트
9	09-spark-data-transformation/	데이터 변환 로직 구현	Spark SQL, DataFrame API, UDF	데이터 변환 모듈, 품질 검증기
10	10-integrated-pipeline/	통합 파이프라인 개발	엔드투엔드 연동, 에러 처리	통합 파이프라인, 에러 핸들러
11	11-visualization-monitoring/	시각화 및 모니터링	Grafana, Prometheus, CloudWatch 연동	대시보드, 모니터링 리포트
12	12-cost-optimization-security/	비용 최적화 및 보안	비용 모니터링, IAM 정책, S3 버킷 정책	비용 리포트, 보안 체크리스트
13	13-advanced-aws-analytics/	Glue/Athena/확장 실습	Glue ETL, Athena 쿼리, S3 데이터 레이크	ETL 스크립트, Athena 쿼리 예제
14	14-project-documentation/	프로젝트 문서화	기술 문서, 운영 가이드, 개선 계획	아키텍처 문서, 트러블슈팅 가이드
15	15-presentation-feedback/	성과 발표 및 피드백	프로젝트 발표, 데모, 평가	발표 자료, 데모 스크립트

🚀 빠른 시작

1. 환경 요구사항

• AWS 계정 및 EC2 권한
• Terraform, Ansible 설치된 콘솔 서버(Oracle Linux EC2)
• 최소 8GB RAM, 50GB 디스크

2. 콘솔 서버 설정

• Oracle Linux EC2 인스턴스에 Terraform과 Ansible 설치: https://github.com/Finfra/awsHadoop/tree/main/7.HadoopEco

3. 프로젝트 클론 및 AWS 인프라 구축

• Ansible로 Hadoop spark설치 : https://github.com/Finfra/awsHadoop/tree/main/7.HadoopEco
  Terraform은 EC2 인스턴스(s1, s2, s3)를 자동 생성합니다.

4. Ansible을 이용한 서비스 자동화 설치

Ansible을 이용해 Hadoop 및 Spark 자동 설치:

cd ../7.HadoopEco
ansible-playbook -i hadoopInstall/df/i1/ansible-hadoop/hosts hadoopInstall/df/i1/ansible-hadoop/hadoop_install.yml -e ansible_python_interpreter=/usr/bin/python3
ansible-playbook -i hadoopInstall/df/i1/ansible-spark/hosts hadoopInstall/df/i1/ansible-spark/spark_install.yml -e ansible_python_interpreter=/usr/bin/python3

5. 서비스 확인

EC2에서 구축된 서비스의 웹 UI 접속:

• Hadoop NameNode: http://[s1-instance-ip]:9870
• YARN ResourceManager: http://[s1-instance-ip]:8088
• Spark Master: http://[s1-instance-ip]:8080
• Prometheus: http://[s1-instance-ip]:9090

🏗️ 아키텍처 개요

시스템 아키텍처

    ┌──────────────────────────────────┐
    │ i1 : Ansible, Terraform, kafka   │
    └──────────────────────────────────┘
           │       │       │
           ▼       ▼       ▼
        ┌────┐  ┌────┐  ┌────┐
        │ s1 │  │ s2 │  │ s3 │
        └────┘  └────┘  └────┘

데이터 흐름

┌──────────────────── FMS BigData Pipeline ──────────────────────┐
│                                                                │
│  [FMS API] → [Collector] →  [Kafka]  → [Spark]  →  [HDFS/s3]   │
│        ↓           ↓           ↓          ↓           ↓        │
│   [센서데이터]  [검증/변환]  [버퍼링]  [실시간처리] [분산저장] │
│        ↓           ↓          ↓           ↓           ↓        │
│   [10초간격]   [에러처리]  [2개브로커] [품질검증] [파티셔닝]   │
│                                                                │
│  ┌─────── 모니터링 계층  ────────────────────────────────┐     │
│  │     [Prometheus] → [Grafana] → [AlertManager]         │     │
│  │         ↑            ↑            ↑                   │     │
│  │    [메트릭수집]  [시각화]    [알림전송]               │     │
│  └───────────────────────────────────────────────────────┘     │
└────────────────────────────────────────────────────────────────┘

EC2 노드별 서비스 역할 및 주요 포트

노드	역할 및 서비스	주요 포트
i1 (콘솔 서버)	Terraform, Ansible 관리 서버	SSH(22)
s1 (마스터 노드)	HDFS NameNode, YARN ResourceManager, Spark Master, Prometheus	SSH(22), NameNode UI(9870), ResourceManager UI(8088), Spark Master UI(8080), Prometheus(9090)
s2, s3 (워커 노드)	HDFS DataNode, YARN NodeManager, Spark Worker, Node Exporter	SSH(22), DataNode UI(9864), NodeManager UI(8042), Spark Worker UI(8081), Node Exporter(9100)

📊 데이터 처리

데이터 소스

• 데이터는 FMS API를 통해 10초 간격으로 수집됩니다.
• 소스 주소 : curl finfra.iptime.org:9872/1/ ~ curl finfra.iptime.org:9872/100/ (장비 1~100)
• 데이터 수집 예

  ~ $ curl finfra.iptime.org:9872/1/
{"time": "2025-07-07T08:21:29Z", "DeviceId": 1, "sensor1": 85.69, "sensor2": 85.81, "sensor3": 82.15, "motor1": 1245.16, "motor2": 874.81, "motor3": 1119.36, "isFail": false}
  ~ $ curl finfra.iptime.org:9872/100/
{"time": "2025-07-07T08:21:32Z", "DeviceId": 100, "sensor1": 175.29, "sensor2": 84.14, "sensor3": 148.35, "motor1": 1847.49, "motor2": 146.12, "motor3": 2155.11, "isFail": false}

실시간 처리 파이프라인

1. 데이터 수집: Python Collector가 FMS API에서 10초 간격으로 센서 데이터 수집
2. 메시지 큐잉: Kafka가 수집된 데이터를 안정적으로 버퍼링 (2개 브로커)
3. 스트림 처리: Spark Streaming이 실시간으로 데이터 변환 및 품질 검증
4. 분산 저장: HDFS에 파티션 기반으로 데이터 저장 (장비별, 시간별)
5. 모니터링: Grafana, Prometheus, CloudWatch에서 실시간 시각화 및 알림

🔍 트러블슈팅

일반적인 문제

# EC2 인스턴스 상태 확인
aws ec2 describe-instances --filters "Name=instance-state-name,Values=running"

# Ansible 플레이북 실행 문제
ansible-playbook --syntax-check [playbook.yml]

# 서비스 로그 확인
ssh ec2-user@[instance-ip] 'sudo journalctl -u [service-name]'

# 서비스 재시작
ssh ec2-user@[instance-ip] 'sudo systemctl restart [service-name]'

성능 및 비용 이슈

• 메모리 부족: EC2 인스턴스 타입 업그레이드
• 디스크 공간: 오래된 로그 및 데이터 정리
• 비용 초과: AWS 비용 모니터링 및 알림 설정

옵션 제공

• 프로젝트 진행시 아래 기술을 대신 사용해도 무방합니다.

오픈소스 기술	AWS 관리형 서비스 대체재
Apache Spark	Amazon EMR, AWS Glue
Apache Kafka	Amazon Kinesis Data Streams
Prometheus	Amazon CloudWatch

🚀 향후 발전 방향

Phase 1 - 안정성 강화

• Auto Scaling 그룹 도입
• 장애 복구 자동화
• IAM 권한 세분화

Phase 2 - 성능 최적화

• 처리량 3배 향상 (150 msg/sec)
• 캐싱 레이어 추가
• GPU 가속 연산 도입

Phase 3 - 기능 확장

• AWS Glue ETL 도입
• Athena 쿼리 및 데이터 레이크 구축
• CloudWatch 기반 모니터링 및 알림 강화

📁 프로젝트 구조

bigdataAwsPreLab/
├── 01-pre-lab-introduction/     
├── 02-aws-account-setup/        
├── 03-infra-provisioning/       
├── 04-ansible-automation/       
├── 05-architecture-design/      
├── 06-hadoop-spark-cluster/     
├── 07-kafka-streaming/          
├── 08-data-quality-requirements/
├── 09-spark-data-transformation/
├── 10-integrated-pipeline/      
├── 11-visualization-monitoring/ 
├── 12-cost-optimization-security/
├── 13-advanced-aws-analytics/   
├── 14-project-documentation/    
├── 15-presentation-feedback/    
└── README.md                    

각 폴더는 README.md(이론/설명) + src/(실습코드/스크립트)로 구성됩니다.

🤝 기여 방법

1. 프로젝트 포크
2. 기능 브랜치 생성 (git checkout -b feature/AmazingFeature)
3. 변경사항 커밋 (git commit -m 'Add some AmazingFeature')
4. 브랜치에 푸시 (git push origin feature/AmazingFeature)
5. Pull Request 생성

📄 라이선스

이 프로젝트는 MIT 라이선스 하에 배포됩니다. 자세한 내용은 LICENSE 파일을 참조하세요.

📞 문의 및 지원

• 이슈 트래킹: GitHub Issues 활용
• 기술 문의: 각 장별 README.md의 상세 가이드 참조
• 긴급 지원: 강의 노트의 강사 연락처 확인

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🎯 실습 목표: 이론과 실습을 통해 AWS 기반 빅데이터 실시간 처리 시스템의 완전한 구축 경험을 제공하며, 현업에서 바로 활용할 수 있는 실무 역량을 기릅니다.

Happy Learning! 🚀