[Infra] Nginx는 왜 가볍고 빠른가? 구조와 실무 설계 패턴 7가지

웹 서비스를 구축할 때 가장 먼저 고려하게 되는 소프트웨어 중 하나가 바로 Nginx다. 가볍고 강력한 성능 덕분에 토이 프로젝트부터 대규모 엔터프라이즈 환경까지 폭넓게 활용되는 Nginx의 동작 원리와 주요 설계 방식을 정리한다.

1. Nginx의 핵심: Event-Driven 아키텍처

Nginx가 Apache와 같은 기존 웹 서버와 차별화되는 지점은 요청을 처리하는 방식에 있다.

• 비동기 이벤트 루프: 새로운 요청이 올 때마다 프로세스나 스레드를 생성하지 않는다. 적은 수의 고정된 프로세스만 유지하며, 요청을 '이벤트'로 취급해 비동기로 처리한다.
• 낮은 오버헤드: 프로세스 생성 비용이 들지 않고 컨텍스트 스위칭(Context Switching)에 따른 자원 낭비가 적다. 이 덕분에 단일 서버에서도 수만 개의 동시 연결을 안정적으로 처리한다.
• Apache와의 차이: Apache는 클라이언트 요청마다 스레드를 할당하는 방식이라 접속자가 늘어나면 메모리 부하가 급증한다. 반면 Nginx는 미리 만들어둔 워커 프로세스가 쉴 새 없이 이벤트를 처리하며 효율을 극대화한다.

2. 프로세스 구조와 제어

Nginx는 관리용 마스터 프로세스(Master Process)와 실제 업무용 워커 프로세스(Worker Process)로 구성된 다중 프로세스 모델을 따른다.

• Master Process: 설정 파일을 읽고 검증하며, 워커 프로세스를 생성하고 관리한다. 시스템의 전체적인 생명 주기를 담당하는 사령탑이다.
• Worker Process: 실제 클라이언트 요청을 처리하는 주체다. 보통 CPU 코어 개수만큼 생성하여 하드웨어 자원을 최대한 활용한다.
• nginx.conf: Nginx의 모든 동작은 이 설정 파일에 의해 제어된다. 가상 호스트부터 리버스 프록시, 보안 설정까지 이곳에서 정의한다.

3. 실무에서 활용하는 7가지 설계 패턴

Nginx는 단순한 웹 서버를 넘어 인프라의 다목적 도구로 쓰인다. 환경에 따라 다음 기능들을 취사선택하여 구성할 수 있다.

설계 패턴	핵심 역할 및 기대 효과
Reverse Proxy	백엔드 서버 앞단에서 요청을 대신 받아 전달하며 서버의 정체를 숨기고 보안을 강화한다.
Load Balancer	여러 대의 백엔드 서버로 트래픽을 분산시켜 가용성과 서비스 안정성을 높인다.
Web Server	HTML, 이미지, JS 등 정적 콘텐츠를 매우 빠른 속도로 클라이언트에 직접 서빙한다.
SSL Termination	서버 앞단에서 복잡한 암호화/복호화 과정을 전담하여 백엔드 서버의 연산 부담을 줄인다.
Caching	자주 요청되는 응답을 미리 저장해 두었다가 즉시 반환하여 응답 속도를 개선한다.
Web Firewall	악의적인 공격 트래픽을 필터링하고 보안 정책을 적용하여 내부 시스템을 보호한다.
Docker Proxy	컨테이너 환경에서 서비스 간 라우팅을 관리하고 외부 진입점 역할을 수행한다.

4. 결론

Nginx를 단순히 '정적 파일을 보여주는 서버'로만 생각하면 그 잠재력을 절반도 못 쓰는 셈이다. 특히 현대의 MSA 환경에서는 각 마이크로서비스로 가는 관문인 API Gateway나 Ingress Controller의 기반 기술로 Nginx가 가장 많이 선택된다. 처음 시작할 때는 Reverse Proxy 설정부터 익히고, 점차 Caching이나 Load Balancing으로 영역을 넓혀가는 전략이 효과적이다.