Kubernetes 환경 구성 (5) - PostgreSQL + PostGIS + pgRouting 구성

1. 문제 배경

• NaviSafe 프로젝트에서는 도로 링크와 노드 데이터를 기반으로 위치 정보 처리와 경로 탐색 기능이 필요했다.
• 기존 MySQL 중심 구조에서는 데이터 저장은 가능했지만, 좌표 기반 연산이나 최단 경로 계산과 같은 기능을 처리하기에는 한계가 있었다.
• 따라서 PostgreSQL 기반 환경을 별도로 구성하고, PostGIS와 pgRouting 확장을 통해 공간 연산과 경로 탐색이 가능한 구조로 전환했다.

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2. 목표

• Kubernetes 환경에서 PostgreSQL 실행
• PostGIS, pgRouting 확장 구성
• 도로 노드 / 링크 / 회전 데이터 적재
• 경로 탐색이 가능한 데이터 구조 준비

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3. PostGIS와 pgRouting이란 무엇인가

3-1) PostGIS

PostGIS는 PostgreSQL에서 좌표 기반 데이터를 처리하기 위한 확장 모듈이다.

• Point, Line, Polygon 저장
• 거리 계산
• 영역 포함 여부 판단
• 공간 인덱스 기반 검색

즉, 위치 기반 데이터 처리가 가능해진다.

3-2) pgRouting

pgRouting은 PostGIS 데이터를 기반으로 경로 탐색 알고리즘을 제공하는 확장 모듈이다.

• 최단 경로 (A*)
• 네트워크 기반 경로 계산
• 다중 경로 탐색

도로 네트워크 데이터를 활용한 실제 경로 계산이 가능하다.

3-3) 왜 필요한가

이번 프로젝트에서는

• 위치 계산 → PostGIS
• 경로 탐색 → pgRouting

이 필요했기 때문에 PostgreSQL을 확장해 공간 데이터 처리 + 경로 계산이 가능한 구조로 구성했다.

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4. PostgreSQL + PostGIS + pgRouting 환경 구성

FROM postgis/postgis:15-3.4

RUN apt-get update && \
    apt-get install -y \
    postgresql-15-pgrouting \
    postgis \
    postgresql-15-postgis-3

 

이 이미지를 Kubernetes에 배포해 공간 데이터 처리 환경을 구성했다.

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5. Kubernetes 배포 구조

PostgreSQL은 상태 저장 서비스이기 때문에 StatefulSet으로 구성했다.

PostgreSQL Kubernetes 구성 요소 실행 순서

PostgreSQL은 상태 저장 서비스이기 때문에 리소스를 순서대로 생성해야 정상적으로 동작한다.

환경 준비 (Secret)
→ 저장소 준비 (PVC)
→ 네트워크 준비 (Service)
→ DB 실행 (StatefulSet)

5-1) Secret 생성 (환경변수 준비)

DB 계정 정보는 Secret으로 먼저 만든다.

kubectl apply -f postgres-secret.yaml

확인

kubectl get secret

5-2) PVC 생성 (데이터 저장 공간 확보)

데이터를 저장할 PersistentVolumeClaim을 생성한다.

kubectl apply -f postgres-pvc.yaml

확인

kubectl get pvc

5-3) Service 생성 (접근 경로 생성)

PostgreSQL에 접근할 수 있는 내부 주소를 생성한다.

kubectl apply -f postgres-service.yaml

확인

kubectl get svc

5-4) StatefulSet 생성 (DB 실행)

마지막으로 PostgreSQL Pod를 생성한다.

kubectl apply -f postgres-statefulset.yaml

확인

kubectl get pods

Pod가 재시작되더라도 데이터가 유지되도록 구성했다.

PostgreSQL StatefulSet은 Secret, PVC, Service가 먼저 준비된 상태에서 실행해야 정상적으로 동작한다.

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6. 공간 데이터 파일 준비

ITS 국가교통정보센터

해당 사이트에서 최신 자료를 다운로드 한 후 아래와 같이 Navisafe 폴더에 위치 시킨다.

반드시 dbf, shp, shx 파일 모두 위치 시킨다. 하나라도 누락되면 정상적으로 적재되지 않는다.

postgresql 컨테이너로 해당 폴더를 복사

kubectl cp ../shp_data/. navisafe-postgres-0:/tmp

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7. shapefile → PostgreSQL 적재

실행 위치: PostgreSQL Pod 내부 bash

kubectl exec -it navisafe-postgres-0 -- bash

PostgreSQL Pod 내부 bash에 접속하여 아래 순서대로 적재를 실행한다.

# 노드
shp2pgsql -I -s 5186:4326 -W CP949 /tmp/MOCT_NODE.shp node | psql -U navisafe -d navigation

# 링크
shp2pgsql -I -s 5186:4326 -W CP949 /tmp/MOCT_LINK.shp link | psql -U navisafe -d navigation

# 회전정보
shp2pgsql -I -s 5186:4326 /tmp/TURNINFO.dbf turninfo | psql -U navisafe -d navigation

자동 생성

• 테이블
• geometry 컬럼
• spatial index

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8. 데이터 적재 확인

PostgreSQL 접속

kubectl exec -it navisafe-postgres-0 -- psql -U navisafe -d navigation

8-1)전체 테이블 목록 확인

\dt

link, node, turninfo 테이블이 정상적으로 적재된 것을 확인할 수 있다.

8-2)  해당 테이블 row수 확인

SELECT COUNT(*) FROM node;
SELECT COUNT(*) FROM link;
SELECT COUNT(*) FROM turninfo;

link, node, turninfo 테이블이 정상적으로 적재된 것을 확인할 수 있다.

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9. SQL 파일 복사 및 실행

9-1) SQL 파일 복사

데이터 적재 이후 구조를 구성하기 위한 SQL 스크립트는 SQL 폴더에 분리했다.

SQL/
├── create_edge_base.sql
├── create_indexes.sql
├── create_user_grants.sql
├── extensions.sql

postgresql 컨테이너로 해당 폴더를 복사

kubectl cp ../SQL/. navisafe-postgres-0:/sql

9-2) SQL 실행

실행 위치: PostgreSQL Pod 내부 bash

kubectl exec -it navisafe-postgres-0 -- bash

PostgreSQL Pod 내부 bash에 접속하여 아래 순서대로 sql 스크립트를 실행한다.

psql -U navisafe -d navigation -f /sql/extensions.sql
psql -U navisafe -d navigation -f /sql/create_edge_base.sql
psql -U navisafe -d navigation -f /sql/create_indexes.sql
psql -U navisafe -d navigation -f /sql/create_user_grants.sql

실행 순서

shapefile 적재
→ 확장 생성
→ 구조 생성
→ 인덱스 생성
→ 권한 설정

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10. 확장 확인

PostgreSQL 접속

kubectl exec -it navisafe-postgres-0 -- psql -U navisafe -d navigation

확장 설치 확인

SELECT PostGIS_Version();
SELECT pgr_version();

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11. PostgreSQL 실행 안정화 설정

데이터 적재 중 PostgreSQL이 종료되는 문제가 발생했다.

로그:

• parallel worker exited
• LLVM 관련 오류

PostgreSQL 접속

kubectl exec -it navisafe-postgres-0 -- psql -U navisafe -d navigation

설정 적용

ALTER SYSTEM SET jit = off;
ALTER SYSTEM SET max_parallel_workers_per_gather = 0;
SELECT pg_reload_conf();

적용 결과

• DB 종료 문제 해결
• 대용량 데이터 처리 안정화

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12. 핵심 포인트

이번 작업은 단순 DB 구축이 아니라 공간 데이터 처리 환경을 구성하는 과정이었다.

• PostGIS → 공간 연산
• pgRouting → 경로 탐색
• shapefile → DB 직접 적재

또한 실행 위치와 순서가 중요했다.

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13. 서비스 접속을 위한 포트 포워딩

Kubernetes 환경에서 실행 중인 서비스는 기본적으로 클러스터 내부에서만 접근할 수 있기 때문에, 로컬 환경에서 확인하기 위해 포트 포워딩을 사용했다.

13-1) Backend 포트 포워딩

kubectl port-forward svc/backend 30080:8080

• 로컬 localhost:30080 → Kubernetes backend 서비스로 연결

13-2) Frontend 포트 포워딩

kubectl port-forward svc/frontend 5173:5173

• 로컬 localhost:5173 → frontend 서비스로 연결

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최종 결과 및 검증

• Kubernetes 환경에서 PostgreSQL, PostGIS, pgRouting을 구성하고 공간 데이터 적재 및 경로 탐색 구조까지 준비한 이후, 프론트엔드와 백엔드를 포트 포워딩을 통해 연결해 실제 동작을 확인했다.
• 프론트엔드(localhost:5173)에서 출발지와 도착지를 입력하면 백엔드 API를 통해 경로 탐색 요청이 전달되고,
  pgRouting을 기반으로 계산된 결과가 반환되는 구조로 동작한다.
• 네트워크 요청을 확인해보면 백엔드(localhost:8080)로 요청이 전달되고 정상적으로 응답이 반환되는 것을 확인할 수 있다.
• 또한 지도 화면에서 실제 경로가 표시되고, 총 이동 거리(예: 26.51km)가 함께 계산되어 출력되는 것을 통해 다음 흐름이 정상적으로 연결된 것을 확인했다.

Frontend → Backend API → PostgreSQL (pgRouting) → 결과 반환 → 지도 렌더링