[IT 사용설명서] 스토리지 A to Z 부록 #01 - ‘RAID’(레이드)는 무엇인가요?

[IT 사용설명서] 스토리지 A to Z 부록 #01 - ‘RAID’(레이드)는 무엇인가요?





스토리지 A to Z  부록 #01  -  ‘RAID’(레이드)는 무엇인가요?



   

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답답했던 IT 궁금증! 전문가가 알려드립니다!

   




앞서 내용을 통해 스토리지가 무엇인지 감이 오셨다면이제 직접 셋팅하는 방법에 대해 궁금해하실 겁니다.  그리고 구매 업체에 구성을 어디까지 요청하고 직접 해야 하는 부분은 무엇인지도 고민하게 됩니다. 이번 장은 스토리지 구성의 기본이 되는 디스크 묶기(RAID, 레이드)에 대해 이해하고 위 고민도 해결하는 시간을 갖겠습니다.


디스크를 많이 장착하는 스토리지, 디스크를 묶는(RAID) 기술이 중요하다.


당연하게도 기업의 스토리지가 한 개의 디스크로 구성된 경우는 드뭅니다. 스토리지를 도입하는 목적 자체가 회사 데이터를 한 곳에 집중시키거나 서버의 모자란 용량을 채워주는 역할이기 때문에, 한 개의 디스크만으로 용량, 안정성, 성능이 부족할 수밖에 없습니다그래서 회사에서는 적어도 두 개 이상의 디스크를 사용한 스토리지를 도입하게 됩니다.



[1] 디스크 선택


일반적인 중소기업에서 많이 사용되는 스토리지 디스크(HDD, SSD)는 일반 PC에서 사용하는 디스크와 구조상 차이가 거의 없습니다내구성이 일반 PC용보다 좀 더 좋고스토리지 호환이 높다는 정도입니다현재는 디스크의 뒷면 커넥터(전송 규격)에 따라 네 가지 정도로 나뉘는데이는 장착하는 장비의 메인보드나 컨트롤러에서 해당 규격을 지원해야 합니다간단하게 정리해보면 다음과 같습니다.


  • 1.SATA – Serial ATA의 약자직렬 ATA 방식으로일반 PC에서 가장 많이 쓰이는 규격입니다.


SATA 규격 디스크, 2.5인치 SATA 3.0 HDD


  • 2.SAS – 엔터프라이즈 제품군이나서버에서 가장 많이 사용하는 규격입니다속도가 빠르고 (SAS3 기준 SATA3의 두 배) Fail Over 기능을 지원합니다.

SAS 규격 디스크, 대규모 스토리지 트레이에 장착된 모습


  • 3.PCI-E – PCI-E(Express)는 보통 우리가 아는 그래픽 카드를 꽂을 때 많이 사용하는데, SSD가 발전함에 따라 PCI-e에 꽂을 수 있는 저장장치입니다보통 PCI-E 3.0x4를 사용하며엄청 빠른 속도가 특징입니다.



PCI-E 규격 대용량 SSD 모습


  • 4.M.2 – SSD의 수요 증가와 발전으로 기판 형태의 고성능 규격이 만들어지면서 저장장치의 소형화를 촉진했습니다. PC, 노트북에서도 많이 사용되지만 서버나 스토리지의 캐시 영역으로도 많이 사용됩니다.

M.2 SSD, PCIe NVMe 3.0 x4 규격




[2] 디스크 묶기, 'RAID' 이해


스토리지에 들어가는 디스크들은 일반 윈도 PC에서 보듯이 1번 디스크가 드라이브, 2번 디스크가 D 드라이브와 같은 방식으로 구성되는 경우가 거의 없습니다물론 단일디스크 구성으로 디스크 한 개당 단일 볼륨을 생성할 수도 있겠지만그렇게 사용한다면 스토리지를 도입하는 것보다 PC에 디스크 한 개를 추가하여 그곳에 저장하는 것이 더 편하고간단합니다그럼스토리지는 그 많은 디스크를 어떻게 쓰는 걸까요?


여러 스토리지 업체들의 방식이 다 다르기는 하겠지만가장 많이 쓰이는 방식은 레이드 (RAID / Redundant Array of Independent Disks) 기술을 통한 여러 개의 디스크를 하나의 볼륨으로 만들어 큰 용량의 볼륨을 사용할 수 있게 만드는 방법이 가장 많이 쓰이고 있습니다또한여러 개의 디스크에 파일들을 분산하여 저장하는 (실제 '비트'나 '블록' 수준의 데이터 단위로 각 디스크에 나누어서 저장방식을 통하여 속도 향상을 노리며디스크가 장애가 발생하면 새 디스크 교체를 통해 데이터 복원 능력도 갖추고 있습니다.

RAID는 버전에 따라 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 01, 50, 60으로 나뉘게 됩니다여기서는업체들이 가장 많이 쓰이는 0, 1, 5, 6, 10, 01에 대해서 간단하게 설명하겠습니다쉐어드아이티에서도 한 번씩 다뤄졌었던 주제라 여기에서는 짧게 특징만 설명하도록 하겠습니다.



  • 1.RAID 0 (스트라이핑– 데이터를 스토리지에 저장할 때 디스크 개수만큼 쪼갠 후, 각 디스크에 한 조각씩 저장하는 방식입니다구성에 필요한 최소 디스크 개수는 2개입니다.

- 장점 병렬로 쪼개서 저장하는 방식이기 때문에 디스크 개수만큼 속도가 증가하며디스크 2개 이상부터 스토리지가 지원하는 디스크 개수까지 한 볼륨으로 구성이 가능합니다.
- 단점 복구에 대한 그 어떤 정보도 없기 때문에, RAID로 묶인 디스크 중에 단 하나라도 고장이 나면 모든 데이터를 잃어버립니다장애가 생겼을 경우에 아무 대비도 못 하는 가장 최악의 RAID 버전이지만현존하는 RAID 중 가장 속도가 빠른 버전입니다.

RAID 0 스트라이핑, 속도가 빠르지만 안정성이 낮은 구조


  • 2.RAID 1 (미러링) – 데이터를 스토리지에 저장할 때 양쪽의 디스크에 동일하게 저장합니다, 2개의 디스크가 동일한 데이터를 가지게 됩니다구성에 필요한 디스크 개수는 2개입니다.

장점 장애 복구 시 가장 편리하고 간단한 복구를 자랑합니다. 1개가 망가지면 다른 1개가 데이터를 그대로 가지고 있기 때문이지요.
단점 RAID 1은 디스크 2개로만 구성이 가능합니다만약 10개의 디스크가 있다면, 5개의 RAID 1 볼륨을 구성할 수 있습니다.

RAID 1 미러링, 용량과 성능이 떨어지지만 안전한 구조


  • 3.RAID 5 – 데이터 이외에 XOR 연산을 통한 패리티를 1개씩 추가로 저장함으로써 디스크 1개가 망가져 쓸 수 없게 된 경우 이 패리티 정보를 이용하여 역산하여 복구하는 방식입니다구성에 필요한 최소 디스크 개수는 3개입니다.

장점 변종 버전 (10, 01, 50 )을 제외한 버전 중에서 RAID 0 다음으로 속도가 빠르며원하는 만큼 디스크 개수를 증가시킬 수 있습니다.
단점 디스크 개수 상관없이 RAID 5로 구성하면 디스크 한 개 페일(고장)까지 데이터 보호가 이루어지며, 두 개 이상 디스크에서 오류가 발생하면 모든 데이터 손실 발생합니다.

RAID 5  구조, 디스크를 복구 할 수 있는 패리티 영역이 디스크 1개 분량


  • 4.RAID 6 – RAID 5의 업그레이드 버전입니다패리티를 두 개씩 생성하여 각 디스크에 저장하고디스크 2개의 장애가 발생하여도 데이터 보호를 할 수 있습니다구성에 필요한 최소 디스크 개수는 3개입니다.

장점 가장 높은 보호 레벨을 자랑합니다디스크 수가 많을 때 더욱 빛을 발휘합니다.
단점 디스크 4개로 RAID 6를 구성하면가용한 용량이 디스크 2개 용량밖에 되지 않습니다예를 들어, 4TB 디스크 4개를 RAID 6로 구성하면 이론적으로 8TB의 용량만 사용하실 수 있습니다또한속도가 RAID 1 다음으로 느립니다이는패리티 2개를 생성하는 프로세스가 주원인입니다.

RAID 6  구조, 패리티가 디스크 2개 분량


  • 5.RAID 10(01)  이것은 RAID 1과 0의 장점을 최대한 살려 구성하는 이중 RAID 방식입니다. RAID 10은 두 개의 하드디스크를 RAID 1로 묶은 뒤 그것을 모아서 RAID 0으로 한 번 더 묶어주는 방식입니다. 01은 반대로 RAID 0으로 먼저 묶은 뒤 RAID 0을 RAID 1로 묶어주는 방식입니다.

장점 RAID 0가 포함되어 있기 때문에 속도가 빠릅니다인접한 디스크의 장애가 아니라면 (예를 들어 10개의 하드디스크를 RAID 10/01로 구성할 경우 1, 2번 디스크가 장애 거나 3, 4 디스크가 망가지는 등의 오류최대 디스크 개수의 반 정도가 망가져도 데이터가 살아날 가능성이 있습니다.
단점 인접한 디스크 2개가 망가지면 모든 데이터를 잃습니다또한 전체 디스크 용량의 50%만 가용하여 쓸 수 있습니다.

RAID 10  구조, 미러링 구성 후 스트라핑으로 묶는 형태


이렇게 가장 많이 쓰는 RAID를 모아 보았습니다. RAID 별 비교는 다음 표를 보시면 확인하실 수 있습니다.


RAID 0

RAID 1

RAID 5

RAID 6

RAID 10 / 01

사용가능 용량

(전체 디스크 구성 대비)

100%

50%

전체 크기에서

디스크 1개 제외

전체 크기에서

디스크 2개 제외

50%

최소 필요 디스크 개수

2

2

3

4

4

최대 필요 디스크 개수

제한 없음

2

제한 없음

제한 없음

제한 없음

디스크 장애 보장 개수

0

1

1

2

1~50%





[3] JBOD


JBOD Just a Bunch of Disks (Drives)의 약자이며, JBOD도 RAID와 같이 여러 개의 디스크를 하나로 묶는 방식이긴 하나 RAID와는 구조가 다르기 때문에 Non-RAID라고도 불립니다. JBOD 구성의 가장 큰 특징은데이터를 각 디스크에 나눠서 한 번에 저장하는 것이 아니라, 1개의 디스크의 용량을 모두 사용하면 다음 디스크에 저장하는 순차적 저장 방식입니다중저가 NAS SAN에서는 JBOD 방식은 잘 사용하지 않고스토리지 내의 가용한 디스크 수(베이)를 초과하여 구성하고자 할 때스토리지 회사에서 공급되는 확장 장비를 스토리지 본체와 연결할 때 JBOD 방식을 많이 사용합니다.

JBOD 구성도, 디스크에 순차적으로 저장




[4] 최근 기술 - Erasure Coding


Erasure Coding이라는 디스크 구성 방식은 최근 엔터프라이즈급에서 자주 나오는 구성 방식입니다. RAID는 장애허용 디스크 개수가 규약에 의해 정해져 있지만, Erasure Coding “데이터 블록 N+장애복구용 연산 결과 K”라는 방식을 통해 제조사마다 정해서 서비스할 수 있습니다보통 중저가형 스토리지에서 사용하는 방식은 아니며장애복구를 위해 데이터를 통째로 복구해 놓는 클라우드용 스토리지 (: AZURE) CEPH 같은 엔터프라이즈급 솔루션에 도입하는 방식입니다기존 방식보다 공간 효율이 높으며자체적으로 Self Healing(디스크 장애 발생 시 각 패리티 비트 및 데이터를 조합해 각 디스크에 분산 저장하여 자동 복구하는 방식같은 기능을 구현하기에 최적화되어 있습니다. Erasure Coding은 연산 방식에 따라 여러 가지 종류가 있는데업체에서 가장 많이 사용하는 방식은 Reed-Solomon 방식입니다.

Erasure Coding, 이레이저 코딩



이렇게 스토리지의 디스크 구조 방식에 대해 알아보았습니다다음 편에는 스토리지와 밀접한 네트워크에 대해 간단히 짚어보겠습니다.



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벨아이앤에스 IT 전문가 그룹


십여 년간 다양한 스토리지 브랜드에 대해 총판 엔지니어팀을 운영하며,

방대한 메인터넌스 경력과 기술교육 경험을 갖춘 스토리지 전문가입니다.

9개의 댓글이 있습니다.

3달 전

잘 정리 되어있네요.

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3달 전

좋은정보 잘 보았습니다. 감사합니다.

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3달 전

좋은 자료 입니다

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3달 전

RAID는 대학교 시험문제로 나오는거였었는데
이거 그대로 공부하면 100점일듯요.

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3달 전

disk 및 Raid에 대해 상세 설명을 해주셨네요
한번 더 참고 할께요

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3달 전

알기 쉽게 정리가 잘 되어 있어서 좋습니다.
잘 봤습니다.

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3달 전

잘 정리되어있어 보기 좋았습니다~

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3달 전

기초 학습에 아주 좋은 내용입니다. ^^

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3달 전

좋은 정보 감사드립니다~

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