5.6. 고급 스토리지 기술

5.6.2.1.1.1. RAID 0

RAID 레벨 0라고 알려진 디스크 설정은 RAID 설정 중 유일하게 아무런 중복성도 제공하지 않습니다. 비록 RAID 0는 신뢰성 측면에서 아무런 혜택을 제공하지 않지만, 기타 다른 혜택이 있습니다.

RAID 0 어레이는 두개 이상의 디스크 드라이브로 구성됩니다. 각 드라이브에서 사용 가능한 스토리지는 여러 드라이버의 원시 블록 용량을 나타내는 여러 부분(chunks)로 나누어집니다. 따라서 이 어레이로 데이터가 기록될때는 각 드라이브마다 청크(chunk) 단위로 분할되어 기록됩니다. chunk는 어레이에 포함된 각 드라이브 상에 줄무늬 모양(stripe)을 형성하는 것으로 생각하시면 됩니다. 따라서 RAID 0을 다른 말로 striping이라고도 부르기도 합니다.

예를 들어 두개 드라이브 어레이가 존재하고 청크 크기가 4KB인 경우 12KB인 자료를 어레이에 기록한다면 다음과 같이 각 드라이브에 4KB 청크 3개에 기록될 것입니다:

• 첫번째 4KB는 첫번째 드라이브에서 첫번째 청크로 기록되어 집니다

• 두번째 4KB는 두번째 드라이브의 첫번째 청크에 기록되어질 것입니다

• 마지막 4KB는 첫번째 드라이브의 두번째 청크에 기록됩니다

단독 디스크 드라이브와 비교하여 RAID 0를 사용시 다음과 같은 장점이 있습니다:

• 보다 큰 용량 — RAID 0는 단독 디스크 드라이브 보다 큰 용량을 갖도록 구성 가능하므로, 보다 큰 데이터 파일도 쉽게 저장할 수 있습니다.

• 보다 향상된 읽기/쓰기 성능 — RAID 0에서 입출력 작업은 어레이에 속한 모든 드라이브에 공평하게 분배됩니다 (모든 입출력 작업이 단독 청크에만 집중되지 않는다고 가정할 경우)

• 공간 낭비가 없음 — 어레이에 속한 모든 드라이브에서 사용 가능한 스토리지 공간이 하나도 낭비되지 않고 모두 자료를 저장하는데 사용됩니다

단독 디스크 드라이브와 비교시 RAID 0에는 다음과 같은 단점이 있습니다:

• 덜 안정적임 — 어레이가 제대로 작동하기 위해서는 RAID 0에 속한 모든 드라이브가 작동해야 합니다; 따라서 만일 N 개의 드라이브로 구성된 RAID 0 어레이에서 한개의 드라이브에 문제가 발생한다면 N 분의 1 분량에 해당하는 모든 자료를 제거해야하므로, 결국 전체 어레이를 사용할 수 없게 됩니다.

	힌트
	여러 다른 RAID 레벨을 기억하는게 힘들다면, RAID 0는 아무런 중복성도 제공하지 않는다는 점만 기억해두십시오.

5.6.2.1.1.2. RAID 1

RAID 1는 두개의 (또는 설정에 따라 두개 이상의) 동일한 디스크 드라이브를 사용합니다. 모든 데이터는 양 드라이브에 기록되므로, 두 드라이브는 서로에 대한 정확한 미러 이미지라 할 수 있습니다. 따라서 RAID 1은 종종 미러링(mirroring)이라고 부릅니다.

RAID 1 어레이에 자료를 기록할때마다, 물리적으로 첫번째 드라이브와 두번째 드라이브에 똑같이 두번 기록되어 집니다. 그러나 자료를 읽어올때는 어레이 중 드라이브 한개만 사용하여 읽어옵니다.

단독 디스크 드라이브와 비교시 RAID 1은 다음과 같은 장점이 있습니다:

• 보다 향상된 중복성 — 어레이에서 한개 드라이브가 정지해도, 다른 드라이브에서 여전히 동일한 데이터를 액세스 가능합니다.

• 보다 향상된 읽기 성능 — 양 드라이브가 모두 제대로 작동중이라면, 두 드라이브에서 공평하게 자료를 읽어올 수 있기 때문에 드라이브 당 입출력 작업 부하가 줄여집니다.

단독 디스크 드라이브와 비교시 RAID 1 어레이는 다음과 같은 단점이 있습니다:

• 최대 어레이 용량은 가장 큰 단독 드라이브 용량에 따라 제한됨.

• 쓰기 성능 감소 — 양 드라이브가 모두 업데이트되어야하기 때문에 양 드라이브에서 모든 쓰기 입출력 작업이 실행되어야 합니다. 따라서 어레이에 데이터를 기록하는 시간이 느려집니다.

• 가격 효율성이 낮음 — 한개 드라이브 전체가 중복성을 위해 사용되므로, RAID 1 어레이를 구성하는데 드는 비용은 단독 드라이브를 사용할때보다 최소한 두배가 듭니다.

	힌트
	RAID 1을 쉽게 이해하시려면 RAID 1은 백퍼센트 중복성을 갖는다는 사실만 우선 기억해두시면 됩니다.

5.6.2.1.1.3. RAID 5

RAID 5는 RAID 0과 RAID 1의 단점을 최소화하면서 장점을 결합하는 방식입니다.

RAID 0와 마찬가지로 RAID 5 어레이는 청크로 구분된 여러 개의 디스크 드라이브로 구성됩니다. 따라서 RAID 5는 어느 단독 드라이브 보다 큰 용량을 갖게됩니다. RAID 5 어레이는 또한 RAID 1 어레이와 마찬가지로 일부 디스크 공간에 동일한 데이터를 중복하여 기록하므로 안정성을 향상시켜 줍니다.

그러나 RAID 5의 작동 방식은 RAID 0나 RAID 1과는 매우 다릅니다.

RAID 5 어레이는 최소한 3개의 동일한 용량의 디스크 드라이브로 구성됩니다. 각 드라이브는 청크로 구분되어 데이터는 순서대로 청크 단위로 기록됩니다. 그러나 RAID 0처럼 모든 청크가 데이터를 기록하는데만 사용되지는 않습니다. 대신 어레이에 n개의 디스크 드라이브가 존재한다면, 매번 n 번째 드라이브는 패리티(parity) 정보를 기록하는데 사용됩니다.

패리티 정보를 포함한 청크 덕분에 어레이에서 한개의 드라이브에 고장이 나더라도 데이터를 복구 가능하게 됩니다. 청크 x에 기록된 패리티는 다른 드라이브에 기록된 각 청크 x의 데이터를 결합하여 산술적으로 계산하여 알아낼 수 있습니다. 만일 청크에 기록된 데이터가 업데이트되면, 그에 상응하는 패리티 청크도 다시 계산되어 업데이트되어야 합니다.

즉 어레이에 자료가 기록될때마다 최소한 두개 드라이브 (데이터를 기록할 드라이브와 패리티 청크를 저장할 드라이브)에 기록되어야 한다는 의미입니다.

한가지 중요한 점은 패리티 정보가 어레이에서 한개 드라이브에만 집중되지 않고, 모든 드라이브에 고루 분산되어 저장된다는 사실입니다. 물론 패리티만 저장하는 전용 드라이브를 설정하는 것도 가능하지만 (실제로 이러한 설정은 RAID 레벨 4라고 알려져 있습니다), 계속적으로 패리티를 업데이트 해야하므로 패리티 전용 드라이브를 사용할 경우 성능 병목 현상이 발생할 가능성이 있습니다. 따라서 패리지 정보를 공평하게 어레이에 고루 분포함으로서 이러한 병목 현상을 줄일 수 있습니다.

그러나 패리티를 전체 어레이에 고루 분산하더라도, 자료를 저장할 수 있는 전체 용량에서 한개의 드라이브에 상당하는 용량은 패리티를 저장하는데 사용됩니다.

단독 드라이브와 비교시 RAID 5는 다음과 같은 장점을 갖습니다:

• 보다 향상된 중복성 — 어레이에서 한개의 드라이브에 고장이 나더라도, 계속적으로 어레이를 사용하면서[2] 동시에 패리티 정보를 사용하여 사라진 데이터 청크를 복구할 수 있습니다.

• 보다 향상된 읽기 성능 — RAID 0와 유사하게 어레이에서 여러 드라이브에 데이터를 구분하여 기록하므로, 읽기 입출력 작업은 모든 드라이브에서 공평하게 분산되어 진행됩니다.

• 비교적 가격 효율성이 높음 — n개의 드라이브로 이루어진 RAID 5 어레이에서는 전체 사용 가능한 스토리지에서 오직 n 분의 1에 해당하는 드라이브만 중복 데이터를 저장하는데 사용됩니다.

단독 드라이브와 비교시 RAID 5 어레이는 다음과 같은 단점이 있습니다:

• 쓰기 성능 감소됨 — 각 쓰기 작업은 최소한 두개의 드라이브 (데이터 쓰기 작업과 패리티 기록 작업)에 두번 수행되므로, 단독 드라이브 보다 쓰기 작업 속도가 느립니다[3]

5.6.2.1.1.4. 중첩(nested) RAID 레벨

지금까지 설명되었듯이 각 RAID 레벨에 따라서 장단점이 있습니다. RAID가 사용된지 얼마지나지 않아 많은 사람들이 여러 다른 RAID 레벨을 복합하여 원래 단점은 없애고 장점만 결합한 새로운 RAID 레벨을 만들어낼 수 있지 않을까 궁리하기 시작하였습니다.RAID

예를 들어 RAID 0에 속한 디스크 드라이브 자체가 실제로 RAID 1 어레이라면 어떻게될까요? 그렇다면 RAID 0의 빠른 속도와 더불어 RAID 1의 안정성을 갖출 수 있지 않을까요?

이 경우는 오직 한가지 예에 불과하며, 이렇듯 여러 다른 RAID 레벨을 복합하여 다음과 같은 중첩 RAID 레벨을 생성 가능합니다:

• RAID 1+0

• RAID 5+0

• RAID 5+1

중첩 RAID는 매우 특수한 환경에서만 사용되기 때문에, 이 장에서는 그리 깊게 설명하지는 않겠습니다. 그러나 중첩 RAID에 대하여 다음과 같은 두가지 사항은 꼭 기억해두시기 바랍니다:

• 순서가 매우 중요 — RAID 레벨이 중첩된 순서에 따라 안정성에 큰 영향을 미칩니다. 즉 RAID 1+0와 RAID 0+1은 절대로 같지 않습니다.

• 비용이 많이 듭니다 — 모든 중첩 RAID의 단점이라 한다면 비용이 비싸다는 점입니다. 예를 들어 RAID 5+1 어레이를 구성하기 위해서는 최소한 6개의 디스크 드라이브가 필요하며 대형 어레이를 구성하기 위해서는 보다 많은 디스크 드라이브가 필요합니다.

지금까지 RAID 기본 개념에 대하여 설명해보았으니, 다음 부분에서는 RAID 구현 방법에 대하여 다루어 보겠습니다.

5.6.2.1.2.1. 하드웨어 RAID

하드웨어 RAID는 보통 특수 디스크 컨트롤러 카드로 구성되며, 이 카드는 모든 RAID 관련 기능을 수행하며, 카드에 연결된 어레이의 개별 드라이브를 직접 제어하는 기능을 합니다. 하드웨어 RAID 카드가 관리하는 어레이는 적절한 드라이버를 사용하여 호스트 운영 체제에서는 마치 일반 디스크 드라이브처럼 나타납니다.

대부분 RAID 컨트롤러 카드는 SCSI 드라이브와 사용됩니다. 물론 ATA 기반 RAID 컨트롤러도 일부 존재하기는 합니다. 일반적으로 하드웨어 RAID 관리 인터페이스는 다음 세가지 중 한가지 방법으로 구성됩니다:

• 호스트 운영 체제에서 응용 프로그램처럼 실행되는 특수 유틸리티 프로그램은 컨트롤러 카드를 관리할 수 있는 소프트웨어 인터페이스를 제공합니다

• 직렬 포트를 사용한 온보드 인터페이스는 터미널 에뮬레이터를 사용하여 액세스 가능합니다

• 시스템 전원 테스팅시에만 액세스 가능한 BIOS와 비슷한 인터페이스

일부 RAID 컨트롤러는 여러 유형의 관리 인터페이스를 제공합니다. 소프트웨어 인터페이스는 운영 체제가 운영되는 동안 관리 작업을 수행하게 해주기 때문에 가장 유연한 인터페이스라고 할 수 있습니다. 그러나 RAID 컨트롤러에서 운영 체제를 부팅하시는 경우 운영 체제가 운영되고 있지 않아도 인터페이스를 사용 가능합니다.

수많은 다양한 RAID 컨트롤러 카드가 판매되고 있으므로, 이 장에서 모든 종류의 컨트롤러 카드에 대하여 설명하기는 불가능합니다. 따라서 가장 좋은 방법은 구입하신 컨트롤러 제조업체에서 제공한 설명서를 참조하여 보다 상세한 정보를 찾아보시기 바랍니다.

5.6.2.1.2.2. 소프트웨어 RAID

소프트웨어 RAID란 특정 운영 체제에서 RAID를 커널이나 드라이버 수준 소프트웨어로 구현한 것을 말하니다. 따라서 보다 다양한 하드웨어를 지원하며, 하드웨어가 운영 체제에서 지원되는 유형이라면 RAID 어레이를 설정하고 구축 가능합니다. 이러한 소프트웨어 RAID의 특성 덕분에 값비싼 특수 RAID 하드웨어와 비교하여 상대적으로 매우 저렴한 가격으로 RAID를 구축 가능합니다.

또한 일부 소프트웨어 RAID 계산하는데 사용되는 CPU 파워는 RAID 컨트롤러 카드의 계산 능력 보다 훨씬 강력합니다. 따라서 일부 소프트웨어 RAID 구현시 하드웨어 RAID를 구현할 때보다 훨씬 향상된 성능을 제공합니다.

그러나 소프트웨어 RAID에는 하드웨어 RAID와 비교하여 몇가지 한계점이 존재합니다. 우선 가장 중요한 점으로 소프트웨어 RAID 어레이에서 부팅 가능 여부를 고려하셔야 합니다. 대부분의 경우 컴퓨터의 BIOS는 RAID를 인식하지 못하기 때문에 오직 RAID 1 어레이만 부팅 가능합니다. RAID 1 어레이의 단독 드라이브는 RAID가 아닌 부트 장치와 다를 바가 없기 때문에, BIOS는 성공적으로 부팅할 수 있습니다; 그 후 운영 체제가 소프트웨어 RAID로 전환하여 운영 가능합니다.