[Storage] RAID (Redundant Array of Independent Disks)

기본적인 RAID 아키텍쳐. 여러개 디스크를 한개 디스크처럼 사용.

 보조 기억장치는 HDD, Flash 타입으로 이루어져 있으며 단일 장비의 용량, 성능, 장애의 한계를 극복할 필요성이 생겨 엔지니어들에 의해 RAID 기술이 탄생하였다.

 

여러 개의 디스크를 하나처럼 사용하는 기술로 RAID 타입 0부터 6까지 개발되었으며 혼합형인 1+0, 0+1도 개발되었고 요즘은 Flash 형태로 저장장치 구조가 바뀌어 과거 원판 자기 디스크 형태의 HDD RAID 기술보다는 스토리지 제작사가 별도의 반도체용 RAID 방식을 신규로 만들기도 한다.

 

일반적으로 RAID 기술은 하기와 같은 개발순서로 넘버링이 되어있으며 환경 구성이 가능하다.

 

<표준 RAID>

RAID 0 : Stripe - 데이터 블록이 분산되어 가장 성능이 좋음, 디스크 손상시 데이터 손상.

RAID 1 : Mirror - RAID 0의 구성이 두개가 있고 두 그룹이 복제됨 즉, 원하는 용량의 두배로 필요.

RAID 2 : +1 Hamming Code - 데이터 손상을 방지하기 위해 복구값을 추가하여 전용 디스크 할당. 효율이 낮음

RAID 3 : +1 File Based XOR Parity - RAID2기반으로 XOR Parity 복구값을 파일 단위로 전용 디스크에 복구값 저장

RAID 4 : +1 Block Based Xor Parity - 성능을위해 RAID3구조에서 Parity 단위를 Block(word) 단위로 변경

RAID 5 : +1 Block Based Distributed Parity - Parity 성능을 증가시키기 위해 전용디스크가 아닌 Parity 저장 분산

RAID 6 : +2 Block Based Distributed Parity - RAID5와 구조는 같으나 Parity를 두개씩 생성하여 디스크 2개 장애 대처

 

<Flash 전용 RAID>

RAID-3D (RAID-HA) : Pure Storage 플래시 전용 RAID

K-RAID : Kaminario 플래시 전용 RAID

Helix RAID : Solid Fire Erasure Coding 복제 방식 RAID

XDP : EMC Xtreme IO 2 Parity RAID

VRAID : Violin Memory 메모리 RAID

 

 

 

이 같이 RAID 없이 여러개의 디스크를 한번에 사용하려면 PC에서 드라이브가 몇개나 뜰까?

 

 

 기본적으로 RAID가 필요로하는 이유는 용량과 성능이다. 디스크의 직접도를 높이는 것은 과거 HDD 원판 디스크나 현재 플래시 디스크나 한계가 있는 것은 확실하다. 그래서 디스크를 모아서 가상화된 단일 디스크로 사용하는 아이디어는 생각보다 오래전부터 계획되고 개발되었다. (RAID Patented 1978년)

 

 

 

RAID를 사용하면 여러개의 디스크가 하나처럼 작동된다.

 여러개의 디스크가 단일화되니 좋은 점은 하나의 데이터가 디스크 개수만큼 쪼개져서 처리되어 용량은 물론 속도가 디스크를 추가하는 족족 향상되었다. 그래서 성능과 용량은 RAID 0가 가장 뛰어나다. RAID 0는 단순한 아키텍처지만 높은 효율을 가지고 있었고 개인용 컴퓨터에서도 간혹 사용되기도 한다. 여기서 당면되는 문제는 디스크 하나가 손상되면 원하는 데이터를 불러올 수 없다는 것이다. 결국 배드 섹터, 미디어 열화, 모터 고장, 높은 지연 등 디스크 손상 시 데이터 전체가 위험해진다는 이야기이다.

 

 엔지니어들은 늘 방법을 생각해 내었고 RAID 0 손상 방지를 위해 동일본 복제(RAID1)를 생각해 내었다. 다만 용량이 두배로 필요한 것이 매우 큰 함정이었으니... 결국 데이터당 복구 데이터를 추가로 생성해 디스크 손상에 대한 대안을 찾아내었다. 어쨌거나 사용 가능한 용량과 성능이 떨어지는 것은 어쩔 수 없다. 복구 데이터가 들어갈 공간과 복구 데이터 생성/참조에 연산이 생각보다 많이 들어가기 때문이다. (복구 데이터는 XOR 연산을 통해 생성 및 복구에 참조된다.)

 

RAID 제어를 위해 일반적으로 RAID 컨트롤러 하드웨어를 별도로 장착해서 사용한다. (소프트웨어 기반도 상당히 많음)

 

 

 

 이러한 RAID 기술 덕분에 디스크를 많이 사용하여 성능과 용량, 안정성을 보장하였고 Parity  XOR 연산 기술이 RAID 보호의 표준이 되었다. Parity 작동 원리는 RAID 컨트롤러 별로 다른데 기본적인 방식은 같으니 쉽게 하기 이미지로 설명이 가능하다고 볼 수 있다. (D = Disk, P = Parity)

RAID6급으로 스트라이프된 데이터의 XOR값이 P1, P2에 저장되며 손상될 시 해당 값을 참조한다. 마치 수도쿠 같구먼

● 결론

  1. 디스크의 한계를 이겨내기 위한 RAID 기술은 이미 가정, 기업용 할거 없이 대중화되어있다.

  2. RAID 타입에 따른 특징을 잘 이해하고 구성하는 것이 좋은데 보통 RAID 5, RAID 6가 일반적

  3. 주의할 점은 RAID로 묶을 디스크의 성능과 용량은 모두 같아야 한다.

  4. Flash 타입의 RAID는 다음 시간에 공부하자.