잠깐만! - 레이드의 종류와 기본 개념들 그리고 동적 디스크 [이동 완료]
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이번 포스팅에서는 앞으로 하루 동안 포스팅될 윈도우 7 의 동적 디스크의 기본이 되는 레이드(RAID)에 대한 기초를 다지는 시간을 가지도록 하겠습니다. 왜냐하면 레이드를 알지 못하고는 동적 디스크에 대해 절대 이해할 수 없기 때문이죠. 그럼 시작합니다. ^^
레이드(RAID) 란?
레이드를 아주 간단히 정의하자면 여러 개의 디스크를 하나로 묶어 하나의 디스크처럼 쓰는 것을 말 합니다. 즉, 파티션이 하나의 디스크를 마치 여러 개의 디스크를 사용하는 것과 같이 해 주는 것이라면 레이드는 여러 개의 디스크를 마치 하나의 디스크와 같이 사용할 수 있게 해주는 것이라고 할 수 있겠습니다. 간단하죠?
RAID 는 1987 년 UC 버클리 대학(University of California, Berkeley)의 David A. Patterson, Garth A. Gibson, Randy Katz 세 사람이 이와 관련된 논문을 발표하면서 시작되었습니다. 논문의 기술은 저렴한 디스크들의 중복 배열을 통해 보다 저렴하고 안전하며 신뢰할 수 있는 스토리지를 꾸미는 것에 대한 기술을 담고 있습니다.(하여간 버클리랑 스탠퍼드랑 MIT 놈들은...)
즉, 쉽게 이야기 하자면 1 TB 의 스토리지를 구성하기 위해선 고가의 1 TB 의 디스크를 사용하는 방법 밖에 없었지만 이보다 저렴한(예를 들어 100 GB 디스크) 디스크 여러 개를 묶어 고가의 1 TB 의 디스크를 사용하는 것과 같은 효과를 만들기 위한 기술입니다. 또한 이렇게 함으로써 보다 저렴하게 보다 안전하며 보다 신뢰할 수 있는 스토리지를 구성하는 기술인 것 입니다.
최초의 RAID 는 Level 0~5 까지의 사양으로 구성이 되어 있었습니다. 이 후 1989 년 다시 Level 5 를 강화한 Level 6 이 추가 됩니다. 이렇게 RAID Level 0~6 이 바로 Standard Levels 즉, 표준 RAID 레벨입니다. 이 외의 다른 레벨들은 원래의 RAID 사양에는 없던 녀석들로 필요에 의해 나중에 따로 추가된 것들 입니다.(Level 7, Level53, Level 0+1, Level 1+0)
RAID 에서 사용되는 기술은 크게 스트라이핑(Striping) 의 분산, 미러링(Mirroring) 의 중복, 패리티(Parity) 의 무결성 세 가지로 압축할 수 있습니다.
스트라이핑(Striping)
스트라이핑란 데이터를 여러 개의 디스크에 분산 저장하는 것을 의미합니다. 이러한 분산은 하나의 디스크에 담을 수 없는 용량의 데이터를 여러 개의 디스크에 분산함으로써 보다 큰 용량을 구성하는 RAID 의 핵심이라고 할 수 있습니다. 이러한 스트라이핑 기술은 다시 두 가지로 나누어 집니다.
먼저는 하나의 디스크가 꽉차면 다른 디스크에 이어서 데이터를 기록하는 스팬(Span) 입니다. 이러한 특성으로 인해 분산을 통한 성능의 향상은 전혀 없으며 오직 여러 개의 디스크를 단순하게 하나의 공간으로 묶는 것만을 목적으로 하고 있습니다.
다음으로 좀 더 진보된 방식으로 데이터를 쪼개서 여러 개의 드라이브에 나누어 기록하는 스트라이프(Stripe) 입니다. 이러한 스트라이프는 여러 디스크의 공간을 하나로 묶는 것 외에 디스크를 단순히 하나만 사용할 때 보다 높은 성능을 낼 수 있습니다. 왜냐하면 데이터를 쪼개서 여러 개의 드라이브에 동시에 기록하기 때문에 하나의 디스크에 데이터를 쓰는 동안 다른 디스크에도 동시에 데이터를 쓸 수 있으며 반대로 읽을 때도 동시에 여러 개의 디스크에서 데이터를 읽게 되기 때문에 그 만큼 성능상의 이점이 생기는 것 입니다.
다만 이러한 장점에도 불구하고 스트라이프는 특성상 하나의 디스크에 문제가 생기면 전체 디스크의 모든 데이터를 사용할 수 없게 되는 치명적인 단점이 존재합니다. 이러한 단점을 해결하기 위한 것이 바로 미러링과 패리티 입니다.
미러링(Mirroring)
미러링은 하나의 데이터를 두 개의 디스크에 중복 저장하는 것을 의미합니다. 즉, 완전히 동일한 데이터를 두 디스크에 함께 저장함으로써 데이터의 안정성을 극대화한 방식이라고 할 수 있습니다. 하지만 같은 데이터를 중복 저장하기 때문에 용량 낭비가 굉장히 심하다는 단점이 있습니다.
패리티(Parity)
패리티는 데이터의 무결성을 확인하는 오류 체크 기술로써 만약 데이터에 장애가 발생한다면 저장된 패리티를 통해 데이터를 복구할 수도 있습니다. 이러한 패리티는 데이터와 해당 데이터에 대한 패리티가 함께 저장되며 만약 특정 디스크의 장애로 인해 데이터를 잃어버린 경우 패리티를 통해 잃어버린 데이터를 다시 복구하게 됩니다.
RAID 에서는 스트라이핑 기술과 접목되어 함께 사용되며 패리티의 저장 방식에 따라 RAID 의 Level 이 나누어집니다. 또한 패리티를 생성하고 복구하는 연산 작업을 위해 고가의 RAID 카드에서는 이를 위한 전용 연산 CPU 를 장착하는 것이 보통입니다.(소프트웨어 RAID 에선 해당 작업을 CPU 가 처리하게 됩니다.)
RAID Level 의 특성
레이드에는 위에서 말했던 것과 같이 총 6 개의 표준 레벨이 있습니다. 이번에는 각 레벨의 원리와 특성에 대해서 간략하게 알아보도록 하겠습니다.
RAID 0
패리티를 포함하지 않기 때문에 용량은 전체 디스크 용량의 합 그대로 적용됩니다. 간단하게 공식으로 표현하자면 아래와 같습니다.
Size = n * min(Disk 1, Disk2, Disk3...)
이때 n 은 RAID 0 으로 묶은 디스크의 총 개수를 의미합니다. 만약 100 GB 짜리 디스크와 120 GB 짜리 디스크를 RAID 0 으로 묶을 경우 사용할 수 있는 전체 저장 공간의 용량은 아래와 같습니다.
Size = 2 * min(100 GB, 120GB)
= 2 * 100 GB
= 200 GB
즉, 전체 디스크 중 가장 작은 디스크의 용량 * 전체 디스크의 수가 바로 RAID 0 에서 사용할 수 있는 전체 저장 공간의 용량입니다. (큰 디스크의 남은 용량은 버려집니다.)
데이터를 여러 디스크에 동시에 분산 저장, 활용하기 때문에 단일 디스크 구성보다 더 높은 성능을 낼 수 있는 레벨입니다.(그림 참고) 이 때 데이터를 저장하는데에 분산하기 위한 CPU 의 연산이 필요하므로 성능이 반드시 디스크의 수 만큼 수직 상승하는 것은 아닙니다.
패리티를 포함하지 않고 있기 때문에 디스크 장애에 굉장히 취약합니다. 즉, 하나의 디스크에 문제가 발생할 경우 전체 디스크의 데이터를 전부 못쓰게 됩니다. 이러한 특성으로 인하여 디스크의 개수가 늘어날 수록 성능은 올라가지만 안정성은 반대로 내려가게 됩니다.
하지만 가장 간단하며 단일 디스크를 사용할 때 보다 성능의 향상이 크기 때문에 고성능을 원하는 일반 사용자들에게 가장 사랑받는 레이드 레벨 입니다.
[결론] 고성능을 원하는 파워 유저들에게 사랑받는 레이드 레벨. 패리티를 위해 버리는 용량도 없기 때문에 레이드를 꾸미는데 금전적인 부담도 없습니다. 하지만 디스크 하나 고장나면 !!$^&$^#!$!# 라고 쌍욕이 튀어나올만한 레벨입니다. 일반인이 접할 수 있는 가장 흔한 레벨의 레이드 구성입니다.
RAID 1
하나의 디스크와 동일한 복사본 디스크를 만드는 방식이라고 생각하시면 빠릅니다.
데이터를 디스크 두 개에 중복 저장하는 방식이기 때문에(그림 참고) 사용 가능한 전체 용량은 전체 디스크 용량의 절반 밖에 되지 않습니다. 간단하게 공식으로 표현하자면 아래와 같습니다.
Size = 2 * min(Disk 1, Disk 2) / 2
미러링은 디스크 두 개만으로 구성할 수 있습니다. 만약 100 GB 짜리 디스크와 120 GB 짜리 디스크를 RAID 1 으로 묶는 경우 사용할 수 있는 전체 저장 공간의 용량은 아래와 같습니다.
Size = 2 * min(100 GB, 120 GB) / 2
= 2 * 100 GB / 2
= 100 GB
즉, 두 개의 디스크 공간 중 작은 디스크의 용량이 RAID 1 에서 사용할 수 있는 디스크 용량입니다.(이 때 큰 디스크의 남은 용량은 버려집니다.)
하나의 데이터를 두 개의 디스크에 동시에 저장하기 때문에 하나의 디스크의 데이터에 문제가 생겨도 해당 데이터는 미러링한 다른 데이터에서 취할 수 있으며 이로 인해 높은 안정성을 자랑합니다. 두 개의 디스크의 동일한 데이터가 동시에 맛이 가지 않는 한 데이터는 유지되기 때문에 높은 안정성을 가지고 있습니다. 즉, 하나의 디스크가 완전히 맛이가도 데이터는 안전하며 이 때는 고장난 디스크를 새로운 디스크로 교체해 주면 됩니다. 물론 두 개의 디스크가 동시에 맛이 가면 방법은 없습니다.
하지만 모든 레이드 레벨 중 공간의 낭비가 극심한 방식입니다. 주로 중요한 데이터를 저장하는 용도로써 사용됩니다.
[결론] 성능도 포기하고 용량도 포기하고 오직 데이터 살리는 데에만 중점을 둔 레이드 레벨. 주로 회사의 중요 데이터를 저장하는 용도로 사용됩니다.
RAID 2
비트 레벨의 데이터 해밍 코드(Hamming code) 에러 보정을 지원하는 스트라이프 구성입니다. 레이드의 표준 레벨 중 유일하게 아직 구현되지 않은 레이드 레벨로써 즉, 사용되지 않고 있습니다. 이 외에 더 자세한 정보를 찾으려 해도 찾기가 힘이 드네요. 여러분이 알아서 해석해서 보세요. ㅡ_ㅡ 아래는 위키의 RAID 2 에 대한 설명 원문입니다.
A RAID 2 stripes data at the bit (rather than block) level, and uses a Hamming code for error correction. The disks are synchronized by the controller to spin in perfect tandem. Extremely high data transfer rates are possible. This is the only original level of RAID that is not currently used.
The use of the Hamming(7,4) code (four data bits plus three parity bits) also permits using 7 disks in RAID 2, with 4 being used for data storage and 3 being used for error correction.
RAID 2 is the only standard RAID level, other than some implementations of RAID 6, which can automatically recover accurate data from single-bit corruption in data. Other RAID levels can detect single-bit corruption in data, or can sometimes reconstruct missing data, but cannot reliably resolve contradictions between parity bits and data bits without human intervention.
(Multiple-bit corruption is possible though extremely rare. RAID 2 can detect but not repair double-bit corruption.)
All hard disks soon after implemented an error correction code that also used Hamming code, so RAID 2's error corrrection was now redundant and added unnecessary complexity. Like RAID 3, this level quickly became useless and it is now obsolete. There are no commercial applications of RAID 2.
[결론] 사용되지도 않고 그러니 나도 모르고!
RAID 3
패리티를 저장할 디스크가 필요하기 때문에 최소 3 개 이상의 디스크로 구성할 수 있습니다.(디스크 두 개로는 불가능)
패리티를 포함하고 있기 때문에 용량은 전체 디스크 용량에서 패리티 전용 디스크의 용량을 뺀 만큼이 적용됩니다. 간단하게 공식으로 표현하자면 아래와 같습니다.
Size = (n-1) * min(Disk 1, Disk2, Disk3...)
이때 n 은 RAID 3 으로 묶은 디스크의 총 개수를 의미합니다. 만약 100 GB 짜리 디스크 세 개와 120 GB 짜리 디스크 한 개를 RAID 3 으로 묶을 경우 사용할 수 있는 전체 저장 공간의 용량은 아래와 같습니다.
Size = (4-1) * min(100 GB, 100 GB, 100 GB, 120GB)
= 3 * 100 GB
= 300 GB
즉, 전체 디스크 중 가장 작은 디스크의 용량 * 전체 디스크의 수 - 1 이 바로 RAID 3 에서 사용할 수 있는 전체 저장 공간의 용량입니다. (큰 디스크의 남은 용량은 버려집니다.)
스트라이핑을 통한 성능의 향상은 있지만 데이터의 분산에 이어 패리티를 생성하기 위한 XOR 연산이 추가로 필요합니다. 즉, 보다 복잡한 CPU 의 연산 성능을 필요로 하기 때문에 이로 인한 성능의 하락도 있습니다. 소프트웨어 레이드를 사용하는 경우 메인 CPU 의 성능이 낮을 경우 오히려 성능의 저하가 올 수도 있습니다.(요즘의 듀얼 코어 이상의 CPU 들은 뭐 큰 문제는 없습니다.) 자체적인 XOR 연산 CPU 와 캐시 버퍼로 중무장한 고가의 레이드 카드를 사용하는 경우에는 이러한 부분으로 인한 성능의 하락이 크지 않은 편입니다. 결론을 내려보자면 성능을 위한 레벨은 아니고 미러링과 마찬가지로 데이터의 안전한 보관을 목적으로 하는 레벨입니다.
패리티만을 전용으로 저장하는 디스크를 갖추고 있기 때문에 하나의 디스크에 문제가 생기더라도 새로운 디스크로 교체하면 패리티 연산을 통해 데이터를 복구할 수 있습니다. 다만 동시에 두 개 이상의 디스크에 장애가 발생한 경우에는 데이터를 복구할 수 없게 됩니다. 또한 패리티 디스크 자체가 맛이가는 경우에는 답이 없습니다. 데이터의 오류를 체크할 패리티 자체를 잃어버리기 때문이죠.
RAID 5 에 밀려 잘 사용되지 않는 레벨입니다.
[결론] 스트라이핑을 통한 용량 확장과 패리티를 통한 데이터 복구가 결합된 레벨. 다만 레벨 5 에 밀려 잘 사용되지는 않습니다.
RAID 4
패리티를 저장할 디스크가 필요하기 때문에 최소 3 개 이상의 디스크로 구성할 수 있습니다.(디스크 두 개로는 불가능)
패리티를 포함하고 있기 때문에 용량은 전체 디스크 용량에서 패리티 전용 디스크의 용량을 뺀 만큼이 적용됩니다. 간단하게 공식으로 표현하자면 아래와 같습니다.
Size = (n-1) * min(Disk 1, Disk2, Disk3...)
이때 n 은 RAID 4 로 묶은 디스크의 총 개수를 의미합니다. 만약 100 GB 짜리 디스크 세 개와 120 GB 짜리 디스크 한 개를 RAID 4 로 묶을 경우 사용할 수 있는 전체 저장 공간의 용량은 아래와 같습니다.
Size = (4-1) * min(100 GB, 100 GB, 100 GB, 120GB)
= 3 * 100 GB
= 300 GB
즉, 전체 디스크 중 가장 작은 디스크의 용량 * 전체 디스크의 수 - 1 이 RAID 4 에서 사용할 수 있는 전체 저장 공간의 용량입니다. (큰 디스크의 남은 용량은 버려집니다.)
그 외의 특성은 레벨 3 과 거의 동일합니다. 다만 바이트 단위로 스트라이핑과 패리티의 저장과 체크가 이루어지는 레벨 3 에 비해 레벨 4 는 블럭 단위로 이루어지기 때문에 읽기 속도는 레벨 3 에 비해 높아지지만 쓰기 속도는 레벨 3 에 비해 다소 떨어질 수 있습니다. 이유는? 컨트롤러가 데이터의 완전한 블록을 보내는데 더 오래 걸린답니다.
이러한 레벨 4 는 레벨 5 의 근간이 되는 레벨입니다.
[결론] 레벨 3 과의 차이는 바이트 단위냐 블럭 단위냐 일 뿐...
RAID 5
패리티를 저장할 공간이 필요하기 때문에 최소 3 개 이상의 디스크로 구성할 수 있습니다.(디스크 두 개로는 불가능)
패리티를 포함하고 있기 때문에 용량은 전체 디스크 용량에서 패리티의 용량을 뺀 만큼이 적용됩니다. 간단하게 공식으로 표현하자면 아래와 같습니다.
Size = (n-1) * min(Disk 1, Disk2, Disk3...)
이때 n 은 RAID 5 로 묶은 디스크의 총 개수를 의미합니다. 만약 100 GB 짜리 디스크 세 개와 120 GB 짜리 디스크 한 개를 RAID 5 로 묶을 경우 사용할 수 있는 전체 저장 공간의 용량은 아래와 같습니다.
Size = (4-1) * min(100 GB, 100 GB, 100 GB, 120GB)
= 3 * 100 GB
= 300 GB
즉, 전체 디스크 중 가장 작은 디스크의 용량 * 전체 디스크의 수 - 1 이 RAID 5 에서 사용할 수 있는 전체 저장 공간의 용량입니다. (큰 디스크의 남은 용량은 버려집니다.)
그 외의 특성은 레벨 4 와 동일하며 다만 패리티가 전용 디스크가 아닌 전체 디스크에 모두 분산되어 저장되는 것이 다릅니다. 이로써 레벨 3 과 레벨 4 와 같이 패리티 전용 디스크가 고장나 버려서 모든 패리티 정보를 잃어버리는 것을 방지하고 있습니다. 이로 인해 최초에 정의된 6 개의 표준 레벨 중 가장 복잡한 구성과 연산을 필요로 하는 레벨입니다.
최대 디스크 1 개의 장애까지는 데이터를 복구할 수 있으며 동시에 두 개 이상의 디스크가 장애를 일으킨 경우에는 마찬가지로 답은 없습니다.
하지만 6 개의 표준 레벨 중 비용적인 측면과(공간 낭비) 성능, 안정성 등이 가장 우수하기 때문에 회사나 서버의 데이터를 저장하기 위한 방식으로 가장 많이 사용되는 방식입니다. 어떤 이들은 저장 공간의 용량과 데이터의 안정성을 생각한다면 레벨 5 만이 진정한 레이드라고 말하기도 합니다.
[결론] 모든 레벨 중 저장 공간의 용량과 안정성 등을 두루 갖춘 진정한 레이드 레벨. 그러나 솔직히 레벨 3 부터는 일반적인 가정에서 사용하기엔 다소 무리가 따르는건 사실입니다.
RAID 6
이중의 패리티를 저장할 공간이 필요하기 때문에 최소 4 개 이상의 디스크로 구성할 수 있습니다.(디스크 세 개로는 불가능)
이중의 패리티를 포함하고 있기 때문에 용량은 전체 디스크 용량에서 이중의 패리티의 용량을 뺀 만큼이 적용됩니다. 간단하게 공식으로 표현하자면 아래와 같습니다.
Size = (n-2) * min(Disk 1, Disk2, Disk3...)
이때 n 은 RAID 6 로 묶은 디스크의 총 개수를 의미합니다. 만약 100 GB 짜리 디스크 네 개와 120 GB 짜리 디스크 한 개를 RAID 6 로 묶을 경우 사용할 수 있는 전체 저장 공간의 용량은 아래와 같습니다.
Size = (5-2) * min(100 GB, 100 GB, 100 GB, 100 GB, 120GB)
= 3 * 100 GB
= 300 GB
즉, 전체 디스크 중 가장 작은 디스크의 용량 * 전체 디스크의 수 - 2 가 RAID 6 에서 사용할 수 있는 전체 저장 공간의 용량입니다. (큰 디스크의 남은 용량은 버려집니다.)
나머지 특성은 레벨 5 와 거의 동일하지만 이중으로 패리티를 구성하기 위해 연산 과정이 더욱 복잡하며 이로 인해 성능은 레벨 5 에 비해 다소 떨어질 수 있습니다. 다만 패리티가 이중으로 구성되어 있기 때문에 동시에 두 개의 디스크에서 장애가 발생하더라도 데이터를 복구할 수 있습니다. 단! 세 개 이상의 디스크에서 동시에 장애가 발생한 경우에는 마찬가지로 데이터가 유실되게 됩니다.
레벨 6 은 레벨 5 에 패리티를 하나 더 추가하여 좀 더 안정성을 높인 레벨이라고 생각하시면 됩니다.
[결론] 레벨 5 의 확장판.
이 외의 레이드 레벨에 대해서는 다루지 않습니다.
윈도우 7 의 동적 디스크와 레이드
| 동적 볼륨 | 레이드 레벨 |
|---|---|
| 단순 볼륨 | None |
| 스팬 볼륨 | JBOB |
| 스트라이프 볼륨 | RAID 0 |
| 미러 볼륨 | RAID 1 |
| RAID-5 볼륨 | RAID 5 |
윈도우 7 의 동적 디스크는 이러한 레이드를 고가의 레이드 카드의 지원없이도 윈도우만을 통해서도 구성할 수 있게 해주는 것 입니다. 다만 모든 레이드의 레벨을 지원해 주는 것은 아니고 각각의 동적 볼륨과 그에 맞는 레이드 레벨은 오른쪽과 같습니다.
다만 이 중 RAID-5 볼륨은 윈도우 7 에서는 사용할 수는 없고 오직 서버 운영체제인 윈도우 서버 2008 R2 에서만 지원을 하고 있습니다. 뭐 그래도 알아보긴 해야겠지요. ^^
또한 위의 레이드 레벨에서는 설명을 드리지 않은 것 중에 하나가 JBOB 인데 이는 그저 단순하게 디스크의 용량을 하나로 합치는 것입니다. 즉, 가장 처음에 설명을 드렸던 스트라이핑 기술 중 스팬에 해당한다고 할 수 있습니다.
그럼 레이드에 대해서 모두 알아보았으니 다음 글 부터는 실제로 윈도우 7 을 통해 동적 볼륨을 생성하고 관리하는 것에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
이 글은 여기까지 입니다. ^ㅡ^*
p.s 어제 전혀 예정에 없던 형님의 갑작스러운 시골 방문으로 하루 동안 컴퓨터를 사용하지 못한 결과... 계획에 이런 차질이 생기는군요. 이 글을 좀 더 오래 노출해야 나머지 동적 볼륨의 생성에 대해서 이야기하는게 편해지는데... 흠...
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