RAID 정의/개념

RAID(Redundant Array of Inexpensive/Independent Disks)란?

RAID는 여러 개의 하드디스크를 하나의 하드디스크처럼 사용하는 방식이다. 4TB의 하드디스크가 필요한데 2TB 하드디스크가 2개라면, 직접 각 하드디스크에 파일을 잘 분배해야한다. 무척 번거롭다!! 이럴 때 필요한 것이 RAID! RAID로 2TB 하드디스크 2개를 하나의 4TB 하드디스크처럼 사용할 수 있다.

 RAID의 종류는 하드웨어 RAID와 소프트웨어 RAID로 나눌 수 있다.

• 하드웨어 RAID 

 하드웨어 제조업체에서 여러 개의 하드디스크를 연결한 장비를 만들어서 그 자체를 공급하는 것. 하드웨어 RAID는 좀 더 안정적이고 각 제조업체에서 기술지원을 받을 수 있어 많이 선호하는 방법이다. 하지만 안정적이고 성능이 좋은 제품은 상당히 고가다. 

• 소프트웨어 RAID

 고가 하드웨어 RAID의 대안으로, 하드디스크만 여러개 있으면 운영체제에서 지원하는 방식으로 RAID를 구성하는 방법이다. 하드웨어 RAID보다는 신뢰성이나 속도 등이 떨어질 수 있지만, 아주 저렴한 비용으로 데이터를 저장할 수 있다는 게 장점이다.

RAID 레벨

RAID는 구성방식에 따라 Linear RAID, RAID 0~5로 분류할 수 있다. 실무에서 주로 사용되는 방식은 Linear RAID, RAID 0, 1, 5, 6, 1+0 등이다. 실제로 많이 사용하는 구성방식 위주로 살펴보자.

Linear RAID와 RAID 0

• Linear RAID

2개 이상의 하드디스크를 1개의 볼륨으로 사용한다. 파일이 저장되는 방식은 앞 하드디스크에 데이터가 완전히 저장된 후, 다름 하드디스크에 데이터를 저장한다. 

• RAID 0

 Linear RAID처럼 2개 이상의 하드디스크를 1개의 볼륨으로 사용한다. 다른 점은 RAID 0방식은 모든 하드디스크를 동시에 사용한다. "여기는박튤립의블로그"라는 데이터가 저장될 때 아래 그림과 같은 방식으로 저장한다. 

위 그림에서 RAID 0는 1번째, 2번째, 3번째 하드디스크에 동시에 저장된다. 글자 1개당 저장되는 시간이 1초라면 Linear RAID는 10초, RAID는 약 3초가 소요된다. 이렇게 여러 개의 하드디스크에 동시에 저장되는 방식을 '스트라이핑(stripping)방식'이라고 부른다.

• 장/단점

	Linear RAID	RAID 0
장점	각 하드디스크 용량이 달라도 공간효율성이 100%	RAID 방식 중 성능이 가장 뛰어남
단점	RAID 0에 비해 시간 효율이 떨어짐	하드디스크 하나가 고장 날 경우 모든 데이터를 잃어버림

공간효율성을 생각해보자. 1GB인 하드디스크를 3개 사용한다고 할 때, Linear RAID와 RAID 0은 모두 3GB를 사용할 수 있다. 이번엔 1GB와 100GB의 하드디스크를 사용할 때를 생각해보자. Linear는 첫 번째 하드디스크부터 순차적으로 데이터를 저장해서 총 101GB의 용량(100%)을 사용할 수 있다. 하지만 RAID 0는 언제나 데이터를 나눠서 각 하드디스크에 동시에 저장하므로 총 1GB(가장 작은 용량의 하드디스크)의 용량(1%)을 사용할 수 있다.

또한, RAID 0는 각 하드디스크에 나눠 저장하기 때문에, 하나가 고장날 경우 모든 데이터를 잃어버린다. 위 그림을 예로들어서, 두 번째 하드디스크가 고장났을 때 데이터는 "여X는X튤립X블로X" 가 된다. 그러므로 RAID 0에는 빠른 성능을 요구하되, 데이터를 전부 잃어버려도 괜찮은 자료를 저장하는 데 적절하다.

RAID 1

RAID 1 방식의 핵심은 '미러링(mirroring)'. 똑같은 데이터의 거울을 만드는 것이다. 

예를 들어 2개의 하드디스크로 RAID 1을 구성하고 "여기는박튤립의블로그"를 저장하면 위 그림과 같다. 한 글자당 1Byte라고 가정해서 "여기는박튤립의블로그"는 10Byte가 된 것이다. 그런데 10Byte를 저장하기 위해 결국 총 20Byte를 소요했다. 즉, 총 하드디스크의 용량의 절반만 사용할 수 있는 것이다.

	RAID 1
장점	하드디스크 하나가 고장나도 데이터 손상 X = 결함 허용제공
단점	실제 계힉하는 것보다 2배 큰 저장공간 필요 (공간효율 50%) = 공간효율성 떨어짐

RAID 1방식은 하드디스크가 고장나도 없어져서는 알될 중요한 데이터를 저장할 때 사용한다. 즉, 비용이 많이 들더라고 중요도가 높은 데이터를 저장할 때.

저장속도는 똑같은 데이터를 2번 저장한다고 해도 동시에 일어나기때문에 빠르지도, 느리지도 않다.(Linear RAID와 같음)

RAID 5

RAID 1처럼 데이터의 안정성이 보장되며 RAID 0처럼 공간효율성도 좋은 방식이 RAID 5다. RAID 5는 최소 3개 이상의 하드디스크가 있어야만 구성 가능하며 대개 5개 이상으로 구성한다. 하드디스크에 오류가 발생하면 패리티를 이용해서 데이터를 복구할 수 있다. 예를 들어보자!

000 111 010 011 이라는 12비트 데이터를 4개의 하드디스크로 구성된 RAID 5에 저장해보자.

위 그림처럼 화살표 방향으로 저장되며 데이터가 채워질 것이다. 점선 네모로  표시된 것이 패리티 데이터다. 각 행에 하나씩 패리티 데이터를 사용한다.

패리티에는 1의 개수에 따라 짝수 패리티와 홀수 패리티로 나뉘어 진다. 짝수 패리티일 때는 1의 개수가 짝수개가 되어야하는데 이것의 예를 들어보자. "111□" 라는 데이터가 있고 □는 패리티 데이터를 의미한다. 현재 1이 홀수개이므로 패리티 데이터인 □에 1을 입력해야 1이 짝수개가 된다. 결국 "1111"이라는 데이터가 하드디스크에 저장되는 것이다. 그런데 어느날 데이터 "1111"에 오류가 발생해서 "1011"이 되었다고 생각해보자. 짝수패리티를 사용하고 있으므로 1이 짝수개가 되어야하는데 현재 3개인 홀수개다. 때문에, 우리는 데이터에 오류가 발생했음을 알 수 있고 '0'자리에 원래 '1'이었음을 유추할 수 있어 원상태로 복구할 수 있다! (두 개 이상의 비트에서 오류가 발생하면 복구 불가해서 "어느 정도의 결함을 허용한다"고 한다.)

짝수 패리티비트를 사용한다고 가정하자. 그러면 패리티 데이터는 다음 그림과 같이 채워질 것이다.

이렇게 되면 하나의 하드디스크가 고장난다고 해도 데이터 값을 예측할 수 있어 원래의 데이터를 손실 없이 사용할 수 있다.

	RAID 5
장점	어느 정도의 결함을 허용. 저장공간의 효율도 좋음
단점	2개 이상의 하드디스크가 동시에 고장나면 데이터를 전혀 복구할 수 없음

RAID 5를 4개의 하드디스크로 구성했을 때 1개는 패리티로 사용하기 때문에 전체 용량의 75%를 사용할 수 있다. 만약 10개의 하드디스크로 구성했다면 90%를 사용할 수 있다. 즉, 하드디스크가 많을수록 저장공간의 효율을 높일 수 있다.

RAID 6

RAID 5의 단점은 2개 이상의 하드디스크가 동시에 고장날 경우 데이터를 복구할 수 없다는 것이었다. 그래서 RAID 6은 5방식의 개선으로 2개의 패리티를 사용한다. 최소 4개의 하드디스트를 사용해야한다. 또한 RAID 5보다 신뢰도는 높아지지만, 공간효율은 떨어지고 알고리즘이 복잡해져서 성능도 약간 떨어진다.

RAID 1+0

RAID를 조합해서 구성할 수도있다. 예를 들어 RAID 1+0은  RAID 1(미러링)로 구성한 데이터를 다시 RAID 0(스트라이핑)으로 구성하는 방법이다. 따라서 신뢰성과 성능을 동시에 확보할 수 있다.

이렇게 하면 속도도 반밖에 걸리지 않고 하드디스크 1개씩 고장나도 데이터는 안전하기에 신뢰성까지 얻을 수 있다. 

RAID의 정의와 개념은 여기까지 하고 다음에는 직접 구현하는 법을 알아보자.