IT 이야기/Software Engineering

[CA] RAID 개념 정리

IT깡이 2023. 8. 25. 14:22

1. 효율적 사고 대책을 위한 하드 디스크의 중복 배열, RAID의 개요

가. RAID(Redundant Array of Independent Disks)의 정의

  • 처리속도, 데이터 보호를 목적으로 여러 DISK를 중복성을 가진 하나의 논리적인 Disk(Array)로 변환하는 저장 장치
  • 저장장치 여러 개를 묶어 고용량·고성능 저장 장치 한 개와 같은 효과를 얻기 위해 개발된 기법

나. RAID의 목적

목적 설명
대용량
  • 데이터의 멀티미디어화, 대량화로 인한 대용량 저장장치 요구
가용성
  • 데이터의 중복저장 및 오류 검출을 통해서 데이터 장애에 대비한 가용성 및 안정한 복구 기능 요구
고성능
  • 여러 디스크를 통한 병렬처리를 통한 Access Time을 최소화하여 성능향상 효과와 확장 가능한 구조 요구 
상호 호환성
  • 이기종 다중 플랫폼간의 정보를 공유 요구

 

2. RAID 구현 원리 및 구성요소

가. RAID 구현 원리

구분 설명
Data Stripping
  • 데이터를 여러 조각으로 나누어 여러 Disks로 분산 저장하고 동시 Access를 가능
  • 성능 향상을 위해 논리적으로 연속된 데이터 세그먼트들이 물리적으로 여러 개의 디스크에 라운드 로빈 방식으로 나누어 기록 
Redundancy
  • 일부 DATA가 손실된 경우에도 복구 할 수 있도록 Data를 중복 저장

나. RAID 구성 요소

구성 요소 설명
RAID 전용 Controller
  • 제어 기능
Cache Memory
  • 성능 향상
Striping Data Recording방식
  • I/O 성능향상
Mirroring, Parity
  • Data의 안정성 보장
Hot-swap & Online Data Rebuild
  • 무 정지 구동 및 유지보수

 

3. RAID 유형

가. 단일 Striping 및 mirroring, RAID

종류 구조도 항목 내용
RAID 0
특징 디스크 중복 통한 읽기/쓰기 성능 2배 향상
Parity/Mirroring 없어 디스크 안정성 향상 없음
최소 수량 2개
공간 효율 1
읽기 향상 n배 향상
쓰기 향상 n배 향상
고장 허용 Zero (오류 검출 가능성 없음) 
RAID 1
특징 디스크 중복 쓰기 통한 안정성 2배 향상 
Parity/Striping 없고, 디스크 공간 효율 2배 하락 
최소 수량 2개 (n : 디스크 수량) 
공간 효율 1/n (전체 공간의 50%만 사용 가능) 
읽기 향상 n배 향상 
쓰기 향상 1배 향상 
고장 허용 n-1 디스크 (예) 2개 디스크면, 1개만 고장 허용 가능 
RAID 2
특징 Bit 레벨의 Striping과 Hamming-code Parity 사용(Parity 단순 제공) 
최소 수량 3개 
공간 효율 1 - 1/n ⋅ log2(n-1) (n: disk 수량) 
읽기 향상 해당 없음 
쓰기 향상 해당 없음 
고장 허용 1disk (단 오류 디스크가 복구 기록 코드 안에 있을 때) 
RAID 3
특징 Byte 레벨의 Striping과 Parity 사용(Parity 단순 제공) 
최소 수량 3개 (n : disk 수량) 
공간 효율 1 - 1/n 
읽기 향상 해당 없음 
쓰기 향상 해당 없음 
고장 허용 1disk
RAID 4

특징 Block 레벨의 Striping과 Parity 사용(Parity 단순 제공) 
최소 수량 3개 
공간 효율 1 - 1/n (n: disk 수량) 
읽기 향상 해당 없음 
쓰기 향상 해당 없음 
고장 허용 1disk 
RAID 5
특징 Block 레벨의 Striping과 Parity 사용(Parity 분산 제공) 
최소 수량 3개 
공간 효율 1 - 1/n (n: disk 수량) 
읽기 향상 n-1 배 
쓰기 향상 Variable (상황에 따라 다름) 
고장 허용 1disk 
RAID 6
특징 Block 레벨의 Striping과 Double Parity 사용(Parity 분산 제공) 
최소 수량 4개 (n : disk 수량) 
공간 효율 1 - 2/n 
읽기 향상 해당 없음 
쓰기 향상 해당 없음 
고장 허용 2disk 
  • RAID 2~4의 경우 Parity처리로 발생하는 overhead및 Parity디스크 문제시의 위험성으로 실무에서 많이 사용되지 않음
  • DB와 같이 중요 데이터는 0,1을 활용, 기타 콘텐츠는 5, 6을 활용. 실제 구성은 다수의 RAID를 혼합한 하이브리드 구성으로 활용됨

 

나. 다중 Striping 및 mirroring, Hybrid RAID

구조도  항목  내용  구조도 
RAID 
0+1
개념  Striping후 Mirroring 
특징  - Stripping 된 한 세트의 미러로 안전한 RAID 
- Stripping 으로 인해 속도는 빠르지만 장치의 사용 가능한 용량은 절반으로 감소 
필요 수량  4배수의 디스크 필요 
공간 효율  n * d/2 (C: 사용 가능한 용량 / n:디스크의 수 / d: 디스크 용량) 
고장 허용  손상된 디스크가 다른 Raid 0 쌍의 일부가 아닌 경우에 최대 2개의 디스크 손상 허용 
RAID 
1+0 

개념  Mirroring후 Striping 
특징  - 미러링된 두 개의 어레이에 걸쳐 데이터가 Stripping 되었음을 의미하는 “미러링된 세트의 Stripping“
- 미러링 기능으로 인한 신속한 복구 가능 
- Stripping 으로 인해 속도는 빠르지만 장치의 사용 가능한 용량은 절반으로 감소 
필요 수량  4배수의 디스크 필요 
공간 효율  n * d/2 (C: 사용 가능한 용량 / n:디스크의 수 / d: 디스크 용량) 
고장 허용  - 데이터 손실 없이 미러링된 각각의 쌍에서 한 개의 디스크에 손상 허용 

 

4. RAID 장단점 및 도입 시 고려사항

가. RAID 장단점

  • 장점: 디스크 안정성 향상, 디스크 성능 향상, 시스템의 가용성 향상

- 단점: 여분의 DISK 필요, Parity와 같은 추가 정보 관리

나. RAID 도입 시 고려사항

고려사항 내용
용량 및 확장성
  • 현재 디스크 용량과 향후 증가 예상되는 디스크 용량을 감안
지원하는 RAID Level
  • RAID 0에서 RAID 6까지 중에서 현재 시스템의 환경과 적용되는 응용 프로그램의 성격을 고려
성능대비 가격
  • 성능대비 가격의 적정성 고려
유지보수 용이성
  • 운영시 유지보수의 용이성 및 한 개 이상의 컴퓨터에서의 공유 가능 여부
RAID 적용기술의 계층 및 Cache 지원 부분
  • 적용기술의 계층, Cache 지원부분, 디스크 모듈간의 인터페이스방식 고려

 

[참고]

RAID구성방법의 비교

항목 Software 기반 Hardware 기반 Firmware/driver 기반
개요 -대부분 OS가 제공 기능 이용 구성.
-논리적/물리적 구성 가능		 -일반적으로 BIOS 기능 이용 구성. -RAID컨트롤러가 존재하는 외장 장치 기반으로 구성
장점 -비용이 저렴 -SW 기반 구성에 비해 성능 우수/부하가 적음 -성능: 가장 우수
-모든RAID 완벽 지원
단점 -CPU에부하가발생
-성능 저하
-안전성 문제 가능		 -모든RAID 완벽하게
-구현하지 못함.
-BIOS에종속됨		 -최대 비용 소요
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