이번 강좌에서는 데이터를 어떻게 저장할지에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

두가지 알려드릴 것이 있습니다. 

*1. 먼저 저는 현직 영어강사로서, 좀 핑계스럽지만 네트웍이나 서버를 전공한 사람도 아니고 (왜 하게 되었는지는 담 기회에 간단히 써 보겠습니다), 또 과거 10여년 간은 그냥 필요한 만큼만 써왔지 최신 트렌드나 기술을 따라가며 계속 지식을 쌓아왔다든가, 또는 예전에 학습했던 것을 온전히 제대로 기억을 하고 있다든가 하지 않습니다. (그렇다고 무슨 유료 출강이나 책을 출간하는 것도 아니어서 제가 일일히 다시 레퍼런스를 찾아보며 글을 쓰지는 않고 그냥 기억나는대로만 쓰려고 합니다.) 또한 본 강좌는 어디까지나 NAS 초보자 분들이 아시면 도움이 되실 만한 부분을 최대한 이해하기 쉽기 다루려고 하기 때문에, 본 강좌는 의도치 않게 오류가 있을 수 있습니다. 그런 부분을 발견하신 분이 댓글로 정정하시거나 추가적인 정보를 남겨 주시는 것은 언제든지 환영하고 감사드립니다. *

*2. 이 강좌를 쓰는데는 약 2시간 전후를 투자할 생각입니다. 그래서 글이 중간에 그냥 갑자기 끝날 수도 있습니다. 나머지는 시간 나는데로 이어가겠습니다. 양해 부탁드립니다. m_O_m*

*아울러 다음 강좌가 기대되시는 분은 공감도 좀... ㅎㅎ*

*그리고 사실 전 영어를 더 잘 가르치.....^^*

당장 NAS 사셨는데 세팅도 제대로 안되신 분들은 네트워크 부터 급하시겠지만, 실제 구입단계로 돌아간다면 NAS가 필요한지, 필요하다면 1Bay/2Bay/4Bay 또는 그 이상 중 무엇을 할 것인지, 또 같은 Bay (HDD나 SSD를 장착할 수 있는 슬롯) 수라 하더라도 더 좋은 성능이 필요한지 아닌지를 알아야 하는데, 그러려면 먼저 어떤 데이터를 어떻게 저장할 지 부터 결정해야 하기 때문에 본 강좌를 먼저 쓰게 됐습니다. 데이터를 어떻게 저장할지는 결국 내가 저장할 데이터가 어떤 성질의 것이냐와 연결이 되는데, 반대로 보면 방식에 대한 이해가 있으면 본인의 데이터의 성질을 인식하고 결정할 수도 있으므로, 먼저 방식에 대해서 간단히 알아보도록 하겠습니다.

먼저 이해해야될 2개의 용어 : 파티션 vs. 볼륨

요즘은 이 두 개가 흔히 혼용 되어서 많이 쓰이는데, 둘은 비슷해 보여도 다른 개념입니다. 이 둘 부터 구분해 봐야 합니다.

1. 파티션 : 저장장치 (거의 HDD/SSD)의 공간을 필요에 따라 분할하는 개념

예를 들어 10TB 짜리 HDD를 하나 샀다고 가정합시다. 이걸 통쨰로 하나의 드라이브로 쓸 수도 있지만, 필요에 따라 둘로 나누어 쓸 수 도 있습니다. 물론 "그냥 하나의 드라이브에 폴더 두 개를 만들고 나누어 쓰면 되지 않는가?" 라는 질문이 생길 수 있는데 (그리고 실제 요즘은 대개 그렇게 씁니다. 그래서 파티션과 볼륨의 경계가 모호해 져서 혼용되어졌구요.),  옛날에는 성능이나 기타 자료 처리의 문제로 분할하는 것이 이득인 경우가 많았습니다. 2000년대 초반만 해도 PC의 모든 부분은 느렸고, 이런 느린 것을 조금이라도 빠르게 쓰는 방법들 중 하나는 물리적으로는 한 개의 HDD지만 그 안에서 논리적으로 OS가 동작하는 구역과 일반 데이터가 저장하는 구역을 구분하여 분할해서 사용하는 것이었습니다.

예를 들어 지금은 의미없어 거의 사장된 기술인 조각모음이 있습니다. HDD의 데이터는 여기저기 흩뿌려져 기록되어 소위 파편화된다고 하는데, 그러면 읽을 때 사람은 한 개의 파일을 읽으라고 명령을 해도 실제 HDD의 디스크를 읽는 헤드는 여기저기를 돌아 다녀야 했습니다. 그래서 이렇게 느려지는 현상을 막고자 주기적으로 조각모음을 실행해 파편화 된 데이터들을 서로 맞는 자리로 이동시켜 주었는데, 사실 이건 OS영역에선 치명적이었지만 그냥 일반 데이터 영역에선 큰 쓸모가 없었기 때문에 처음부터 드라이브를 하나로 써버리면 매번 전 드라이브를 다 조각모음을 해야하니 시간/전력 낭비였죠. 그래서 최소한 처음부터 OS/데이터 영역을 나누는 것은 필수였고, 이렇게 나눌 때 쓰이는 작업이 파티셔닝 작업이라 합니다. (1999년... 제 여동생의 PC 부팅이 거의 4분여 걸려서 저보고 업글 해 달라고 징징 댔는데... 조각 모음후 1분도 안 걸리는 모세의 기적이 일어났다는 전설적인 일이... ;;;) 물론 다른 용도로도 파티션 작업은 많이 쓰입니다.

나눈다는 개념이 중요하긴 하지만, 더 중요한 것은 HDD나 SSD를 쓰려면 일단 파티션 설정을 해야 한다는 것입니다. 이 HDD나 SSD를 1개의 파티션으로 쓸 것이냐, 또는 2개 이상의 파티션으로 나누어 쓸 것이냐? 가 원래 먼저 알아야 할 부분입니다. (더 공부하고 싶으신 분은 주파티션, MBR, 동적디스크 등의 키워드로 검색하셔서 공부하시면 되겠습니다.)

2. 볼륨 : 저장장치를 하나의 단위로 묶는 개념

볼륨의 정확한 정의는 쪼금 다른데, NAS 공부를 위해서는 그냥 이렇게 이해하는게 편합니다. 저장장치를 하나의 단위로 묶어서 설정했기 떄문에, 1개의 볼륨으로 묶인 것은 OS에서 1개의 장치로 인식하거나 설정할 수 있고, 한개의 드라이브 레터 (C:\ D:\ E:\ 같은)를 부여할 수 있습니다.위의 파티션과 연결하면 이렇게 됩니다.  예를 들어 하나의 HDD에 하나의 파티션만 설정해서 쓴다면 한개의 볼륨으로 설정해서 컴퓨터에 한개의 장치로 인식시켜 하나의 드라이브 레터를 부여할 수 있습니다. (대개 C:\) 하나의 HDD에 두개의 파티션을 설정하면, 두개의 볼륨으로 따로 설정할 수 있고 컴퓨터에는 두개의 분리된 장치로 인식시켜서 드라이브 레터를 각기 따로 부여할 수 있습니다. (대개 C:\와 D:\가 되겠죠. 물론 E:\나 다른 것으로 할 수도 있습니다.) 3개로 분할하면 3개로... n개면 n개로.. 이렇게 됩니다.

또한 파티션 처럼 나누는 개념이 아니라 장치를 묶거나 장치를 인식시켜 드라이브 레터를 부여하는데 쓰이는 개념이어서, ODD에도 쓰입니다. 즉 CD/DVD/Blu-Ray는 우리가 임의적으로  파티션을 나누는 작업을 하지는 못하지만, 그 Reading을 하는 장치에 하나의 볼륨을 설정하여 드라이브 레터를 부여할 수는 있습니다.

여기서 한가지 의문이 드는 건, "묶는다"라고 했는데, 그럼 "HDD는 1개지만 2개나 3개의 파티션을 나눈 것을 다시 1개의  볼륨으로 묶어서 1개의 장치로 인식시키는 것"도 가능한가? 인데, 논리적으로는 가능한데 실제로는 안됩니다. 그럴바엔 그냥 1개의 파티션을 설정하면 되는 것이기 때문에 그런 설정을 할 필요도 없고, 대개 os에서 기능적으로 안됩니다. 다만 이 의문은 중요한 의문으로, 다음 내용에 연결 됩니다.

이제부터 본격적으로 NAS에 쓰일 저장장치의 설정의 개념을 잡아 보도록 하겠습니다.

먼저, 데이터가 저장되면 두가지 중요한 점을 고려해야 합니다. 바로 "가용성"과 "안정성"입니다. 비슷해 보이는데 다른 개념입니다.

1. 가용성 : 내가 가진 자료가, HDD가 고장나더라도 상시 쓸 수 있는 상태여야 한다는 뜻입니다. 1개의 HDD이고 다른 상시 사용 가능한 백업이 없다면 가용성은 보장이 되지 않습니다.

2. 안정성 : 내가 가진 자료가, HDD가 고장나더라도 손실이 되지 않는 다는 뜻입니다.. 가용성과는 달리, HDD를 고쳐서 데이터가 살아나는 것이 100% 확실하다면, 안정성은 보장이 된 것입니다. (물론 실제 HDD가 고장났는데 100% 복구 보장이 되지는 않습니다. 예를 든 것 뿐입니다.) 즉 HDD가 1개라도 경우에 따라 안정성은 보장 될 수 도 있습니다.

예를 들어 내가 1개의 HDD에 저장한 데이터를 다른 집 1개의 HDD에 예비로 똑같이 복사를 해두었다고 해도, 일단 그것을 가지러 갔다와야 한다면 그 시간 동안은 데이터를 쓸 수 없기 때문에 가용성이 보장되지 않는 것입니다. 하지만 안정성은 보장이 된 것입니다. 하지만 그 HDD가 네트워크에 물려 있고 공유되어 있다면 가용성과 안정성이 다 보장이 된 것입니다. 물론 운나쁘게 그 HDD가 동시점에 같이 고장이 난다면, 가용성은 보장이 안된 것이고, 안정성은 돈들여서 복구업체에 기대봐야 하는 것입니다. 그래서 가용성과 안정성은 서로 맞물려 있으면서, 동시에 "완벽한 가용성과 완벽한 안정성은 존재하지 않습니다." 다만 적정수준에 타협을 본다면, 사실상 본인의 수준에서 감내할수 있는 0.0~1% 확률에 수렴하는 안정성이나 가용성을 확보할 수 있으므로, 큰 문제가 되지는 않습니다.

결국 가용성과 안정성이라는 것을 확보하기 위해서는, 어쨋든 HDD가 2개 이상이 필요하다는 점을 알았습니다. 그래서 공유기에 HDD 붙이는 수준이거나 외장 HDD에 네트워크만 물려주는 수준의 기기가 아닌 본격적인 NAS들은 무조건 2Bay부터 시작을 합니다. 이제부터 이렇게 다수의 HDD를 구성하는 법에 대해서 알아보겠습니다. 

RAID (Redundant Array of Inexpensive Disk)

흔히 다수의 HDD를 구성하는데 쓰이는 방식을 일컫는 용어입니다. 원래의 제안과 지금은 쪼~금 다른데 (유사규격들이 있어서..), 기본은 같습니다. 간단히 중간에 Inexpensive, 즉 "싼" 이라는 단어를 보면 알 수 있습니다. 이게 80년 후반에 처음 제안된 개념인데, 그땐  HDD가 대개 100메가 아래 단위 시절입니다. RAID를 이해하기 위해서 위의 설명된 파티션과 볼륨을 이해해야 하는데, 일단 고용량 HDD는 지금도 그렇지만 그 땐 무지막지 비쌌습니다. 그래서 상대적으로 가격이 싼 HDD를 사서 쓰는데,  대개 1개의 파티션에 1개의 볼륨을 설정하게 됩니다. 문제는 그럼 많은 데이터가 있다면 원치 않게 데이터를 분산 저장 (즉 HDD의 수에 따라 드라이브 레터가 n개로 계속 늘어남) 하게 되어서, 불편을 초래하게 됩니다. 그래서 나온 최초에 제시된 아이디어가

"싼거 여러개 묶어서 1개의 볼륨으로 설정해서 한개의 드라이브 레터만 붙이면 쓰기 편하지 않아?"

였습니다. 그럼 편리성이 엄청나게 증가하는 장정이 생기죠. 그런데 이건 애초부터

"근데, 그렇게 다수의 하드를 하나의 볼륨으로 묶었다가, 그 중 하나의 HDD가 고장나면 나머지 HDD의 자료를 읽을 수 없게 되잖아?"

라는 아주 근본적인 문제점이 생기게 되었죠. (파티션/볼륨은 파일시스템과 밀접한 연관이 있는데, 볼륨을 구성하는 일부가 망가지면 파일 시스템이 붕괴되므로 전체의 파일들을 다 못쓰게 됩니다.) 바로 이부분에 대한 해결책까지 한꺼번에 제시가 된 것이 바로 RAID고, 여기서 Redundant 가 그 의미로 쓰인 것입니다. 영어로 redundant는 여분의, 불필요한 의미이지만, 서버나 컴퓨팅에선 "여분의 것을 미리 준비해서 main의 기기가 고장나도 sub로 바로 대체되어 가용성이 확보되는"것을 의미합니다. 이건 서버의 Redundant Power도 그렇습니다.

그래서 제시된 RAID는 이런 개념들을 해결하여 제시된 것이고, 동시에 기왕에 여러개의 시스템을 쓰니 다른 장점도 구현해보는 것입니다. RAID레벨에는 여러가지가 있습니다만, 가정이나 중소규모 회사를 꾸리기 위해서 알아야 할 정도만 다루겠습니다.

1. JBOD (Just Bunch of DisK) (OS 인식용량은 총 디스크 용량의 합산가 동일)

정확히는 RAID 규격이 아닙니다. 그냥 맨 처음 나온 내용대로 싼 디스크 여러개 붙여다 하나의 볼륨으로 쓴 것 뿐입니다. 편리성은 좋아지지만 안정성/가용성은 물론 성능적 이점도 없습니다. 그래서 초기엔 좀 쓰였지만 90년대 중반 이후 HDD가 기가바이트 시대에 접어들면서 급속히 사라졌습니다. 그냥 붙이기만 하는 거랴 디스크 끼리 용량이 같을 필요도 없습니다.

2. RAID 0 (Striping) (OS 인식용량은 동일 용량일 때 용량 * n개)

여기서부터는 (정확히는 모든 RAID 레벨은) 원칙적으로 같은 용량의 디스크를 써야 합니다. 만약 용량이 다르면, 가진 갯수의 디스크 중 작은 용량의 기준으로만 설정이 가능합니다. RAID 0는 간단히 데이터가 들어가면 그것을 디스크에 n개로 나누어서 보관하는 것입니다. (실제로는 거의 2개로만 쓰입니다.) 즉 데이터의 양이 4 라면, 2+2 나누어서 2개의 HDD에 각각 2만큼씩 저장하는 것입니다.

이것의 장점은 지금 처럼 디스크 대역폭 (데이터가 오가는 속도)이 높지 않았던 시절, 큰 데이터를 나누어 보관하고 동시에 쓰거나 불러오면 더 빠르게 쓰고 읽을 수 있는 장점 때문에 부각 되었습니다. 하지만 치명적인 단점은 당연히 하나가 고장나면 나머지 하나는 그냥 쓰레기 처리 되야 한다는 점이었습니다. 그래서 상시 백업 체제가 갖추어지지 않은 경우에는 쓰이지 않는게 원칙이었고, 그나마 SATA2 이후에는 (HDD기준 7200rpm은 최대 200MB/s 데이터 전송속도를 보이는데, SATA2가 이미 300MB/s이고, SATA3는 600MB/s - 이 이상의 대역폭은 어차피 HDD가 아니고 SSD나 Memory 영역이므로 논외임)입니니다. 사실상 쓰이지 않습니다.

3. RIAD 1 (Mirroring) (OS 인식용량은 동일 용량일 때 (용량 * n개) / 2)

이것은 하드를 미러링, 말 그대로 거울 보듯이 그대로 베끼는 작업을 하는 것입니다. CPU를 제외한 HDD 자체만 놓고 보면 성능상의 이점이나 단점은 없고, 대신 안정성이 확보됩니다. 만약 2개의 HDD를 쓰면 실제 컴퓨터에 인식되는 용량은 1개의 용량만 인식이 되고, 주 디스크에 데이터가 쓰여지거나 지워질 떄 똑같이 부 디스크에도 데이터가 써지거나 지워집니다. 만약 주/부 디스크중 하나가 고장이 나면 교체해서 바로 복원을 합니다. 오로지 안정성 확보를 목적으로 구성을 합니다.

RAID 2~4까지 건너뜁니다. (거의 쓰이지 않아 별 의미 없습니다.)

4. RAID 5 (OS 인식용량은 동일 용량일 때 (용량 * n개) - 1)

이거 영어로 뭐라 불렀는데 용어가 기억이 안납니다. (그냥 대개 다들 "레이드 파이브"라고 합니다.) 이건 최소 3개의 디스크가 필요합니다. 어떤 방식이냐면, 2번의 예 처럼 데이터의 양이 가 들어오면, (양을 기준으로) 2+2로 나누어 저장을 2개의 HDD에 저장을 합니다. 그럼 나머지 하나에는 무엇을 하냐면 소위 패리티 값 (parity)를 기록합니다. 이걸 쉽게 이해하는 방법은 이렇습니다. (실제는 이렇지는 않고 일반인이 이해하기 쉬운 방법입니다.)

위에 예를 들어 제가 2개의 HDD에 2의 양과 2의 양의 데이터를 기록한다고 했지요? 그럼 이건 "양"을 의미한 것이고, 그 양이 담은 정보를 컴퓨터가 숫자로 따지면 각각 "5"라는 수와 "7"이라는 수로 나누어 저장했다고 칩시다. 즉 "5"라는 수와 "7"이라는 수를 각각 2bit의 데이터로 하나씩 저장했다고 생각해보는 겁니다.

그럼 이 5와 7을 더하면 5+7=12라는 수가 됩니다. 그럼 나머지 하나의 디스크에 똑같이 2bit를 사용해서 "12"라는 데이터를 기록하게 됩니다. 그럼 이 원래는 없는 데이터인 "12"가 패리티 값입니다. (그냥 이해를 돕기 위한 것이고 정확히는 데이터 블럭 A1 블럭 A2 블럭 A패리티 입니다) 그럼 무엇이 가능하냐

디스크 1   디스크 2   디스크 3

   5                 7               12

이렇게 기록이 되면, 실제 컴퓨터가 5와 7로 나누어진 데이터를 불러올 떄, 둘 중 하나의 디스크가 망가져도 문제가 없습니다. 왜냐면 패리티 값인 12가 기록되어 있으므로 추론이 가능하기 때문이지요. 즉 원래라면 컴퓨터는 디스크 1과 디스크 2의 5와 7을 불러서 데이터를 사용해야 하는데, 만약 디스크 2가 고장이 났다고 판정되면, 디스크 3의 패리티 값 12를 읽어서 거기서 5를 빼서 7을 구한 다음 디스크 2값을 유추해 사용할 수 있습니다. 그럼 실제로는 대개 4개 이상에 사용되므로

디스크 1   디스크 2   디스크 3   디스크 4

   5                 7               4               16

이렇게 되어도 됩니다. 즉 언데든 1개의 디스크에 대해서는 고장이 나도 가용성이 확보가 되는 것이지요. 헌데 실제로는 위의 RAID 0의 스트라이핑의 개념이 들어있기 떄문에

디스크 1   디스크 2   디스크 3   디스크 4

Data A1  Data A2   Data A3   Data AP

Data B1  Data B2   Data BP   Data B3

Data C1  Data CP   Data C2   Data C3

Data DP  Data D1   Data D2   Data D3

이렇게 데이터와 패리티를 분산저장하기 때문에 나름 스트라이핑의 성능도 얻을 수 있는 잇점이 있습니다. 즉 총 디스크 갯수 --1개의 용량으로 성능과 가용성을 동시에 보장받는 (단 고장은 1개까지만 커버 가능한 것이 한계점) 방식입니다.

그래서 앞서 제가 자작 NAS를 꾸미자는 글을 올렸을 때, RAID 5가 되야한다고 전제한 것이 바로 1. 가격대비 대용량의 저장장치를 구현하되 2. 3~4개의디스크에서 가용성이 확보되는 것 을 전제로 한 것이었습니다.

헐.. 벌써 2시가 넘어서 제가 이만 나가볼 시간이 되었네요.. 나머지는 다음에 시간 날 떄 이어서 써보도록 하겠습니다.