[OS] RAID

William Stallings의 『Operating Systems, Internals and Design Principles (9th Ed.)』 을 토대로 작성하였음.

👑 RAID

RAID (Redundant Array of Independent (Inexpensive) Disks)란 여러 개의 하드 디스크에

일부 중복된 데이터를 나눠서 저장하는 기술이다. 데이터를 나누는 다양한 방법이 존재하며,

이 방법들을 레벨이라 하며, 레벨에 따라 다양한 수준의 데이터 보호와 성능 개선을 제공한다.

RAID는 여러 개의 디스크를 하나로 묶어 하나의 논리적 디스크로 작동하게 하는데, 하드웨어적인 방법과

소프트웨어적인 방법이 있다. 하드웨어적인 방법은 운영 체제에 이 디스크가 하나의 디스크처럼 보이게

한다. 소프트웨어적인 방법은 주로 운영체제 안에서 구현되며, 사용자에게 디스크를 하나의 디스크처럼

보이게 한다.

💡 RAID 0

• 데이터를 여러 디스크에 스트라이핑(분산)하여 저장하는 방식이다.

• 데이터가 여러 디스크에 나뉘어 저장되며, 성능이 크게 향상되는 효과가 있다.

• 데이터 중복성이 없기 때문에 디스크 중 하나라도 고장 나면 데이터 손실이 발생한다.

• RAID 0은 오류 검출 기능을 제공하지 않아 어떠한 오류도 복구하지 못한다.

💡 RAID 1 (mirrored)

• 동일한 데이터를 두 개 이상의 디스크에 복제하여 저장하는 방식이다.

• 모든 데이터가 동일하게 두 개 이상의 디스크에 저장된다.

• 한 디스크가 고장 나더라도 다른 디스크에 동일한 데이터가 있기 때문에 데이터 복구가 가능하다.

• 읽기 성능은 향상되지만, 쓰기 성능은 성능 저하가 따를 수 있다.

• 저장 용량의 50%를 활용한다. (두 배의 디스크가 필요)

💡 RAID 2

• RAID 2는 Hamming code와 같은 오류 수정 코드를 사용하여 데이터 오류를 감지하고 수정한다.

• 데이터가 비트 단위로 여러 디스크에 분산되어 저장된다.

• 오류 수정 코드 비트는 별도의 디스크에 저장된다.

• 즉, RAID 2는 여러 개의 데이터 디스크와 여러 개의 오류 수정 코드 디스크로 구성된다.

• 여러 디스크에 데이터와 오류 수정 코드를 분산 저장함으로써 데이터 보호 수준이 높다.

💡 RAID 3

• RAID 3는 바이트 단위로 데이터를 스트라이핑하고, 전용 패리티 디스크를 사용한다.

• 모든 디스크가 동기화되어야 하기 때문에, 다중 요청을 동시에 처리하는 것이 어렵다.

• 모든 디스크가 동기화된 상태로 회전해야 한다.

• 즉, 모든 디스크의 스핀들이 동일한 시점에 동일한 위치에 있어야 한다. (설계 어려움)

• 전용 패리티 디스크를 통해 데이터 디스크 중 하나가 고장 나더라도 데이터를 복구할 수 있다.

• RAID 3는 설계의 복잡성과 패리티 디스크의 병목 현상 등으로 인해 빠르게 RAID 5와 같은
  다른 RAID 레벨로 대체되었다.

💡 RAID 4

• RAID 4는 블록 수준에서 데이터를 스트라이핑하고, 전용 패리티 디스크를 사용한다.

• RAID 3와 유사하지만, 데이터 스트라이핑 단위가 블록이라는 점에서 차이가 있다.

• 각 블록은 독립적으로 접근할 수 있기 때문에, RAID 3와 달리 병렬 I/O 작업이 가능하다.

• 데이터 읽기 성능은 좋지만, 단일 패리티 디스크를 사용하기에 쓰기 성능은 좋지 않다.

💡 RAID 5

• RAID 5는 데이터를 블록 단위로 스트라이핑하고, 패리티 정보를 분산 저장하는 방식이다.

• 패리티 정보가 모든 디스크에 분산 저장되며, 각 블록의 패리티는 다른 디스크에 저장되어
  특정 디스크에 패리티 정보가 집중되지 않는다.

• RAID 5를 구현하려면 최소 3개의 디스크가 필요하다.

• 데이터를 읽을 때는 필요한 데이터 블록만 읽으면 되며, 쓸 때는 변경된 블록과 그 블록에
  대응하는 패리티 블록을 업데이트 한다.

💡 RAID 6

• 데이터를 블록 단위로 스트라이핑하고, 이중 패리티 정보를 분산 저장하는 방식이다.

• 두 개의 독립적인 패리티 정보(P, Q)가 모든 디스크에 분산 저장되며, 두 개의 디스크가
  고장 나더라도 데이터를 복구할 수 있다.

• RAID 6를 구현하려면 최소 4개의 디스크가 필요하다.

💡 RAID 01, RAID 10

RAID 01

• RAID 0과 RAID 1의 장점을 결합한 방식이다.

• 데이터 스트라이핑과 미러링을 동시에 사용하여 성능과 데이터 보호를 제공한다.

• RAID 01을 구현하려면 최소 4개의 디스크가 필요하다.

• 두 개의 디스크는 RAID 0 스트라이프 세트를 구성하고, 나머지 두 개의 디스크는 이 스트라이프
  세트를 미러링한다.

• 읽기 작업의 병렬 수행과 미러링된 디스크에서 읽기 작업을 분산처리하여 성능이 향상된다.

• 미러링을 통해 데이터 무결성을 보장하고, 하나의 디스크 세트가 고장 나더라도 데이터를 복구할 수 있다.

RAID 10

• RAID 1과 RAID 0의 장점을 결합한 방식이다.

• 동일 데이터를 두 개의 디스크 세트에 복제하여 저장하고, 미러링된 데이터를 블록 단위로
  여러 디스크에 스트라이핑하여 저장한다.

• RAID 10을 구현하려면 최소 4개의 디스크가 필요하다.

• 두 개의 디스크 세트는 각각 미러링되고, 이 두 개의 미러링 세트는 스트라이핑된다.

• RAID 01 보다 성능이 좋다.