서버 & 스토리지(Server & Storage) 기초

2025-01-16(THU)

 

 

 

 

1. 서버(Server)

1-1. 정의

(1) 서버는 애플리케이션 등 워크로드를 실행하는데 사용되는 컴퓨터를 의미하며 일반적인 데스크탑 환경보다 월등한 리소스와 퍼포먼스를 보유한 컴퓨터이다.

 

 

 

 

1-2. 서버의 종류

(1) 랙형

- 철재 프레임에 서버를 장착해서 사용하는 방식

 

(2) 타워형 

- 일반적인 데스크탑과 비슷하지만 크기가 더 큰 방식

 

(3) 블레이드형

- 엔터프라이즈 레벨에서 사용하는 서버의 숫자가 급격하게 늘면서 이를 설치하고 구성하기 위한 요구 공간이 늘어나게 되면서 서버의 크기를 줄인 형태'

 

 

 

 

1-3. 데이터 센터

(1) 데이터 센터는 서버, 스토리지, 네트워크 장비 등 다양한 IT 인프라 요소들이 집합되어 있는 시설을 말한다. 인프라가 안정적으로 운영될 수 있도록 전력, 상면, 네트워크 등의 환경을 제공하고 필요에 따라 24시간 관제 서비스를 받을 수도 있다.

 

 

 

 

1-4. IT Stack

(1) IT 스택은 크게 소프트웨어와 하드웨어 영역으로 분류되고 소프트웨어는 애플리케이션, 운영체제, 가상화가 존재하고 하드웨어는 서버, 스토리지, 네트워크 등의 물리 인프라로 구분된다.

 

 

 

 

1-5. Rack

(1) 데이터 센터에는 수많은 Rack이 존재한다. Rack은 서버, 스토리지, 스위치, 라우터 등 IT 인프라를 적재하는 데 사용되며 표준 크기로 제공된다.

 

(2) Typical Rack : 42 U High 

 

(3) 1U(Unit)의 높이 : 약 4.45cm

 

(4) Dell PowerEdge R640 : 1U, Dell PowerEdge R740 : 2U Size

 

 

 

 

1-6. 서버 내부

(1) 메인보드

- 서버는 고성능과 안정성, 병렬 처리를 기반으로 설계되었기 때문에 일반 데스크탑 메인보드와는 많은 차이가 있다.

- CPU 소켓, 메모리 슬롯, PCIe 슬롯 등 ...

 

(2) CPU

- 서버는 프로세서를 사용해서 데이터를 처리한다. 워크로드를 지원하기 위해 둘 이상의 프로세서 소켓이 존재할 수 있고 단일 프로세서는 일반적으로 코어가 프로세스를 병렬로 실행할 수 있는 다수의 코어로 구성되어 있다. 이러한 코어가 많을수록 데이터 처리 퍼포먼스가 향상된다.

 

(3) Memory(RAM)

- 메모리는 프로세서에서 처리한 데이터를 저장하는데 사용된다. 속도가 빠르지만 용량이 적고 지속적인 전원 공급이 중단된다면 메모리 내부의 데이터는 모두 소실된다.

 

(4) Cards

- 카드는 다른 유형의 네트워크에 액세스하거나 모니터에 연결을 위한 그래픽 카드와 같은 기능을 추가할 수 있게 된다.

 

(5) Disk

- 디스크는 서버의 데이터를 저장하기 위한 용도이다.

- 현재 하드 디스크는 크기가 더 작아지고 속도도 향상되었으며 밀도도 높아졌다.

- 하지만 하드 디스크는 플래터의 물리적인 회전을 통해 데이터를 Read/Write 하므로 Seek time이 발생하고 Write 전 빈 공간을 탐색해야 한다.

- 회전 속도에서 제한을 갖고 있다.

 

 

 

 

1-7. 디스크 : SSD(Solid State Drive)

(1) 기존 디스크에 비해 SSD가 더 강점을 갖는 이유는?

- 랜덤 액세스가 빠르다.

- 신뢰성이 더 좋다.

- 밀도가 좋아지고 있다.

- 전력 소모가 적다.

- 발열이 적다.

 

(2) SSD의 단점은?

- 가격이 비싸다.

- Write 부분에 대해 수명이 존재한다.

- 대부분의 시스템은 기존 회전 디스크 용으로 설계되어 있다.

 

 

 

 

1-8. 디스크 : NVMe(Non-Volatile Memory Express)

(1) NVMe는 고속의 PCIe 버스를 통해 SSD와 같은 메모리 저장 장치에 존재하는 데이터에 더 빠르게 액세스할 수 있도록 돕는 프로토콜이다.

 

 

 

 

1-9. 기존 SSD, NVMe 방식 비교 : SSD 디스크 모듈의 구조와 문제

(1) 한 번에 한 개의 Queue를 처리한다.

 

(2) 메모리 저장 장치이지만 하드 디스크처럼 동작하는 장치

 

(3) 데이터 변환 및 가공 작업에서 발생할 수 있는 병목 현상

 

(4) SSD 자체 CPU로 연산 처리(병목 현상 발생 가능성 있음)

 

(5) 다소 복잡한 소프트웨어 모듈들

 

 

 

 

1-10. NVMe 장점

(1) 64,000개의 병렬 Queue 처리

 

(2) 데이터 변환이나 직접적인 가공 없이 데이터에 바로 접근 가능하다.

 

 

 

 

1-11. 스토리지 RAID 레벨별 기술들

(1) RAID 0 (Striping)

- 분산 저장에 초점이 맞춰진 구성 방법으로 디스크 속도 향상에는 도움이 되지만, 디스크 중 1개만 장애를 일으키더라도 모든 데이터가 유실될 위험이 크다.

 

- 최소 구성 디스크 2개 이상

 

 

(2) RAID 1 (Mirroring)

- 하나의 디스크에 기록되는 모든 데이터가 나머지 하나의 디스크에 복사되는 구성 방식

 

- 하나의 디스크에 장애가 발생하더라도 데이터가 유실될 위험성이 없다.

 

- 최소 구성 디스크 2개 이상

 

 

(3) RAID 1 + 0

- RAID 0, RAID 1 Mirror Striping 데이터의 조합

 

- 최소 구성 디스크 4개 이상

 

 

(4) RAID 5

- 생성된 Striping 데이터 및 패리티 데이터를 사용한다. 패리티 데이터를 여러 드라이브에 배포하고 RAID Array에서 하나의 드라이브 오류를 복구한다.

 

- 최소 구성 디스크 3개 이상 

 

 

(5) RAID 6

- 두 가지 유형의 패리티를 서로 다른 드라이브에 배포한다.(이중 패리티 비트)

 

- RAID Array에서 2개의 드라이브 오류를 복구한다.

 

- 최소 구성 디스크 4개 이상

 

 

 

 

1-12. 서버 : Hot Spare

(1) Dedicated HS(DHS)

- 전용 HS가 있는 RAID 그룹의 디스크 장애 발생 시 전용 HS가 선택되어 RAID 그룹을 Rebuild 하는데 사용된다.

 

(2) Global HS(GHS)

- 사용 가능한 전용 HS가 없는 경우 Global HS가 선택되어 RAID 그룹을 Rebuild 하는데 사용된다.

 

 

 

 

 

 

 

2. 스토리지(Storage)

2-1. 용량 측정 단위

(1) 소비자가 사용하는 IT 제품의 용량 측정 단위는 GB(Gigabyte) 및 TB(Terabyte) 단위로 측정된다.

 

(2) 스토리지 제조사 또는 이를 관리하거나 구성하는 관리자 입장에서는 GiB(Gibibyte) 또는 TiB(Tibibyte) 단위로 측정한다.

 

 

 

 

2-2. Storage Space

(1) Raw Capacity : 물리적인 전체 공간

 

(2) Usable Capacity :  RAID의 오버헤드와 시스템 영역을 제외하고 남은 공간

 

(3) Effective Capacity : 데이터 압축, 중복 제거를 적용한 공간 (All Flash에서 사용) - 사용 가능한 스토리지의 용량

 

 

 

 

2-3. 스토리지 - Internal Storage

(1) Internal Storage는 서버 내부에 존재하는 디스크를 의미한다. 서버 내부의 물리적 공간 제약 때문에 디스크의 양이 제한되어 있다.

 

 

 

 

2-4. 스토리지 - PCIe NAND Flash

(1) PCIe 형태의 NAND Flash는 PCI Express 인터페이스를 사용하는 NAND 플래시 메모리로써 고속 데이터 전송을 지원하는 인터페이스이다.

 

(2) NAND(Negative-AND) Flash 특성상 비휘발성 메모리 유형으로 전원이 공급되지 않더라도 데이터가 유지된다. 기존 SATA 인터페이스를 쓰는 SSD보다 더 빠른 데이터 전송 속도를 제공한다.

 

 

 

 

2-5. 스토리지 - DAS Storage

(1) 서버나 컴퓨터에 직접적으로 연결되어 있는 스토리지 유형이다. 단일 컴퓨터나 서버에 직접적으로 연결되어 있어서  DAS 스토리지는 다른 컴퓨터나 서버와 공유할 수 없다.

 

(2) 구성이 간단하고 직관적이지만 단일 호스트에만 구성 가능하다는 특성상 확장성은 떨어진다.

 

 

 

 

2-6. 스토리지 - Shared Storage

(1) 공유 스토리지라고도 불리는 Shared Storage는 다수의 서버나 컴퓨터가 동일한 스토리지 시스템에 접근할 수 있는 스토리지 구성 유형이다.

 

(2) 물리적인 디스크를 연결하여 논리적인 가상 디스크로 나눌 수 있는 대규모 단일 디스크 시스템을 구성함으로써 Direct Attached Storage의 한계를 완화했다.

 

(3) 이러한 논리 디스크를 모든 서버에 할당할 수 있고 필요에 따라 분리하거나 확장도 가능하다.

 

* LUN(Logical Unit Number) : LUN은 공유 스토리지나 Storage Area Network 환경에서 사용되는 용어로, 저장소 환경에서 논리적으로 나누어진 각 저장소를 구별하는 고유 식별자이다.

 

 

(4) 이러한 SAN 환경에서는 Shared Storage의 각 논리적 공간을 각 서버에 할당해 주기 위해 별도의 SAN Switch를 통해 각 스토리지를 여러 서버에 연결해 줄 수 있다.

 

 

 

 

2-7. 스토리지 - Block Storage

(1) Block Storage는 데이터를 고정된 크기의 블록 단위로 저장하고 관리하는 방식의 스토리지 유형이다.

 

(2) Block Storage는 파일 시스템이나 데이터베이스와 같은 시스템에서 데이터를 저장하고 관리할 때 사용된다.

 

 

 

 

2-8. 스토리지 - File Storage

(1) File Storage는 데이터를 파일 단위로 저장하고 관리하는 방식의 스토리지 유형이다.

 

(2) 이러한 파일 스토리지는 데이터를 파일 형태로 저장하고 파일 시스템을 통해 파일을 쉽게 관리할 수 있다. 파일 서버나 NAS(Network Attached Storage) 환경에서 자주 사용된다.

 

(3) NAS의 장점은 아래와 같다.

- 빠르게 확장 가능하다.

- Block Storage와 다르게 다수의 사용자 간 파일 공유가 가능하다.

- Windows, Linux 등 다른 클라이언트에서 동일한 파일에 액세스할 수 있다.

 

 

 

 

2-9. 스토리지 - Object Storage

(1) Object Storage는 데이터를 객체 유형으로 저장하는 스토리지 유형으로 각 객체들은 데이터를 포함한 메타데이터와 고유 식별자로 구성되어 있다.

 

(2) 이러한 Object Storage는 이미지, 비디오, 로그 파일 등 비정형 데이터를 효율적으로 저장하고 관리하기 위해 설계된 스토리지 모델이다.

 

(3) 기존 파일 스토리지의 확장성 한계를 없앤 비정형 데이터를 위한 스토리지 유형

 

(4) 각 객체에 메타데이터가 추가되는 형식으로 별도의 계층 구조 없이 데이터에 접근 가능하다.

 

(5) 모든 객체가 Flat 공간에 배치되며 객체를 탐색하기 위해 사용자는 고유 ID를 제공한다.

 

 

 

 

 

2-10. Object Storage가 File Storage와 유사한 점

(1) Ethernet Switch를 사용한다.

 

(2) 큰 크기로 확장 가능하다.

 

(3) 일부 NAS Appliance는 Object Storage도 제공한다.

 

 

 

 

2-11. Object Storage가 File Storage와 다른 점 & 필요성

(1) Flat 구조로 이루어져 있으며 디렉터리가 필요하지 않다.

 

(2) 데이터가 보관되는 위치나 방법 등을 몰라도 접근 가능하다.

 

(3) 기존 NAS 스토리지를 그대로 사용한다면 요구사항이 빠르게 변화하는 환경에서는 데이터를 NAS에서 빠르게 찾아내는 것은 번거로운 과정이 된다. (데이터를 디렉터리 구조로 저장해 두기 때문)

 

(4) 따라서 Object Storage를 활용하면 디렉터리 구조를 변경하거나 생성할 필요 없이 Flat 구조로 데이터를 저장 및 관리함으로써 탐색 속도가 향상된다.

 

(5) Object Storage 환경에서는 데이터를 클라우드 환경에서 저장하고 관리할 수 있어서 모든 개체를 단일 위치에서 확인 가능하다.

 

 

 

 

2-12. Thin Provisioning의 정의와 특징

(1) Thin Provisioning은 사용자 입장에서는 설정한 모든 용량을 할당한 것처럼 보이게 하지만 실제로는 디스크의 Write가 일어날 때 Write가 발생한 만큼 디스크 공간을 할당받아 사용하는 프로비저닝 방식을 의미한다.

 

(2) 가상의 단일 Thin Provisioning Volume Pool로 구성하여 공간 사용률을 극대화하고 용량 증설 시 성능 저하 없이 Re-Balance를 수행한다.

 

(3) 물리적 실제 용량보다 많은 논리적 용량을 호스트에 할당할 수 있다.

 

(4) 볼륨 생성 시 특정 블록을 미리 할당해 놓지 않는다.

 

(5) 필요한 시점에서 필요 용량의 볼륨을 추가할 수 있다.

 

(6) Thin Provisioning으로 스토리지 초기 도입 비용 감소를 기대해 볼 수 있다.

 

(7) 필요한 시점에 스토리지 구매에 따른 비용 절감 효과

 

(8) 스토리지 용량의 프로비저닝 자동화로 관리가 단순해지고 애플리케이션 중단 없이 스토리지를 효율적으로 확장할 수 있다.

 

 

 

 

2-13. Thick Provision Lazy-Zeroed  & Thick Provision Eager-Zeroed

(1) 기본적인 Thick Provisioning은 디스크의 물리적 블록을 먼저 할당해 놓아야 한다. 

 

(2) Thick Provision Lazy Zerored 은 미리 설정된 디스크 공간을 확보해 놓고 그 공간에 대해 아직 초기화는 진행되지 않은 상태이다. 따라서 실제로 디스크에 Write가 발생할 때 해당 공간이 초기화된다. 따라서 운영 레벨에서 디스크를 실제로 Write 할 때 약간의 성능 저하가 발생한다. 

 

(3) Thick Provision Eager Zeroed의 경우 미리 설정된 디스크 공간을 확보해 놓고 초기화까지 완료해 둔다. 따라서 운영레벨 관점에서는 디스크 Write 시 속도가 더 빠르다. 단 디스크를 처음 생성하는 과정에서 초기화 작업이 수행되기 때문에 시간이 조금 걸린다는 특징이 있다.

 

(4) Thick Provision을 사용하는 궁극적은 목표는 미리 공간을 할당해 두는 것이다. Thin은 미리 공간 확보가 되어 있지 않아서 호스트에서 요청한 Write 공간에 대해 스토리지 공간이 존재하지 않는다면 문제가 발생하기 때문이다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

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