raid4

RAID 4: 정의, 구성, 작동 원리 및 장단점

1. 정의

RAID 4는 데이터를 블록 단위로 스트라이핑(Striping)하여 여러 디스크에 분산 저장하고, 하나의 전용 패리티(Parity) 디스크를 사용해 오류 검출 및 복구 기능을 제공하는 RAID 구성 방식입니다. RAID 3와 유사하지만, RAID 4는 데이터를 블록 단위로 나누어 저장하는 방식으로, RAID 3의 바이트 단위 스트라이핑과 차이가 있습니다.

2. 구성

RAID 4는 최소 3개의 디스크로 구성되며, 두 개 이상의 디스크는 데이터 블록을 저장하고, 나머지 하나의 디스크는 패리티 정보를 저장하는 역할을 합니다. 블록 단위로 데이터를 나누어 저장하기 때문에, 대용량 파일뿐 아니라 작은 파일에 대한 처리 성능도 향상됩니다.

기본 구성:

•	데이터 디스크: 데이터를 블록 단위로 분산 저장.
•	패리티 디스크: 여러 데이터 디스크에 저장된 블록 데이터를 XOR 연산을 통해 패리티 정보를 저장. 패리티는 오류 복구에 사용됩니다.

3. 작동 원리

3.1 데이터 스트라이핑(Striping)

RAID 4는 데이터를 블록 단위로 나누어 여러 디스크에 저장합니다. 예를 들어, 8KB의 데이터를 두 개의 데이터 디스크에 저장할 경우, 첫 번째 4KB는 디스크 1에, 다음 4KB는 디스크 2에 저장됩니다. 각 데이터 디스크에 저장된 데이터는 병렬로 접근할 수 있기 때문에 읽기 성능이 향상됩니다.

3.2 패리티 생성

각 데이터 블록은 XOR 연산을 통해 패리티 디스크에 패리티 정보로 저장됩니다. 이는 RAID 3와 동일한 방식으로, 패리티 디스크는 모든 데이터 디스크의 XOR 결과를 저장하게 됩니다. RAID 4에서의 패리티 생성 과정은 다음과 같습니다.

예를 들어:

•	디스크 1: 1101
•	디스크 2: 1011

패리티 계산 (XOR 연산):

•	디스크 1 (1101) XOR 디스크 2 (1011) = 패리티 디스크 (0110)

3.3 데이터 복구

RAID 4에서는 데이터 디스크 중 하나가 손실되거나 고장나도, 패리티 디스크와 나머지 데이터 디스크의 정보를 사용해 손실된 데이터를 복구할 수 있습니다. XOR 연산의 특성에 따라, 손실된 데이터를 복구하는 방식은 RAID 3와 동일합니다.

예를 들어, 디스크 1이 손실되었다면:

•	디스크 2 (1011) XOR 패리티 디스크 (0110) = 디스크 1 (1101) 복구

4. 장점

   1. 데이터 읽기 성능: RAID 4는 데이터를 블록 단위로 나누어 병렬로 읽을 수 있기 때문에, 여러 데이터 디스크에서 동시에 데이터를 읽는 작업에서 높은 읽기 성능을 제공합니다.
   2. 효율적인 저장 공간: 패리티 정보를 저장하는 데 단일 디스크만 사용하므로, RAID 1과 같은 방식보다 저장 공간이 효율적으로 사용됩니다.
   3. 오류 검출 및 복구: 패리티 디스크를 통해 데이터를 복구할 수 있으므로, 디스크 하나가 손상되더라도 안전하게 데이터를 복구할 수 있습니다.

5. 단점

   1. 쓰기 성능 저하: 모든 쓰기 작업은 패리티 디스크를 업데이트해야 하므로, 패리티 디스크의 병목 현상이 발생할 수 있습니다. 특히, 작은 데이터 변경 시에도 전체 블록의 패리티를 다시 계산해야 하므로 쓰기 성능이 떨어집니다.
   2. 단일 패리티 디스크의 취약성: RAID 4는 패리티 정보를 저장하는 디스크가 하나이므로, 이 디스크가 고장나면 데이터 복구가 불가능해집니다. 이는 RAID 3와 동일한 문제점입니다.
   3. 병목 현상: RAID 4는 모든 쓰기 작업에서 패리티 디스크를 갱신해야 하므로, 패리티 디스크에 쓰기 병목 현상이 발생할 가능성이 높습니다.

6. RAID 4와 RAID 5 비교

RAID 4와 RAID 5는 모두 패리티를 사용하지만, RAID 4는 패리티 정보를 단일 디스크에 저장하는 반면, RAID 5는 패리티 정보를 각 디스크에 분산하여 저장합니다. 이 차이점으로 인해, RAID 5는 쓰기 병목 현상이 덜 발생하며, 더 나은 쓰기 성능을 제공합니다.

7. 활용 예

RAID 4는 데이터를 읽는 속도가 중요한 환경에서 적합합니다. 대규모 읽기 작업이 많은 경우 RAID 4가 유리하지만, 쓰기 병목 문제가 있기 때문에 일반적인 시스템에서 잘 사용되지 않으며, 대신 RAID 5가 더 널리 사용됩니다.

8. 결론

RAID 4는 블록 단위 스트라이핑과 전용 패리티 디스크를 사용해 오류 복구 기능을 제공하는 RAID 방식입니다. 대용량 데이터를 빠르게 읽을 수 있는 장점이 있지만, 패리티 디스크의 병목 현상과 쓰기 성능 저하로 인해 오늘날에는 잘 사용되지 않으며, RAID 5와 같은 개선된 방식이 주로 채택됩니다.