[과제] 인프라 엔지니어의 교과서 2장

강세준·2023년 2월 9일
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서버의 종류

서버는 냉방 소음, 바닥 하중 등을 고려해 설치해야 한다.

  • 랙 마운트형 서버 : 서버 데이터 센터 or 서버 룸에 설치된 랙 안에 설치
    • 19인치 랙에 수용하는 것을 전제함
    • 1U(높이 1.75인치) 2U와 같이 유닛 단위 사이즈가 정해짐
    • 엔트리 서버는 1U 미들레인지 이상은 2U 사이즈 이상일 가능성이 높다
  • 타워형 서버 : 사내 서버 룸 or 사무실, 점포등에 설치
  • 엔트리 서버 : 주로 웹, 애플리케이션 서버에서 이용
    • 소켓 단위로 1~2개의 CPU를 탑재할 수 있는 서버
  • 미들레인지 서버 : 주로 데이터베이스 서버나 기간계 서버에 이용
    • 소켓 단위로 4개 이상 CPU 탑재, 하이엔드에 속하지 않는 서버를 의미한다
    • 기간계 시스템(기업 업무 시스템) : 기업 경영을 지속하는 재무, 업무, 생산등의 관리를 담당하는 시스템
  • 하이엔드 서버 : 데이터베이스 서버나 기간계 서버에 이용
    • 소켓 단위로 수십 개 이상의 CPU 탑재 가능
  • IA 서버 : 인텔 호환 CPU를 탑재하고 일반 컴퓨터와 같은 아키텍처 기반의 서버
    • 업체, 기종에 따라 모양 기능에 차이가 있을 수 있다.
    • 데이터 센터의 랙에 서버가 잘 장착되는지 여부, 설치할 수 있는 부품 수, 장애 발생 시 지원 체계,
      원격 제어 기능, 납기 등을 고려해야한다.
  • 엔터프라이즈 서버 : 기간계에 사용되는 서버
    • 고가에 다룰 기회가 거의 없을 확률이 높으므로 업체에 방문해 선택할 수 있다.

서버와 일반 컴퓨터의 차이
서버와 일반 컴퓨터 모두 부품 구성은 같다.
서버는 24시간 365일 기동되는것을 전제하기 때문에 고장에 대한 대응이 좋고 장착할 수 있는 하드웨어 자원이 많다, 서버에는 서버용 운영체제를 설치하는 것이 안정성이 높다
일반 컴퓨터는 개인의 이용을 목적으로 하기 때문에 그래픽이나 음향 등 멀티미디어 기능에 충실함

서버 선정

  • 서버의 조건 : 서버 사양을 결정할 때 필요한 하드웨어 자원 사용량을 결정하고 요소들을 결정한다.
항목선택지
CPU주파수, 소켓 수, 코어 수, 캐시 용량, 가상화 지원등
메모리용량, 전송 속도, 매수 등
디스크용량, 회전 수, 하드디스크 또는 SSD 등
RAIDRAID 1/5/10...
PSU총 와트 수,비 이중화, 이중화
보증 기간보증 년도
지원 수준X시간 온사이트 Or 영업일 등
확장성메모리 소켓 수, PCI 슬롯 수, 디스크탑재 수 등
물리적 사이즈1U, 2U, 4U 등
무게경량 초중량 등

  • 서버 사양 결정 방법

    • 실제 환경을 시험적으로 구축해 측정 결과 보고 판단(기간계 시스템)
    • 임시로 결정한 서버 사양 기기를 현장에 투입해 실제 하드웨어 자원 이용 상황을 측정한 이후 부품 개수 조절(온라인 게임 런칭 전)
    • 소거법으로 사양을 좁힌다.(서비스의 성질이 정해져 있을때)

  • Scale out, scale up

    • scale out : 성능이 부족해지면 서버의 수를 늘려 수용량을 늘리는 방법
    • scale up : 성능이 부족해지면 메모리 증설, 부품을 상위기종으로 추가/교환하여 서버 성능을 높히는 방법

  • 업체 선정

    • 서버 업체로 부터 견적을 받아 가격, 서비스를 종합적으로 판단

업체별 원격 제어 기능명칭
DELL : DRAC(Dell Remote Access Controller), HP : iLO(integrated Lights-Out)
IBM : IMM(Integrated Management Module), NEC : EXPRESSCOPE 엔진

CPU

  • 연산을 대량으로 빠르게 처리하는 장치

  • CPU는 연산 능력이 높으면 높을수록 고성능 CPU로 분류된다.
    과거에는 동작 주파수를 올리고 발열, 소비 전력도 같이 커져 문제였지만 최근에는 동작 주파수는 어느 수준으로 억제하고 하나의 CPU로 동시처리 가능한 연산 개수를 늘리는 멀티코어 멀티스레드 같은 방식을 사용하고 있다.

  • CPU 용어

CPU 용어설명
소켓 수물리적인 CPU 개수
코어 수CPU의 주요 계산 부분, 멀티코어(복수의 코어)
스레드 수하나의 코어에서 처리할 수 있는 수
동작 주파수RAID 1/5/10...
캐시CPU 메인 메모리 사이에 존재, 자주 액세스하는 데이터를 저장해
CPU처리 성능을 높힌다.
하이퍼 스레딩하나의 코어로 두 개의 처리를 실행할 수 있는 기술
터보부스트 기술CPU의 속도를 자동으로 기준 클럭보다 빠르게 동작시키는 기능
전혀 일을 안하는 코어가 있을 때, 일을 하고 있는 코어를 클럭 업 시키는 기술
  • CPU 선정 포인트 : 성능, 가격, 사용할 소프트웨어의 라이센스 체계, 소비전력등을 고려

메모리(DDR3 기반 설명)

  • 메모리는 일시적으로 데이터를 기억할 수 있지만 전원이 공급되지 않으면 데이터가 모두 지워진다
    메모리에서 가장 중요한 요소는 메모리 용량 크기 이후 내장애성, 성능, 저전력 등이 중시된다

  • 성능 : 메모리 자체 속도 및 CPU와 각종 버스 간 데이터 전송폭을 모두 고려한다.
    ex ) DDR3-1600 뒤의 1500이 1600MHz로 동작하는 것을 의미한다.
    모듈 데이터 전송 속도는1600MHz x 8bytes = 12,800MB / sec = 12.8GB/sec가 된다.

  • 메모리 용어

    • 슬롯 : 메인보드에 있는 메모리의 삽입구

    • ECC 메모리 : 비트 반전 오류가 발생시 자동으로 보정, 감지하는 패티리 정보가 추가된 메모리
      수백 대를 넘어서는 서버들을 운영하다 보면 메모리 고장이 발생할 수 있고 메모리 고장이 발생하면 운영체제 수준에서 이상 종료되지만 ECC 메모리를 사용하면 메모리 고장(비트 발생 오류)이 발생해도 메모리 스스로 바로 잡는다.
      일반 적으로 ECC 메모리와 비 ECC 메모리는 섞어 사용할 수 없다.(서버에 따라서는 섞을 수 있다.)

    • 채널 : CPU와 메인보드의 칩셋이 복수의 채널을 지원하면 채널별로 같은 종류의 메모리를 탑재해 데이터 폭을 넓히고 성능을 높힐 수 있다.(단일 64bits, 듀얼 128bits 트리플 쿼드 ...)
      다중 채널을 실현할 때 각 프로세서 메모리 구성은 동일해야 한다.

    • 랭크 : 메모리 컨트롤러가 메모리의 DRAM에서 데이터를 입출력하는 단위
      메모리는 DRAM 칩의 조합으로 구성된다. 싱글 랭크는 하나의 DRAM칩(64bit + ECC용 8bit = 72bit)이 탑재해 있다.
      메모리 컨트롤러가 다를 수 있는 랭크 수는 제한이 있고 랭크 총 사용 수가 많아지게 조합하면 액세스 성능이 향상된다.

    • UDIMM : 버퍼가 없는 DIMM(Dual In Memory Module)이고 일반 컴퓨터용 메모리의 대부분으로 이용된다.

    • RDIMM : 레지스터 DIMM이고 클럭과 주소등의 제어신호를 버퍼 회로가 가져온다. 주로 서버용 메모리로 사용되지만 버퍼 회로가 끼어들어 딜레이가 증가하여 액세스 속도가 UDIMM보다 약간 떨어진다.

    • LDIMM : RDIMM을 발전시킨 방식 메모리 컨트롤러와 메모리 칩 사이 모든 통신이 버퍼 회로를 매개로 이루어짐

    • LV : LV(저전압) 일반 메모리보다 전압을 낮추어 저전력을 실현한 메모리이다.

  • 메모리 삽입 방법

    • 각 프로세서의 메모리 구성은 같아야 한다
    • RDIMM과 UDIMM은 섞어 쓸 수 없다.
    • 각 채널에 탑재하는 메모리는 같은 종류로 이루어져야 한다
    • 저전압 메모리와 저전압이 아닌 메모리는 섞어 쓸 수 있을 때가 많다
    • 원칙적으로 ECC와 비 ECC 메모리는 섞어 쓸 수 없다

  • 메모리 선정 포인트

    • 용량, 성능, 확장성등을 고려

디스크의 종류

  • SATA, SAS, FC하드 디스크 존재
    SATA는 8시간 정도의 가동 용도로 사용하나 SAS는24시간 365일 가동 용도를 가지고 사용한다.
인터페이스 이름SATASASFC
최대 전송 속도6Gbit/s(2.1) 6Gbit/s
(3.0) 12Gbit/s		8Gbit/s
최대 테이블 길이1m8m30m
접속 토폴로지호스트와 1:1스타형루프형
접속 가능 수1대128대126대
다중 링크미지원지원지원
커맨드ATASCSISCSI
  • 그 외 디스크
    • 니어라인 디스크 : 온라인과 오프라인의 중간 상태에(니어 온라인) 적합한 하드디스크 주로 아카이브의 장기 보존 용도를 전재로 하루에 몇 시간 정도의 이용을 목적으로 한다.
    • SSD : 저전력에 빠르지만 하디디스크보다 용량 단가가 몇십 몇백배 더 비싼 반도체 소자 메모리 기반 디스크
      쓰기와 지우기를 반복하면 성능이 떨어지고 수명이 깎이고 업무용이 가정용보다 기록횟수가 많다.
      SLC(Single Level Cell) : 기억 소자 하나에 1bit 데이터 기록하여 쓰기 속도가 빠르고 다시 쓰기 가능 횟수가 많다. 대신 가격이 비싸다
       MLC(Multi Level Cell) : 기억 소자 하나에 2bit 데이터 기록하여 대용량으로 만들기 쉽지만 쓰기 속도가 느리고 다시 쓰기 가능 횟수가 적다.
      * 엔터프라이즈 플래시 메모리 스토리지 : 비휘발성 메모리(NAND)가 사용된 초고속 저장 장치
      SSD는 SATA 인터페이스로 연결하지만 엔터프라이즈 플래시 메모리는 PCI Express 인터페이스로 연결하는 것이 많다.

RAID

  • RAID 레벨 : 0부터 6까지 일곱 가지가 존재 그리고 10(1+0),60(6+0)과 같이 레벨을 조합할 수 있다.
RAID설명용도
0내장애성이 없는 디스크 어래이디스크 I/O의 성능을 높힐 떄 사용
1이중화(미러링)내장애성이 높다
2비트 단위 전용 오류 보정 부호 드라이브거의 사용 x
3비트/바이트 단위 전용 패리티 드라이브거의 사용 x
4블록 단위 전용 패리티 드라이브거의 사용 x
5블록 단위 패리티 정보 기록저장 용량을 넉넉하게 확보하고자 할때 사용
파일 서버나 로그 저장 등에 사용
6블록 단위 두 가지 패리티 정보 기록RAID5와 용도는 같지만 내장애성이 더 높다
10RAID1을 스트라이핑내장애성 디스크 I/O 성능 모두 만족 시 사용
데이터베이스 등에 사용
50RAID5를 스트라이핑저장 용량 확보 디스크 I/O성능 모두 만족 시 사용
파일 서버나 로그 저장 등에 사용
60RAID6을 스트라이핑저장 용량 확보 디스크 I/O성능 모두 만족 시 사용

  • RAID 성능

    • RAID를 통해 서버와 스토리지 사이에 주고 받는 데이터 읽기 쓰기 성능인 디스크 I/O의 성능을 높힐 수 있다.
      1초당 처리할 수 있는 I/O 수치를 IOPS라고 칭한다.
      디스크를 병렬 적으로 사용하면 이론 상 사용 개수 만큼 배로 빨라지고 디스크 수를 스트라이핑 개수라고 한다.
    • 대용량의 디스크는 RAID5 or RAID10이 검토된다.
      RAID5는 느리지만 용량이 더 많고 RAID10은 빠르지만 용량이 더 적다

  • RAID5와 RAID6

    • RAID 5 : 패리티 정보를 한 종류만 이용, 속도가 RAID6보다 빠르지만 내장애성은 낮다
    • RAID 6 : 패리티 정보를 두 종류 이용, 속도가 RAID보다 느리지만 내장애성은 높다
      단 RAID구성이 깨져 데이터 복구를 하면 패리티 정보 해석의 부담으로 RAID5보다 복구 가능성이 낮다

가상화

한대의 물리서버에서도 여러 개의 게스트 운영체제를 가동할 수 있는 것(서버 가상화)

  • 물리 서버와 가상 서버의 특징

    • 물리 서버 : CPU 사용률 디스크 I/O부하, 디스크 사용 용량이 많은 용도에 적합
      데이터베이스 서버, 애플리케이션 서버
    • 가상 서버 : CPU 사용률 디스크 I/O부하, 디스크 사용 용량이 적은 용도에 적합
      웹 서버, 개발 서버, 메모리 DB

  • 물리 서버를 가상화 할때의 장점과 단점

    • 장점
      • 비용을 줄일 수 있다
      • 게스트 운영체제의 하드웨어 자원을 쉽게 늘리거나 줄일 수 있고 물리 서버가 노후화되어 새 하드웨어로 교체시 새 가상환경을 구성하면 쉽게 옮길 수 있다.
    • 단점
      • 다른 게스트 운영체제가 하드웨어 자원을 많이 사용하면 다른 게스트 동작이 불안정해진다
      • 관리가 쉽지 않아 한 번 만들어진 게스트 운영체제가 이후에도 삭제되지 않을 수 있다.

  • 가상화 모델

    • 호스트 운영체제 타입 : 일반 운영체제에 게스트 운영체제 관리방식, 구현이 쉽지만 동작 오버헤드가 생겨 동작 속도가 떨어질 때가 있다.
    • 하이퍼바이저 타입 : 중간에 개입하는 운영체제가 없어 빠른 동작속도를 낼수 있다.
    • 서버 용도로는 하이퍼 바이저 개인 용도로는 호스트 운영체제 타입을 사용하는 경우가 많다

  • 가상화 환경의종류

    • 상용 소프트웨어
      • VMware vSphere(VMwware)
      • Hyper-V(Microsoft)
    • 오픈 소스
      • Xen(Linux)
      • KVM(Red Hat 자회사)

  • VMware vSphere

    • 일반적으로 VMware vCenter Server 구매
    • 물리 서버에 설치된 CPU의 개수만큼 라이선스 필요

  • Hyper-V(Window Server 2012)

    • DataCenter Edition을 통해 추가 비용없이 Window Server를 게스트 운영체제로 가동
    • 라이선스당 호스트 운영체제에 탑재 가능한 물리 CPU개수는 2개까지

  • Hyper-V(Hyper-V Server 2012)

    • GUI환경이 아닌 CLI에서 관리해야 한다.
    • 게스트 운영체제로 가동할 Window server의 라이선스를 별도로 구매할 필요가 있다.

  • Xen

    • 캠브리지 대학교 연구 프로젝트로 시작되었다.
    • Amazon EC2에서 사용하고 있다.
    • 커널 3계열에서는 커널 변경 없이 호스트 운영체제/게스트 운영체제 어느 것이나 이용할 수 있다.

  • KVM

    • 이스라엘 쿰라넷사에서 개발되었다.
    • 레드헷 리눅스(RHEL) 버전 6 이후로 Xen 지원을 중단하고 KVM만 지원하고 있다.

  • 가상화 환경 선택방법

    • VMware, Hyper-v : 윈도우, 리눅스가 섞인환경은 VMware, 윈도우 중심에서는 Hyper-v를 선택하는것이 비용적으로 좋다.
      또는 조작해보고 쓰기 쉬운 쪽으로 고르는 것이 좋다
    • Xen, KVM : 리눅스 중심에 초기비용을 들이지 않을 때 선택하기 좋다. KVM은 RHEL을 사용할 때 선택하는 것이 최선이다.

클라우드 : Iaas

  • Saas : 애플리케이션을 서비스로서 제공

  • Paas : 애플리케이션 실행 환경을 서비스로 제공

  • Iaas : 시스템 인프라를 서비스로 제공

  • Iaas 특징

    • 사내에 물리 서버를 두지 않아도 사용할 수 있다 따라서 물리적 제약 의식 없이 서버 증강이 가능하다
    • 이용 신청시 단기간에 운영체제가 설치된 상태로 사용할 수 있다.
    • 사용한 만큼 비용이 발생하는 종량과금제이고 사내에서 서버 자산을 소유하지 않기 때문에 감가상각 처리 없이 클라우드 이용료는 그대로 비용 처리 할 수 있다.

  • 클라우드 환경에서 인프라 이용

    • Iaas는 클라우드 업체로 서버의 인스턴스나 물리 서버의 사용권을 빌려 원격으로 설정하여 서버의 기능을 사용할 수 있다.

  • AWS

    • Iaas에서 가장 영향 영향력 있는 미국 아마존사의 웹 서비스
    • 핵심 서비스는 가상 서버(EC2)와 가상 스토리지(S3)이다.
    • EC2는 1시간 단위의 종량과금제, S3는 월 단위 종량과금제를 채택하고 있다.

  • 클라우드와 서버 운영

    • 클라우드의 약점
      • 클라우드 환경을 가상화 기술로 제공하는 클라우드는 스케일 업에 약하다. 최근에는 데이터베이스 용도의 서버만 가상 서버가 아니라 물리 서버로 제공하는 업체가 있다.
      • 물리 서버 관리 책임이 클라우드 업체에 있어 물리 서버 장애 발생 시 대처가 힘들다.
      • 클라우드 업체 착오로 데이터가 소실될 위험이 있다.
    • 클라우드에 맞지 않는 용도
      • 기밀 정보 저장 : 기밀 정보 유출이 될 수 있다.
      • 대용량 파일 전송 : 인터넷을 통해 데이터가 흘러 사내 서버보다 파일 전송이 느리다
      • 대규모 시스템 : 시스템 규모가 커지면 직접 장비를 보유하는 편이 비용면에서 유리하다
    • 업체 선택법
      • IT 인프라를 자사에서 구축, 관리 하는 기술있는 회사 : 각 지표를 종합적으로 비교해 선정
      • IT 인프라를 자사에서 구축, 관리할 수 없을 때 : MSP나 개발 회사에 인프라 운용 대행 위임할 때 추천 업체를 제안받는다.
    • 회계 처리
      • Iaas를 사용하면 자금에 여유가 없는 기업의 자금 융통이 편해진다.

패리티 비트란?
RAID 자세히 정리
Saas Paas Iaas 자세히 정리

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