스마트폰에서 구동되는 앱과 컴퓨터, 스마트폰에서 볼 수 있는 홈페이지는 우리가 흔히 알고 있는 어디인지 장소는 모르지만 "서버"에서 구동이 된다.  예전 초기 인터넷 시대에 간단한 홈페이지 정도를 띄우기 위한 웹서버가 전부였다면  현재는 여러가지 분야 혹은 단계로 진화하여 독자적인 에코 시스템까지도 만들어져 있는데 특히나 최근 들어서는 딥러닝 등에서 서버가 활용 되면서 서버의 종류 그리고 역할들 무궁무진하게 많아졌다.  이렇게 서버가 다양한 역할을 가지게 된 가장 큰 이유는 빨라진 회선속도과 서버 관련 하드웨어의 발전이 적지 않은 영향을 미쳤으나 특히나 최근 4G 에 이서 5G 까지 빠른 무선 데이터 서비스가 시작되면서 스마트폰에서 보다 빠른 네트워크를 활용할 수 있는 시대를 맞이 하게 되었다. 

빨라진 네트워크 속도에 맞추어서 서버에서는 개인들이 요구하는 데이터들을 빠르게 보여 주어야 하는데 사용자들의 라이프 스타일에 따른 사용 패턴 및 흔히 알아낼 수 있는 결과값 등, 이것을 1차적으로 해결하기 위해서는  데이터 베이스 서버의 성능이 가장 빨라야 한다.  이 처럼 빠른 결과를 보여줄 수 있는 방법은 소프트웨어적인 코딩의 최적화 (예를 들어 서버에서 가장 높은 프로세싱 성능과 스토리지 성능을 요구하는 퀴리의 구조 개선) 등을 할 수도 있지만 또 다른 방법은 과감하게 빠른 하드웨어를 투입하는 것이다.  특히나 비약적인 프로세서 멀티 코어 숫자의 증가와 더불어서 서버에서도 가장 크게 발목을 잡아 병목현상을 일으켰던 스토리지 입출력 부분에서도 낸드 플래시 기반의 SSD와 PCIe 레인을 활용한 스토리지가 나오게 되면서 기존의 구식 소프트웨어 환경을 그대로 유지하면서도 원하는 결과를 빠르게 뿌려줄 수 있게 되었다. 

▲ 브레인박스에서는 최근 홈페이지의 개편을 준비하면서 기존 구형 제온 (6코어 /12 스레드) 프로세서 탑재 서버를 지온 E5 시리즈 프로세서가 탑재된 Dell R630 1U 서버로 교체하였다.  

브레인박스에서는 어느 정도 프로세서의 성능이 확보된 델의 제품을 구입하게 되면서 적지 않게 스토리지를 어떻게 구성을 해야 하는가에 대해 고민하게 되었는데 최근 서버들은 3.5 인치 기반의 하드디스크 등을 사용하기 보다라는 2.5 인치 기반의 하드디스크 혹은 HDD 들을 사용하는 경우가 휠씬 많았다는 사실을 알게 되었는데 이는 서버의 두께를 줄이면서 공간을 절약하며 SSD 라는 빠른 입출력 스토리지가 이제는 대중화가 되었기 때문이었다.  그래서 이번 브레인박스에서도 새롭게 구입하게된 델의 R630 서버의 경우도 이 환경에 최적화가 된 서버이며 서버 구매시 선택 옵션에 따라 4개에서 최대 10개 정도의 2.5 인치 하드디스크 베이가 장착되어 있는 제품을 선택하여 구입할 수 있다.   브레인박스에서는 델 R630 이라는 서버에 8개의 2.5 인치 베이를 가진 제품을 주문하게 되었다. 

■ 씨게이트 엔터프라이즈 2.5인치 SAS SSD, NYTRO 시리즈

서버 및 워크스테이션 등에 사용되는 엔터프라이즈 SSD 들은 조금은 독특한 용량 체계로 판매가 되는데 200GB, 400GB, 800GB, 1.6TB 등 4배 단위로 제품군이 형성된다. 따라서 이 씨게이트 나이트로 시리즈 역시 비슷한 용량 단위로 라인업을 형성되어 있다.  나이트로 제품의 경우는 NYT 3731 / 3531 / 3331 / 3131 등으로 또 다시 라인업 구성이 되는데 공통적인 스펙으로는 기본적인 인터페이스는 SAS 16G 를 지원하여 연속 읽기는 2,200MB/s, 쓰기의 경우는 1.550MB/s 정도로 동일히다.  하지만 라인업의 구분은 "제품의 내구성"에 따라 나누어지는데 위 나이트로 라인업은  순서대로 10DWPD / 3DWPD / 1 DWPD / 0.8 DWPD 를 갖는다.   

그리고 기사의 아랫 부분에 조금 더 이야기 하겠지만 델 서버의 경우 대부분 SAS 하드디스크를 연결할 때 다양한 레이드 레벨을 지원함과 동시에 별도에 하드웨어 캐시 (DDR3 1GB ~ 3GB 옵션에 따라) 가 장착되기 때문에 위에서 설명을 했던 부분이 SAS 컨트롤러의 옵션에 따라 읽기 혹은 쓰기가 더 빠르다. 그 만큼 서버에서 프로세서의 성능도 물론 중요하지만 항시 많은 데이터를 쓰고, 읽어야 하는 스토리지의 성능 역시 서버의 전체적이 성능을 평가하는데 상당히 중요한 요소이다.   결과적으로는 일반적인 데스트탑 컴퓨터에 비해 스토리지에 빠른 성능을 내기 위해 보다 적극적인 방법을 취하고 있다고 이해하면 될 듯 하다.   

▲ Dell 서버에는 SAS 디스크들을 제어하기 위해 Dell PERC(PowerEdge Expandable RAID Controller) H730 mini SAS 컨트롤러가 기본 포함된다.  (디스크들의 별도 설정값들을 저장하고 있기 위해 리튬-이온 배터리가 들어간다.) 

■ DWPD (Drive Write Per Day)

엔터프라이즈 SSD는 TBW 보다 확장된 DWPD 라는 단위를 쓴다.  이 단위는 JEDEC 에서 표준으로 지정되어 있는 만큼 서버 스토리지에서는 상당히 중요한 내구성에 대한 정의이다.  그래서 일반적인 유저들에게는 이 단위는 조금 생소할 수 있는데 단어 그대로 해석을 해보자면 하루에 쓸 수 있는 SSD의 한계치 정도로 이해하면 될 듯 하다.   오늘 기사를 통해 소개하는 나이트로의 가장 높은 내구성을 갖고 있는 나이트로 3731 모델은 10 DWPD 값을 갖는데 이를 역추산 해보면 아래와 같다. 

10 DWPD  = 35,000 (제품의 TB) x 1000 / 365 x 5 (년, AS 기간) x Y  로 계산해볼 수 있는데 NYT 3731 3.2TB 최고 성능 및 용량을 가진 제품의 하루에 쓸수 있는 총 데이터의 기준양인 Y 값은 1,917 GB  이며 10 DWPD 라는 수치는 는 하루에 전체 SSD 용량을 다 쓰고 지울 수 있는 것을 최대 10번까지 가능하다 라는 수치이므로 나이트로 NYT 3731 3.2TB 모델은 SSD 디스크 전체 용량인 3.2TB 를 10번 즉 하루에 32 TB 까지 용량을 쓰고 지우고를 반복해도 그 내구성을 보증한다 라는 이야기가 된다.  이 수치는 서버 치고는 상당히 높지만 많은 트래픽을 유지해야 하는 윕사이트 입장에서 보면 이 역시도 그렇게 큰 수치가 아닐 수 있다.   

■ 엔터프라이즈 2.5인치 SAS Exos 7E2000 2TB

▲ SATA 포트와 SAS 포트의 가장 큰 외형적인 차이점은 전원 커넥터와 데이터 커넥터 사이가 이어져 있으며 그 역시 내부에 별도의 데이터 핀을 갖고 있다.  이를 통해 에러 발생시 모니터링을 비롯한 핫스왑 등을 지원하게 된다.  

델 서버 혹은 워크스테이션을 구입하게 되면 기본적으로 구입하게 되는 플래터 기반의 2.5 인치 SAS 하드디스크인 "EXOS" 는 하드디스크의 가장 기본적인 성능 스펙인 플래터 회전 속도에 따라 3가지 제품군으로 구성된다.  우선 이번 기사를 통해 소개하는 하는 EXOS 시리즈는 가장 기본적이라고 볼 수 있는 7,200 RPM 스펙을 갖고 있으며 상위로는 10,000K (만), 그 위로는 15,000K (만오천) 제품까지 출시된다.  제품의 보증 기간은 모두 5년으로 동일한 SAS 12Gbps 인터페이스로 작동 된다.

■ 델 R630 서버에서 테스트 

이번 기사에서 소개하는 디스크의 성능을 실제로 측정하기 위해 몇가지 방안을 생각하다가 약 4년 중에 출시가 되었던 델의 OEM 300GB 15K SAS 6Gbps 모델과 최근 주력 모델이라고 할 수 있는 델 OEM 의 600GB 10K SAS 12Gbps 그리고 위에서 소개가 되었던 2가지 모델을 가지고 일반적인 테스트 외에 실제 복사, 삭제 등의 테스트를 진행해봤다. 

▲ 5년 정도 지난 15K SAS6 를 지원하는 델의 OEM 2.5 인치 하드디스크 

▲ 최근 주력 모델이라고 할 수 있는 기본 모델인 델 OEM 600GB, 10K SAS 12 Gbps 모델 (이 모델은 씨게이트의 Exos 10E2400 과 동일한 제품이다.) 

■ 서버의 스토리지의 기본은 미러링으로 부터 (RAID 1)  

앞서 설명한 델의 대부분 서버들은 PERC 시리즈의 SAS 컨트롤러를 내장하고 있는데 기본적으로 RAID0, 1, 5, 6, 10, 50, 60 정도까지를 지원해 준다.  오늘 기사에서 레이드의 종류별 설명 등을 이야기 하자면 길어질 듯 하지만, 인텔 및 AMD 프로세서를 사용하는 일반적인 데스크탑 컴퓨터에서 비교적 익숙한 레이드0 과 레이드1 를 사용할수 있다.  레이드0 의 경우는 2개의 동일한 물리적 디스크를 하나의 커다란 논리적 디스크로 만들어 주어 마치 하나의 큰 하드디스크를 사용하는 것 같이 만들어 주는데 2개의 입, 출력을 병렬적으로 사용하므로 파일의 입출력시 상대적으로 빠른 성능을 낸다.  그리고 레이드1 의 경우는 동일한 스펙을 가진 2개의 물리적 디스크를 마치 하나의 디스크 처럼 저장해 주는데 하나의 파일을 동시에 서로 다른 디스크에 저장이 되므로 마치 거울에 미친 형상 처럼 2개의 디스크를 사용한다.  레이드1를 미러링 이라고 부른다. 

그래서 대부분의 서버에서는 빠른 속도보다는 안정성 있는 디스크 구성을 위해 RAID 1 (미러링)을 주로 사용하며 2개의 디스크를 마치 하나로 사용하다 보니 그 절반의 용량만을 사용할 수 없지만 공간의 낭비라는 측면 보다라는, 1년 365일 구동이 되는 서버에서 매번 디스크의 상태를 확인할 수 없으며 또한 서버에서 가장 큰 재앙은 바로 하드디스크 혹은 SSD의 물리적인 손상으로 인해 전체적인 데이터를 모두 잃어버리는 경우가 적지 않기 때문에 이 위험을 최소화 하기 위해 그리고 1차적인 데이터 (컨텐츠)의 보호를 위해서는 미러링 구성이 최적으로 사용한다.  게다가 최근 들어서 더더욱 이 방식을 각광받는 이유는 바로 SSD 혹은 PCIe 레인을 활용하는 스토리지가 속도가 비약적으로 상승되었기 때문에 2개를 레이드0 으로 묶어 위험요소를 가지고 있어야할 필요가 사실상 없어졌기 때문이다. 

▲ 레이드 구성을 이루었던 하나의 디스크가 물리적으로 망가지거나 제거가 되어도 남아 있는 하나의 디스크로 정상적인 작동을 할 수 있다.   만약 고장난 디스크를 제거하고 동일한 새로운 디스크를 장착하게 되면 다시 레이드1 의 통해 데이터 리빌딩이 가능히며 이와 반대로 2개의 레이드1 디스크를 하나로 분리도 가능하다.  (이 미러링을 리-빌딩할 때는 디스크에 저장되어 있는 데이터 용량에 따라 많은 시간이 걸린다는 것을 참고하자.)  

▲ 테스트로 사용된 델 R630 서버는 2개의 지온 E5-2698 V3 (16코어 / 32스레드)가 사용되었으며 DDR4-2133 REG-DIMM 128GB 이 쿼드 채널로 구성되어 있다. 

그리고 복사할 때 연속 읽기 쓰기 및 작은 파일의 랜덤 액세스 시간을 실측 하기 위해 복사 테스트가 이루어졌다. 

연속 쓰기 : 약 43GB 의 7zip 압축 파일 시간 측정

랜덤 쓰기 : 약 50GB의 약 47만개 파일 시간 측정

지우기 (휴지통으로 이동) : 약 50GB의 약 47만개 파일 시간 측정

■ 델 구형 SAS6, 15K 300GB 하드디스크

▲ 무려 5년 전의 제품이라고 하기엔 놀라울 정도의 연속 읽기 속도를 보여주는데 디스크의 빠른 회전 속도도 있지만 컨트롤러에 붙어 있는 읽기 캐시의 영향을 적지 않게 받고 있다.   

▲ 디스크에 과부하를 주기 위해 더티테스트를 진행했으며 디스크의 랜덤 액세스 속도를 확인하기 위해 HDTUNE 프로그램을 활용하였다.  

더티 테스트 결과 : 평균 속도 199 MiB/s 

512KB / 4KB 랜덤 액세스 타임 :  4.322ms / 4.229ms

■ 델 SAS12, 10K 600GB 하드디스크 (씨게이트 Exos 10E2400) 

▲ 연속 읽기의 경우 650MB/s, 연속 쓰기의 경우는 350MB/s 정도의 성능이 측정되었는데 앞서 봤단 15K SAS 드라이브에 비해 낮은 10K RPM 에도 불구하고 쓰기 성능은 약 100MB/s 정도 향상되어 있었다.  이 부분은 SAS 12Gbps 를 지원하는 부분 으로 인한 것이 아닌가 싶다. 

▲ 디스크에 과부하를 주기 위해 더티테스트를 진행했으며 디스크의 랜덤 액세스 속도를 확인하기 위해 HDTUNE 프로그램을 활용하였다.  

더티 테스트 결과 : 평균 속도 185 MiB/s 

512KB / 4KB 랜덤 액세스 타임 :  6.062ms / 5.945ms

디스크의 회전 속도에 의해 적지 않게 영향을 미치는 랜덤 액세스 속도는 15K SAS 디스크에 비해 낮은 속도인 10K 를 가진 탓에 1 ~ 2 ms 정도 늦은 성능을 보여주었다. 

■ 씨게이트 SAS Exos 7E2000 2TB 

▲ 7,200RPM 의 낮은 속도를 갖고 있는 탓에 크리스탈디스크 마크의 스코어는 그렇게 좋지 못했다.  연속 읽기 속도는 약 450MB/s 정도 였으며 연속 쓰기 성능의 경우는 190MB/s 정도 였다.   

더티 테스트 결과 : 평균 속도 181 MiB/s 

512KB / 4KB 랜덤 액세스 타임 :  10.230ms / 10.104ms

7,200 RPM 의 비교적 낮은 속도를 갖고 있어서 상대적으로 랜덤 액세스 속도가 느리나 전체적으로는 이 디스크의 역할을 서버에서 메인으로 사용되기 보다라는 백업 및 기타 파일들을 저장하기 위한 가성비 위주로 세팅이 된 제품이라고 볼 수 있을 듯 하다.  

■ 씨게이트 엔터프라이즈 2.5인치 SAS 12Gbps SSD, NYTRO 3531 1.65TB 

▲ SAS 12Gbps 인터페이스로 연결된 나이트로 SSD는 연속 읽기 성능은 빠른 SSD의 성능과 레이드 컨트롤러의 캐시 메모리로 인해 NVMe Gen3 x4 정도에 해당되는 연속 읽기 성능을 낸다.  무척이나 인상적인 성능이며 연속 쓰기 등의 성능도 상당히 높게 측정이 되었다. 

더티 테스트 결과 : 평균 속도 888 MiB/s 

512KB / 4KB 랜덤 액세스 타임 :  0.067ms / 0.075ms

SSD의 무서움을 볼 수 있는 것은 연속 읽기 쓰기 외에 더티 상태 그리고 랜덤 액세스 속도가 플래터 기반의 하드디스크와 비교조차가 불가능할 정도로 빠른 성능을 냈다.  이 랜덤 액세스 성능이 기본적인 웹서버 혹은 / 앱서버 등에서 유용한 이유는 홈페이지의 경우는 보안상의 이유로 세션 파일과 토큰 등의 연결 방법으로 서버와 클라이이언트 (컴퓨터 혹은 스마트폰)의 정보를 저장하기 때문이다.  문제는 이 파일의 크기가 상당히 작고 여러 개이기 때문에 플래터 기반의 하드디스크의 느린 랜덤 액세스 속도는 자칫 접속한 사용자들에게 느린 느낌을 줄 수 있기 때문이다. 

▲ 실제 브레인박스 홈페이지의 경우는 하루에 생성되는 세션 파일이 3만에서 8만개 정도로 파일 사이즈는 40바이트에 불가하지만 윈도우 상에서는 1KB 정도 용량을 차지한다.  하나의 세션 파일이 하나의 접속자를 의미하기 때문에 서버에 입장에서는 클라이언트와 맺는 이 세션 파일 액세스가 빠를 수록 홈페이지에 접속하는 분들이 빠른 속도로 홈페이지를 로딩할 수 있다. 

자, 마지막으로 각기 디스크들의 레이드1 (미러링) 상태에서 압축된 하나의 파일을 복사 및 삭제 등이 완료된 시간을 정리해 보면 아래와 같다. 

서버 등에서 많은 분들이 실제로 서버에서 많은 작업을 할 때 파일의 복사를 기본적으로 많이 할 것이다.  50GB 용량의 파일을 압축하여 45GB 정도의 파일로 만들었을 때 운영체제가 설치되어 있는 디스크에서 해당 파일을 복사 했을 때 실제 걸리는 시간을 측정해 봤다.  각기 테스트 들은 초 단위로 측정이 되었으며 빠른 시간이 걸린 제품이 우수하므로 그래프의 크기가 낮을 수록 높은 성능을 가진 제품이다. 

우선 결과적으로하나의 파일을 연속적으로 쓰기를 했을 때 각기 디스크들이 상당히 빠른 성능을 보여주었는데 엔터프라이즈용 하드디스크 자체가 상당히 높은 RPM 으로 구동 되다 보니 그 속도 차이가 생각외로 크지 않았다.  가장 빠른 복사 속도를 낸 것은 낸드 플래시 기반의 NTYRO 모델이었다.  

두번째로 랜덤 액세스 성능을 확인해 볼 수 있는 47만개 파일의 복사 테스트 및 해당 파일을 그대로 삭제하는 (휴지통으로 이동) 테스트가 진행되었다.  여기에서도 앞서 봤던 결과와도 비슷하게 낸드 플래시 기반의 스토리지가 가장 빠른 시간에 작업을 완료 했으며 15K 하드디스크, 10K 하드디스크 마지막으로 7K 의 회전 속도를 갖고 있는 EXOS 70E2000 순으로  복사 작업 시간이 빨리 끝났다.  두번째로 복사된 파일을 삭제했을 때는 NYTRO 가 가장 빠른 115초가 걸렸으며 그 뒤로 119초로 작업이 마무리된 EXO 70E2000 모델이 그 뒤로 2개의 하드디스크가 뒤를 이었다. 

■ 엔터프라이즈용 스토리지, 첫째도 안정성 둘째도 안정성 씨게이트 EXOS, NYTRO 시리즈 

다른 매체에서도 조금 다루기 어려운 서버 제품, 흔히 이야기하는 엔터프라이즈 시장의 스토리지에 대해서 오늘은 간단하게 알아봤다.   우선 오늘 기사를 통해 소개했던 2.5 인치 기반의 스토리지 등은 일반적으로 우리가 구입해서 사용할 수 있는 스토리지에 비해 상대적으로 고성능이며 고가이며 높은 내구성을 기본으로 한다.    게다가 데스크탑의 SATA3 와는 다른 진정한 핫스왑이 가능한 SAS 6Gbps 혹은 SAS 12Gbps 규격을 지원한다.  그래서 플래터 기반의 하드디스크 임에도 불구하고 서버 내부의 레이드 컨트롤러와 맞물려서 일반적인 2.5 인치 SSD 와 비슷한 연속 읽기 성능은 600MB/s 대 성능을 보여주었다.  게다가 레이드 1 (미러링)를 사용하더라도 속도의 저하가 없이 높은 성능을 유지하고 있었는데 이 부분도 서버의 레이드 컨트롤러 캐시가 중요한 역할을 한다. 

마지막으로 엔터프라이즈용 스토리지가 속도 적인 부분에서 일반적인 데스크탑에 비해 여러 모로 월등한 점도 있지만, 이런 높은 성능을 뒷받침할 수 있는 가장 큰 이유는 바로 엔터프라이즈 기반의 스토리지가 갖고 있는 "높은 내구성" 을 바탕으로 한다.  

간단하게 예를 들어보면 마치 가정에 있는 냉장고 및 인터넷 공유기 같이 1년 365일 24시간 항상 전기가 들어가 있어 가동이 되어야 하기 때문에 이런 열악한 사용 환경에서 버티지 못한다면 그 피해는 고스란히 서버 소유자에게 가게 되기 저렴한 일반적인 데스크탑용 스토리지를 구입할 수 없고 높은 가격의 엔터프라이즈 제품을 구입하게 되는 이유이다.   시간과 비용적인 측면에서 일반적인 데스크탑용 스토리지를 구입하여 고장 후 추가적인 비용을 줘서 스토리지의 데이터를 복구할 수 있겠지만 금전적인 피해를 두번째라고 치더라도 그 서버 스토리지의 복구하는데 걸리는 시간은 원상 회복이 불가능하다.  

오늘 소개한 씨게이트의 Exos 시리즈 하드디스크와 NYTRO SSD 시리즈는 자체적으로 5년 이라는 긴 보증 기간을 갖고 있으며 업계 최고의 내구성을 보증하는 엔터프라이즈용 스토리지로 다양한 목적을 갖고 있는 서버를 위한 최고의 스토리지이며 델에 OEM 를 납품할 정도로 서버 제조사들에게 인정을 받는 제품이었다.  서버에서 사용할 수 있는 스토리지 플래터 기반의 2.5 인치 SAS 12Gbps 를 지원하는 SSD 및 하드디스크를 선택하고자 한다면 씨게이트의 EXOS 시리즈와 NYTRO 시리즈를 기억해주길 바라면서 이번 기사를 마칠까 한다.