레이드 5 (Raid-5, Raid-Z1) 에서 디스크 두개가 동시에 고장날 확률은 얼마나 될까?

RAID-Z1(RAID 5와 유사한 ZFS 패리티 기반 구성)에서 리빌딩 중에 두 번째 디스크가 고장날 확률은 여러 요인에 따라 달라지지만, 이를 "디스크 고장 확률"과 "리빌딩 과정의 취약성" 관점에서 살펴보면 다음과 같습니다.

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1. 디스크 고장 확률에 영향을 미치는 주요 요인

(1) 디스크의 신뢰성 (MTBF)

• 디스크의 평균 고장 시간(MTBF, Mean Time Between Failures)은 제조사가 보증하는 신뢰성을 나타냅니다.
  • 예: 보통 하드디스크는 MTBF가 1백만 시간 이상으로 표기되지만, 이는 실제 사용 환경에 따라 다를 수 있습니다.
• 일반적인 경우, RAID-Z1에 사용되는 디스크들은 같은 시기에 구매되고, 동일한 환경에서 사용되므로 비슷한 수명을 가질 가능성이 높습니다.
  • 즉, 하나의 디스크가 고장 나면, 다른 디스크도 비슷한 이유로 고장날 가능성이 올라갑니다(예: 제조 결함, 물리적 손상, 동일한 사용 주기).

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(2) 리빌딩 시간

• 리빌딩(복구) 과정은 고장 난 디스크의 데이터를 재구성하는 작업으로, RAID-Z1에서는 남아 있는 데이터와 패리티 정보를 활용하여 고장 난 디스크의 데이터를 복구합니다.
• 리빌딩 작업 중에는:
  • 디스크 I/O 부하 증가: 리빌딩 과정에서 모든 디스크가 과도하게 읽기/쓰기 작업을 하게 되어 추가적인 스트레스가 가해집니다.
  • 리빌딩 시간:
    • RAID-Z1의 리빌딩 시간은 디스크 크기와 데이터량에 따라 달라지며, 오늘날 8TB 이상의 대용량 디스크를 사용하는 경우 리빌딩에 수 시간에서 수십 시간이 소요될 수 있습니다.
    • 리빌딩이 길어질수록 두 번째 디스크가 고장날 확률이 증가합니다.

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(3) URE(Unrecoverable Read Error) 확률

• **URE(비복구 가능한 읽기 오류)**는 디스크에서 데이터를 읽을 때 발생하는 오류로, 일반적으로 대용량 디스크에서 더 큰 문제가 됩니다.
  • 일반적인 하드디스크의 URE 발생률: 1TB당 약 10¹⁴비트당 1번.
  • 8TB 디스크의 경우, 이론적으로 URE가 발생할 확률이 상대적으로 더 높아집니다.
  • 리빌딩 중에 URE가 발생하면 패리티 데이터 복구가 실패할 수 있어 전체 데이터 손실로 이어질 가능성이 커집니다.

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2. 두 번째 디스크 고장 가능성 계산

일반적인 고장 확률 계산은 다음과 같은 가정을 기반으로 합니다:

• MTBF: 디스크 1개의 MTBF이 1백만 시간(약 114년)이고 RAID 구성에 디스크 7개가 사용되었다고 가정.
• 리빌딩 시간: 12TB 디스크 기준으로 리빌딩에 약 12일(2448시간)이 걸린다고 가정.

(1) 디스크 고장 확률 (단일 디스크)

• MTBF 1백만 시간을 기준으로 하면 디스크 1개가 24시간 내에 고장날 확률: 고장 확률=241,000,000=0.0024%(약 1/41,667)\text{고장 확률} = \frac{24}{1,000,000} = 0.0024\% (\text{약 1/41,667})고장 확률=1,000,00024​=0.0024%(약 1/41,667)

(2) 전체 RAID-Z1의 디스크 고장 확률

• 7개의 디스크를 사용하는 RAID-Z1에서 각 디스크의 고장 확률이 독립적이라고 가정하면: RAID 구성 전체 고장 확률=1−(1−0.0024%)7≈0.0168%(약 1/5,952)\text{RAID 구성 전체 고장 확률} = 1 - (1 - 0.0024\%)^7 \approx 0.0168\% (\text{약 1/5,952})RAID 구성 전체 고장 확률=1−(1−0.0024%)7≈0.0168%(약 1/5,952)

(3) 리빌딩 중 두 번째 디스크 고장 확률

• 리빌딩 시간이 약 48시간이고, 리빌딩 중 추가적인 스트레스를 고려해 고장 확률이 2배 증가한다고 가정: 추가 고장 확률≈0.0048%(약 1/20,833)\text{추가 고장 확률} \approx 0.0048\% (\text{약 1/20,833})추가 고장 확률≈0.0048%(약 1/20,833)
  • 하지만 실제로는 디스크 고장 확률이 사용 조건(예: 디스크 I/O 부하, 열, 노후화)에 따라 급격히 변동할 수 있습니다.

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3. 현실적인 고장 확률

• 대용량 디스크 사용 시 더 높은 리스크:
  • 12TB 이상의 대용량 디스크를 사용하는 경우, 리빌딩 시간과 URE 위험으로 인해 두 번째 디스크가 고장날 확률이 실질적으로 더 높아질 수 있습니다.
  • 업계에서는 RAID-5 또는 RAID-Z1을 사용할 때 리빌딩 중 두 번째 디스크 고장 확률이 1~5% 정도로 추정되기도 합니다(대용량 디스크일수록 확률 증가).

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4. 두 번째 디스크 고장 방지를 위한 권장 사항

1. RAID-Z2로 업그레이드:
   • RAID-Z1에서 패리티 디스크 1개를 사용하는 대신, RAID-Z2로 전환하여 2개의 패리티 디스크를 사용하면 리스크를 크게 줄일 수 있습니다.
   • RAID-Z2에서는 최대 2개의 디스크가 고장 나도 데이터를 복구할 수 있습니다.
2. 정기적인 디스크 검사 및 교체:
   • SMART 검사를 사용하여 디스크 상태를 정기적으로 모니터링하고, 수명이 다한 디스크는 미리 교체.
3. 백업 유지:
   • RAID는 데이터 가용성을 높여주지만, 데이터 손실 가능성을 완전히 제거하지는 못하므로 중요한 데이터는 별도의 백업을 유지해야 합니다.

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결론

RAID-Z1에서 리빌딩 중 두 번째 디스크가 고장날 확률은 상대적으로 낮지만, 대용량 디스크와 리빌딩 시간 증가로 인해 그 위험은 무시할 수 없습니다. 이를 방지하려면 RAID-Z2 또는 백업을 활용하는 것이 더 안전한 선택입니다.