[30호]라즈베리 파이 성능 모니터링 하기

서버를 넘어 디바이스를 향해

라즈베리 파이 성능 모니터링 하기

글 | (주)와탭

라즈베리 파이(Raspberry Pi)는 영국의 라즈베리 파이 재단이 만든 컴퓨터 과학 교육용 싱글 보드 컴퓨터이지만 현재는 많은 IT 프로젝트에서 활용되어 전통적인 IT 제품에서 IoT까지 다양한 분야에서 사용되고 있다.

현재는 라즈베리 파이2가 출시되어 있으며 $35 이라는 저렴한 가격에 구입 가능한 디바이스이다. 사양은 900MHz 쿼드코어 ARM A7 CPU에 1G SDRAM이 들어있다. 라즈베리 파이는 다양한 OS를 지원하고 있는데, 가장 많이 사용되는 것은 데비안(Debian) 리눅스 버전의 일종인 라즈비안(Raspbian) 운영체계이다.

라즈베리 파이 모니터링

전통적인 IT 시장에서 모니터링은 매우 중요한 요소이다. 이것은 IoT 환경에서도 마찬가지인데 디바이스의 상태를 실시간으로 모니터링 하는 것이 안정된 운영을 보장하는 유일한 방법이기 때문이다. 라즈베리 파이 모니터링은 디바이스의 CPU / Network / Disk / Process 의 성능을 측정 할 뿐만 아니라 가동 상태를 알려주고 부하에 이상이 발생하면 알려 줄 수도 있다. 특히 온/습도의 변화와 같은 다양한 환경에서 동작하는 라즈베리 파이와 같은 IoT 디바이스는 외부 환경에 의한 다양한 오류가 발생할 수 있는데, 모니터링은 빠르게 문제를 인지하고 원인을 분석하는데 필수적인 요소이다.

다양한 라즈베리 파이 성능 측정 방법

라즈베리파이의 성능을 측정하는 방법은 다양하지만 가장 쉬운 성능 측정은 라즈비안에서 제공하는 명령어를 사용하는 것이다. 아래와 같은 명령어들이 라즈베리 파이 사양 및 성능을 확인할 수 있는 기본 명령어들이다.

■ top: 프로세스 정보를 실시간으로 알려 준다.
■ vmstat: 시스템의 사용 현황을 요약하여 알려 준다.
■ free: 시스템의 실제 메모리와 스왑 메모리의 사용 현황을 알려 준다.
■ cat /proc/version: Linux 버전 정보를 알려 준다.
■ cat /proc/cpuinfo: cpu에 대한 정보를 알려 준다.
■ cat /proc/meminfo: 메모리에 대한 정보를 알려 준다.

위에 명령어들을 사용하며 라즈비안의 버전과 CPU, 메모리 정보 그리고 프로세스 사용률을 알아낼 수 있다. 하지만 개발이나 운영 중에 단말에 들어가서 시스템의 성능을 측정해야 하는 것은 단점이라 할 수 있다.
두 번째로 소개하는 방법은 RaspControl 이다. RaspControl은 웹 기반 성능측정 시스템이기 때문에 언제든지 웹 환경에서 라즈베리 파이의 상태를 확인 할 수 있다. 하지만 RaspControl을 사용하고자 한다면 우선 라즈베리 파이에 웹 서버를 설치해야 한다.

RaspControl 설치

와탭을 통한 라즈베리 파이 모니터링

위에서 소개한 방법들을 사용해 라즈베리 파이를 모니터링 하기에는 몇 가지 문제가 있는데, 라즈베리 파이의 사활 감시가 사실상 불가능 할 뿐만 아니라 시간별 성능 비교를 할 수 없다는 것이다. 하지만 와탭을 통해 라즈베리 파이를 모니터링 하면 디바이스의 CPU / DISK / NETWORK / MEMORY / PROCESS 정보를 실시간으로 제공 할 뿐 아니라 일정 기간 동안의 이력까지 볼 수 있기 때문에 원인 분석이 가능하다. 뿐만 아니라 디바이스에 문제가 발생하면 메일과 모바일 알림를 통해 문제에 대한 정보를 보내준다. 그리고 여기까지 설명한 모든 기능이 무료로 제공되기 때문에 비용에 걱정 없이 모니터링 할 수 있다.

와탭으로 모니터링 시작하기

와탭 모니터링은 에이전트 기반의 서비스이다. 때문에 와탭(www.whatap.io)에 가입하고 나오는 첫 화면은 와탭의 에이전트 설치 화면이며 모니터링 대상 디바이스에 단계별 스크립트를 실행하면 모니터링을 시작하게 된다. 와탭은 최초 가입 후 모니터링까지 5분을 넘기지 않도록 설계되어 있다.

와탭으로 모니터링 시작하기

와탭 디바이스 목록 정보

디바이스에 에이전트를 설치하면 와탭 디바이스 목록 화면으로 이동하게 된다. 디바이스 목록 화면을 통해 디바이스 별 요약 정보를 한눈에 볼 수 있다. 확인 가능한 정보는 디바이스의 상태, 디바이스 이름, 사용률(CPU, 메모리, 디스크) 및 사양정보(운영체제, CPU, RAM) 이다. 목록 화면을 탭 하면 해당 디바이스에 대한 요약 정보 및 항목별 정보를 자세하게 볼 수 있다.

와탭 디바이스 목록 정보

라즈베리파이 CPU 항목 정보

목록 정보를 탭 하면 아래와 같은 CPU 항목에 대한 상세 정보를 볼 수 있다.

■ 사용자 CPU 사용량
■ 시스템 CPU 사용량
■ CPU 유휴시간
■ CPU를 사용하는 프로세스 목록

라즈베리파이 CPU 항목 정보

라즈베리파이 메모리 항목 정보

메모리 항목은 다음과 같은 내용을 보여준다.

■ 메모리 사용량
■ 스왑 메모리 사용량
■ 시스템 메모리 버퍼 사용량
■ 시스템 메모리 캐시 사용량
■ 메모리를 사용하는 프로세스 목록

라즈베리파이 메모리 항목 정보

라즈베리파이 모니터링 측정 항목

와탭이 무료 라즈베리 파이 모니터링 서비스를 지원한다고 해서 기능이 부족할 거라고 생각해서는 안 된다. 무료로 제공되는 측정 항목들을 정리해보면 다음과 같다.

■ CPU / Memory / Disk 사양 정보
■ CPU 사용률
■ Memory 사용률
■ Disk 사용률
■ Network 트래픽
■ Process별 CPU 사용률
■ Process별 Memory 사용률

위 항목을 통해 개발자는 라즈베리 파이의 세밀한 운영 정보들을 알아낼 수 있다. 예를 들어 CPU 사용률과 해당 시간대의 프로세스 항목을 조사한다면 부하를 많이 일으키는 어플리케이션을 알아내는 것도 가능하다. 뿐만 아니라 부하가 발생하는 패턴을 분석하여 서비스 사용 패턴을 알아낼 수도 있다.

라즈베리 파이 모니터링 기능

라즈베리 파이 모니터링이 단지 항목 측정만을 하는 것은 아니다. 오히려 모니터링의 핵심 기능은 사용률 측정보다 상태에 따른 알림 기능이라고 할 수 있다. 라즈베리 파이 모니터링을 기능으로 분리하면 다음과 같다.

■ 가동 상태 감시
■ 부하 감시
■ 가동 정지 상태 알림
■ 부하 이상 상태 알림

일반적으로 라즈베리 파이 모니터링은 디바이스에서 동작하는 서비스의 이상 징후를 발견하고 확인하는 용도로 사용한다. 라즈베리 파이가 가동 정지 또는 부하 이상 상태가 되면 모니터링 서비스가 알림을 발생시키고 관리자는 알림을 받으면 상태 감시를 통해 원인을 파악하고 시스템을 정상적으로 운영하는 것이 목적이다.
사용자가 설정한 알림 상태에 따라 메일과 모바일로 알림을 받을 수 있다.

라즈베리 파이 모니터링 기능

와탭 라즈베리 파이 모니터링의 서비스 환경

모니터링을 언제든지 할 수 있게 하려면 지원되는 서비스 환경 또한 다양해야 한다. 와탭은 다양한 웹 브라우저뿐 아니라 아이폰과 안드로이드 앱을 통해 모바일을 지원하여 언제 어디서든 모니터링이 가능하다. 아래는 와탭이 지원하는 서비스 환경이다.

■ Chrome
■ Fire Fox
■ Internet Explorer (버전 9.0 이상)
■ Safari
■ Opera
■ iOS(버전 7.0 이상)
■ Android(버전 4.0 이상)

아래는 iOS를 지원하는 와탭의 디바이스 장해 알림이 애플워치로 전달된 화면이다.

마무리

점점 많은 프로젝트들이 라즈베리 파이를 통해 세상에 나오고 있으며 상용화 되고 있다. 그에 따라 라즈베리 파이에 대한 모니터링 이슈도 늘어나고 있지만 아직까지 제대로 된 디바이스 모니터링 서비스가 존재하지 않았다. 국내에서 가장 많은 가입자를 가지고 있는 모니터링 서비스 와탭이 최근 내놓은 라즈베리 파이 디바이스 모니터링 서비스가 국내 라즈베리 파이 개발자들에게 많은 도움이 되길 바란다.

[30호]기존 기술과 고주파수 퀴리점 비교

고주파 퀴리 기술

기존 기술과 고주파수 퀴리점 비교

글 | 마이툴

더욱 복잡해지는 오늘날의 전자기기에서 온도에 대한 정확성을 높이는 작업은 상당히 중요한 요소가 된다. 즉, 지속적으로 겪을 수 밖에 없는 도전과제인 것이다. 이에 따라, 부품의 밀도 및 납의 크기 그리고 열에 대해 민감한 구성 요소 등을 모두 만족시킬 수 있는 공정 작업의 최적화가 요구되고 있다.
전자기기의 조립 공정에서 납땜은 전기 접촉이 원활히 이루어지도록 하는 조인트 제작의 핵심 역할을 담당한다. 그리고 납땜은 통상적으로 높은 수준의 기계적 강도를 필요로 하지 않는다. 이는 납땜에 사용되는 재료들이 갖는 연한 성질 때문이다.

최근 대부분의 납땜 과정은 자동화 되어 있다. 그러나 여전히 전자기기 산업에서는 수작업으로 직접 납땜을 해야 하는 작업이 존재한다. 즉, 특수한 사이즈의 부품이나 수량이 많지 않은 제품들 그리고 인쇄 회로기판의 변경 작업 등에서는 수작업으로 직접 납땜을 할 필요가 있는 것이다.
이와 관련, 납땜을 통해 부품간 조인트를 만드는 작업에 있어 가장 먼저 고려해야 할 부분은 바로 성공적 결과물을 얻기 위해 필요한 조건이 무엇인지를 이해하는 것이라 할 수 있다.

납땜은 2개의 금속 부품들이 제3의 금속 또는 합금 물질에 의해 접합되는 과정으로 정의 내릴 수 있다. 제3의 금속 또는 합금 물질은 통상적으로 접합이 이루어지는 2개의 금속 부품들에 비해 현저히 낮은 녹는점을 갖고 있다. 즉, 기계적 관점에서의 접착인 경우, 접착되는 물질의 기계적 표면 특성에 좌우되는 것이다. 납땜에서는 또한 기존의 물리적 반응 이외에 화학적 반응도 존재한다. 따라서, 납땜 작업을 성공적으로 완료하기 위해서는 아래 사항들을 고려할 필요가 있는 것이다:

· 금속간 레이어
· 납땜 부위의 연결 구조
· 연결 부분의 온도 (MIL 표준)
· 안정적인 납땜 연결부위의 형성
· 팁 부분의 온도 대 연결 부분의 온도
· 납땜 프로파일의 유지 보수 (리플로우 오븐)
· 난방 관련 기술 (고주파수 퀴리열 대 기존의 세라믹 히터 기술)

Soldering Tip: 납땜 팁 부위 / Tip Moving: 이동 팁 /
Flux and oxidation mixed:유출과 산화 혼합 / Oxidized: 산화 /
Cleaned Pad: 세척된 패드 / Intermetallic: 합금

수작업 납땜에 있어 중요한 고려사항 중 하나는 바로 금속간 레이어의 형성이라 할 수 있다. 즉, 접촉 부위에서의 연납이나 구리 그리고 여타 물질들을 화학적으로 붙이는 작업의 중요성을 말한다.

이러한 작업에서 금속간 레이어가 형성되지 않으면 제대로 된 납땜 조인트가 만들어지지 않는 것이다. 그리고 금속간 레이어가 형성되었다고 해도 높은 온도에서 팽창하게 되며, 온도가 증가할 수록 기하급수적으로 팽창하는 특성을 갖는 점 또한 유의해야 할 사항이다.
결국 납땜 공정에서 온도를 콘트롤 하는 것은 무엇보다 중요한 요소가 되는 것이다. 과도한 열, 즉 지나치게 높은 온도는 열팽창 계수의 차이를 유발하게 되고, 이는 궁극적으로 납땜 자체가 쉽게 부서지는 결과를 낳게 되어 작업 실패로 이어지는 원인이 된다.
일반적으로 납땜 작업은 가능한 빨리 이루어져야 한다. 대략 2초에서 5초 사이에 이루어져야 하는 것이다. 그리고 납땜에 있어 가능한 최저 온도를 설정하여 이용해야 하고, 동일 부위에 대해 납땜을 반복해서 하는 작업은 피해야 한다.
결론적으로 납땜하는 부위의 온도는 성공적인 납땜 작업을 이끌어내는데 있어 핵심 요소 중 하나인 것이다.

MIL-STD

· 조인트 온도는 연납의 녹는점에서 40°C를 더한 온도
· 연납의 팁 부분이 조인트에 접촉되는 시간은 대략 2초에서 5초 사이

이러한 이유로 인해 보다 나은 열 이동 기능을 갖는 납땜 인두의 경우, 팁 부위에서 낮은 온도를 활용해서도 견고한 납땜 조인트를 만드는데 필요한 열 에너지를 생성할 수 있게 된다.
반면 열 전달에 있어 효율성이 떨어지는 납땜 인두의 경우, 팁 부위에서 높은 온도를 필요로 할 수 밖에 없다. 그리고 이러한 높은 온도는 보다 두꺼운 금속 레이어를 형성하는 결과로 이어지게 되어, 납땜 작업 실패의 주된 원인이 된다. 특히 열 적으로 예민한 부품 및 패드 제품들의 치명적 손상을 야기하기도 한다.
효율적인 열 전달과 관련한 요건은 2003년 도입된 RoHS에서 구체적으로 명시되어 있다. 여기에는 무연 연납에 대해 증가된 필요성도 언급되어 있다.
이에 대한 해결책으로, 대부분의 수작업용 납땜 인두 제작회사들은 납땜 인두의 열 전달율을 개선하거나 아니면 연납의 녹는점을 높이는 등의 노력을 기울였다. 그러나 이러한 해결책들은 또 다른 문제를 야기하게 되었다. 예를 들면 다음과 같은 문제들을 꼽을 수 있다:

· 연납이 튀는 현상
· 팁 부위의 내구성 저하
· 접지 저항의 팁 부위 관련 문제
· 접지 전압의 팁 부위 누설 관련 문제
· 온도 오버슈트

이러한 문제들이 발생하는 원인은 부분적으로 기존의 납땜 인두 관련 기술들이 갖는 설계 차원의 문제에서 기인 한다고 볼 수 있다. 즉, 다이얼이나 LCD 디스플레이 방식으로 온도를 조정하며 또한 정확성을 보장하기 위해 지속적인 조정작업을 필요로 하는 열전대에 지나치게 의존하는 기존 기술들의 설계적 문제라는 것이다.

Copper Tip: 구리 팁 / Oxidation: 산화 / Sensor: 센서 /
Oxidation occurs in the gap between the tip and heater.:
산화는 팁 부위와 히터 사이의 갭에서 일어난다.
This leads to problems with tip to ground resistance.:
이는 접지 저항으로 이어지는 팁 부위에서 여러 문제들을 야기한다.

그러나 이제 기존의 납땜 기술이 야기하던 문제들을 모두 해소할 수 있는 새로운 기술을 만나볼 수 있게 되었다. 바로 Thermaltronics사의 퀴리 열 기술이다.

Induction Heating: 유도 가열 / Magnetic Field: 자기장 /
Resonant Circuit: 공진회로 / High Frequency Generator: 고주파 발생기 /
Copper Coil: 구리 코일

퀴리점에 대해 잘 알고 있다면, 모든 자성 합금들은 열이 가해질 경우 특정 온도에 도달하면서 자성을 잃어버리게 되는 현상 또한 잘 알고 있을 것이다. 이에 따라, 각기 다른 자성 합금들을 유도 가열 공정과 함께 이용하는 비교적 단순한 방식으로, Thermaltronics사는 오늘날 납땜 작업에 있어 필요로 하는 요건들을 갖추면서도 기존의 납땜 인두들이 야기한 문제점들은 모두 해소한 납땜 시스템을 만들어냈다.

Thermaltronics사의 고주파 납땜 시스템에 있어 핵심 기능은 바로 중심부가 구리로 이루어진 자성 합금 히터를 구성하는 팁과 카트리지 통합 시스템이라 할 수 있다. 각기 다른 자성 합금들을 활용하여 다양한 온도를 가능케 한 것이다. 그리고 납땜이 이루어지지 않는 부위에서는 팁과 카트리지의 온도가 +/- 1.1°C에서 유지되도록 하였다. (개별적인 팁들의 온도는 구리 질량에 따라 변하게 된다. 그러나 각각의 팁은 규정 범위 내에서 각자의 고유한 온도를 유지하게 된다.)

Curie Heat Technology: 퀴리 열 기술 /
No gap between tip and heater: 팁 부위와 히터 사이에 갭이 없음

Thermaltronics사의 전원 공급 장치로부터 전원이 생성될 경우, 전류는 자성 합금의 표면에 있는 핸드피스를 통해 흐르게 되는데, 이는 궁극적으로 열을 유도하게 된다. 그러나 “퀴리점”에 도달하게 되면 자성은 소멸되며 전류는 더 이상 흐르지 않게 된다. 이로 인해 합금은 냉각되어지는 과정을 거치게 되는데, 바로 이러한 냉각 과정으로 인해 자성은 다시 생성되며 가열 공정은 새롭게 시작되는 것이다.
이 모든 과정은 사람이 인지할 수 없는 짧은 찰나에 이루어지게 된다. 아래의 차트에서 설명되어 있듯이, 이러한 과정은 반복하여 수행될 수 있으며 온도를 제어하는데 있어 가장 효율적인 방식이라 할 수 있다. 기본적으로 이는 다이얼 방식의 열전대나 여타 제어 메커니즘을 사용하지 않고도 가능한 “순수 물리학”의 원리라고 할 수 있는 것이다.

1. High frequency current passes over the heater through the coil assembly.:
고주파수 전류는 코일 어셈블리를 통해 흐른다.

2. The skin effect causes the heater to heat up rapidly.:
표피 효과는 히터가 빠르게 가열되도록 한다.

3. The magnetic layer reaches Curie Point heat travels into the copper core.: 자성층이 퀴리점에 도달하면서, 열은 구리 코어로 이동하게 된다.

4. The process repeats indefinitely regulating the tip temperature.: 적절한 팁의 온도를 유지하기 위해 본 과정은 지속적으로 반복된다

5. The process repeats indefinitely regulating the tip temperature.: 적절한 팁의 온도를 유지하기 위해 본 과정은 지속적으로 반복된다.

결론적으로 Thermaltronics사의 고주파 퀴리점 기술은 아래 기능들을 제공한다.

· 접지 저항 파라미터에 대한 우수한 팁 부위 제공
· 어떠한 팁도 접지 누출 이슈을 야기하지 않음
· 효율적인 열 이동을 유지
· 인위적 기기 조정에 대한 필요성을 제거
· 온도 오버슈트 문제점을 방지
· 팁/카트리지 교체 작업을 단순화함
각기 다른 색상은 각각의 다른 온도 범위와 자성 합금을 나타낸다.

이 고주파 퀴리점 기술을 기반으로 한 인두기 중 TMT-2000S라는 인두기가 있다. 그리고, TMT-2000S의 상위 모델인 TMT-9000S라는 제품이 출시되었다.
TMT-9000S에 호환되는 M시리즈 인두팁은 METCAL MX-500S / MX-5000S에 호환 가능하다. TMT-2000S와 달리 TMT-9000S는 LCD디스플레이가 내장되었으며 50KHz의 퀴리가열 기술을 채택하였다.
마찬가지로 TMT-2000S처럼 듀얼채널로 디솔더건이나 트위져에도 사용 가능(별매)하여 경제적인 장점을 가지고 있으며 인두기 사양은 아래 표와 같다.

제품구성으로는

인두팁은 기본 구성에 포함되어 있지 않다. 현재 Thermarltronics는 인두기 및 인두팁을 생산하고 있으며 추후 프리히터 및 열풍기가 출시될 예정이다.