Похоже, самые плохие предсказания сегодня становятся реальностью: для многих пользователей резервирование данных уже играет не столь важную роль. С одной стороны, присутствующие на рынке решения часто бывают слишком дороги - по крайней мере, на первый взгляд. С другой стороны, повсеместное распространение массивов RAID на серверах даёт обманчивое чувство безопасности. Итог бывает плачевен: череда ошибок - и данные потеряны.
Цель резервирования заключается в защите данных и системы от целого ряда потенциальных бедствий. Среди них отметим программные ошибки, атаки хакеров, вирусы, аппаратные сбои или многие другие сценарии страшного сна.
Иногда банальное выключение энергии или перепад напряжения в цепи способны мгновенно уничтожить самый мощный массив RAID.
Однако не следует забывать, что наиболее частая причина потери данных кроется в неправильных действиях самого пользователя. К примеру, случайное удаление ненужных, на первый взгляд, данных может быть замечено только через несколько дней или недель - и тогда бывает уже слишком поздно пытаться что-либо восстанавливать.
Для эффективного противостояния всем этим рискам пользователям (и администраторам) следует серьёзно подходить к резервированию данных. Жизненно важную информацию следует хранить на нескольких системах и лучше - в разных зданиях. Такой подход позволяет предусмотреть даже стихийные бедствия вроде пожара или наводнения.
Разные подходы
Если массивы данных у вас не превышают 4,7 Гбайт, то вы можете использовать перезаписываемые DVD+RW или защищённые DVD-RAM. Если же нужны носители больших объёмов, то единственным выбором остаются жёсткие диски и стримеры, которые способны справиться с объёмами в сотни гигабайт. Однако жёсткие диски слишком тяжелы для частого использования и слишком чувствительны к физическим воздействиям (к падению на землю, ударам и т.д.). С другой стороны, жёсткие диски обладают высокой скоростью передачи.
Собственно, поэтому продуманная стратегия резервирования данных по-прежнему опирается на ленточные приводы. По крайней мере, один раз в неделю необходимо делать резервирование на ленту и хранить её в домашнем сейфе или даже в банковской ячейке. Также не следует использовать ленты чаще, чем рекомендует производитель.
Цель подобного подхода заключается не только в резервировании существующих данных, но и в создании слепка рабочей системы. В результате, пользователь всегда сможет откатиться назад или использовать слепок как эталон, если данные были модифицированы.
На рынке присутствует множество стандартов систем хранения, от "крохотных" до "просто огромных" - всё зависит от ваших потребностей. Посмотрите на разнообразие форматов и технологий: QIC, Travan, 8 mm, Mammoth, AIT, DLT, SDLT, ADR, LTO и VXA. Но не переживайте. Мы обсудим все форматы и поможем найти подходящее решение для вашего случая.
Работает ли аварийное восстановление данных на самом деле?
Какой смысл в ежедневном резервировании данных на протяжении нескольких месяцев, если вы их не сможете полностью восстановить в случае аварии? Правило любой системы безопасности гласит: всегда проводите учебные тревоги, чтобы "пожар" не застал вас врасплох. Будет ли работать массив RAID 5 так, как должен? Уберите жёсткий диск из массива и проверьте сохранность данных после процесса реконструкции. То же самое относится и к решениям на стримерах: проведите тест и полностью восстановите данные - получите ли вы желаемый результат?
Учитывая современные сложные программы резервирования, необходимо проверить полное восстановление компьютера, включая операционную систему. Помните, что резервирование только тогда имеет смысл, когда оно позволяет надёжно выполнить восстановление данных.
Вчера и сегодня: кассета SLR75 по сравнению с Mini-QIC80. Подобный размер кассеты SLR обусловлен, по большей части, длиной плёнки, которая может изменяться от 94 до 351 метра.
Спиральная развёртка позволяет наиболее оптимально использовать имеющееся "пространство", однако она медленнее работает и больше подвержена дефектам, чем линейные варианты. Источник: Exabyte.
В целом, существует два способа записи на магнитную ленту: линейный, при котором данные записываются от начала плёнки до её конца, или диагональный способ - так называемая "спиральная развёртка". В любом случае на ленту записываются несколько параллельных дорожек, чтобы наиболее полно использовать имеющуюся пропускную способность.
Спиральная развёртка пришла в стримеры из мира видеомагнитофонов и используется, чаще всего, в системах DAT, AIT и VXA. Поскольку постоянную скорость чтения или записи обеспечить практически невозможно, устройства со спиральной развёрткой намного медленнее своих линейных собратьев (из-за непрерывной синхронизации с меняющимися потоками данных). Но зато они могут более эффективно использовать доступное пространство ленты, что приводит к большей ёмкости данных у устройств со спиральной развёрткой.
Наподобие систем VHS, лента выходит из кассеты и натягивается вокруг шпинделя, на котором размещаются головки чтения и записи. Вполне естественно, что эта процедура оказывает механическое воздействие на ленту - причём большее, чем в устройствах линейной записи, где лента намертво "сидит" в кассете.
Программа Retrospect от Dantz даёт слишком оптимистичные показатели.
При выборе стримера следует очень и очень внимательно присмотреться к ёмкости кассет, поскольку производители часто оценивают свои решения с учётом сжатия 2:1. Иногда они могут завысить коэффициент сжатия даже до 2,5:1. Однако следует помнить, что подобную степень сжатия можно получить только на хорошо пакуемых данных: офисных документах, базах данных или исходных текстов программы. Чем больше мультимедийных файлов вы будете резервировать, тем меньше будет общий коэффициент сжатия.
Уже запакованные файлы JPG или MPEG вряд ли можно сжать ещё сильнее, в отличие от картинок TIF или файлов WAV. Если вы сомневаетесь, всегда следует учитывать меньшую физическую ёмкость.
Стримеры Mini-QIC/ флоппи
Формат QIC появился ещё в далёком 1972 году, когда производителю 3M понадобилось решение для хранения больших массивов данных. В то время людей ещё не особо волновали проблемы резервирования - первоочередной потребностью были именно накопители с большими объёмами. Напомним, что жёсткие диски тогда были невероятно дороги, и их коммерческого использования ещё не было. Например, проект IBM Winchester Project ("Винчестер"), начатый в 1973 году, привёл к появлению жёсткого диска на 5 Мбайт только в 1979 году. По причине относительно низкой в то время цены устройств, стандарт QIC получил широкое признание.
Вообще, аббревиатура QIC расшифровывается как Quarter Inch Cartridge (картридж в четверть дюйма), что обозначает ширину магнитной ленты. Наиболее распространились в те годы компакт-кассеты DC2080 и DC2120. Кроме того, тогда существовало много стандартов плёнки, которая содержала от 20 до 50 дорожек. В начале 1990-х стали популярны стримеры QIC с интерфейсом для контроллера дисковода, хотя они и не слишком радовали потребителей своей производительностью (около 35 кбайт/с). Отметим, что сегодня любое DSL-подключение к Интернету работает и то быстрее.
К сожалению, проблемы совместимости между разными устройствами привели к тому, что флоппи-стримеры подходили только для полупрофессионального применения.
Travan
Стандарт Travan также базируется на QIC и представляет собой попытку внести ясность в хаос из более 120 стандартов QIC. Технически ленты Travan намного превосходят варианты QIC, поскольку они были специально разработаны для долговременного хранения и высокой надёжности. Но по этой же причине кассеты Travan стоят дороже.
| TR-1 | TR-2 | TR-3 | TR-4 | TR-5 | TR-6 | |
| Ёмкость | 400 Мбайт | 800 Мбайт | 1,6 Гбайт | 4 Гбайт | 10 Гбайт | 20 Гбайт |
| Максимальная скорость чтения | 125 кбайт/с | 125 кбайт/с | 250 кбайт/с | 1,16 Мбайт/с | 1,83 Мбайт/с | 4 Мбайт/с |
| Число дорожек | 36 | 50 | 50 | 72 | 108 | 144 |
С введением первого стандарта Travan ленты сразу же стали существенно длиннее, в результате чего кассеты Travan оказались несколько больше Mini-QIC. Если вы встретите сокращение NS, то оно относится к Travan-системам от Imation, которые отличаются от 3M-Travan по аппаратному сжатию. Хорошие стримеры Travan поддерживают спецификации протокола SCSI, что позволяет относительно быстро получать доступ к содержимому кассеты.
DAT
DAT расшифровывается как Digital Audio Tape (цифровая аудио-кассета). Но на ленту записывается отнюдь не музыка, а данные в формате DDS (Digital Data Storage). Плёнка DAT имеет ширину 4 мм и, в отличие от QIC и Travan, использует спиральную развёртку. Поэтому стримеры DAT нельзя назвать очень быстрыми, но со своей задачей резервирования больших объёмов данных они справляются нормально. К тому же, цены на них отличаются от устройств QIC и Travan минимум в два раза.
| Стандарт | Ёмкость | Максимальная скорость чтения |
| DDS | 2 Гбайт | 550 кбайт/с |
| DDS-1 | 2 Гбайт | 1,1 Гбайт/с |
| DDS-2 | 4 Гбайт | 1,1 Мбайт/с |
| DDS-3 | 12 Гбайт | 2,2 Мбайт/с |
| DDS-4 | 20 Гбайт | 4,8 Мбайт/с |
Самая плохая особенность DAT заключается в высокой чувствительности. Сложный маршрут извлечения плёнки из кассеты и немалые силы трения (они создаются от соприкосновения шпинделя с плёнкой) приводят к износу и старению. Кроме того, головки чтения и записи быстро сбиваются с позиций, что приводит к возникновению частых ошибок.
8 mm / Mammoth / AIT
Магнитные ленты шириной 8 мм изначально были разработаны для видео. Подобно DAT, 8-мм плёнка тоже задействует спиральную развёртку, хотя она обеспечивает намного большую ёмкость.
8-мм плёнку используют два формата: Mammoth от Exabyte и AIT, решение от Sony и Seagate.
| Стандарт | Ёмкость | Максимальная скорость чтения |
| 8 mm | 3,5 Гбайт | 533 кбайт/с |
| 8 mm | 5 Гбайт | 1 Мбайт/с |
| 8 mm | 7 Гбайт | 1 Мбайт/с |
| 8 mm | 7 Гбайт | 2 Мбайт/с |
| AIT-1 | 35 Гбайт | 4 Мбайт/с |
| AIT-2 | 50 Гбайт | 6 Мбайт/с |
| AIT-3 | 100 Гбайт | 12 Мбайт/с |
| S-AIT | 500 Гбайт | 30 Мбайт/с |
| Mammoth | 20 Гбайт | 6 Мбайт/с |
| Mammoth 2 | 60 Гбайт | 12 Мбайт/с |
Помимо высокой ёмкости, ключевым преимуществом систем AIT можно считать дополнительный чип памяти в кассете под названием MIC (Memory in Cassette - "память в кассете"), который содержит, своего рода, таблицу содержания кассеты. В результате отпадает потребность в многократных процессах поиска - стример может сразу же переходить на нужную позицию. В то же время, приводам AIT не нужно считывать секторную информацию с ленты. Они точно высчитывают позицию по информации MIC. И ещё эта функция помогает гарантировать, что используется именно нужная плёнка.
SLR
Аббревиатура SLR расшифровывается как Scalable Linear Recording (линейная запись с масштабированием). Стандарт использует надёжный дизайн с минимумом движущихся частей, что позволяет гарантировать долговременную надёжность использования. С технической точки зрения, SLR базируется на стандартах QIC и ADR (см. описание ниже), с использованием нескольких головок. Предварительно записанные служебные дорожки позволяют точно позиционировать головки. К тому же, Tandberg подчёркивает способность выдерживать перепады температур и влажности.
| Ёмкость | Максимальная скорость чтения | |
| SLR3 | 1,2 Гбайт | 300 кбайт/с |
| SLR4 | 2,5 Гбайт | 300 кбайт/с |
| SLR5 | 4 Гбайт | 380 кбайт/с |
| SLR7 | 20 Гбайт | 3 Мбайт/с |
| SLR50 | 25 Гбайт | 2 Мбайт/с |
| SLR60 | 30 Гбайт | 4 Мбайт/с |
| SLR75 | 38 Гбайт | 4 Мбайт/с |
| SLR100 | 50 Гбайт | 5 Мбайт/с |
| SLR140 | 70 Гбайт | 6 Мбайт/с |
DLT
Уже по расшифровке аббревиатуры DLT (Digital Linear Tape - лента для цифровой записи с последовательным доступом) видно, что здесь используется линейный способ записи. Ширина ленты составляет полдюйма, а запись ведётся попарно, дорожка за дорожкой. Каждая из 128 или 208 дорожек имеет такую же длину, что и вся лента. После перестройки головок процесс продолжается в обратном направлении.
Технология стримера DLT существенно отличается от других: здесь лента тоже раскручивается с одной бобины перед тем, как её намотает другая бобина. Однако целевая бобина находится не в кассете, а является частью привода. Благодаря хитрой прокладке ленты трение сводится к минимуму, поэтому плёнка никогда не испытывает сильных нагрузок. В результате износ кассет DLT минимален, хотя он всё же сильнее, например, чем у SLR.
В отличие от других форматов, DLT имеет средства автоматической очистки и использует специальные электронные компоненты для обеспечения продолжительного времени работы.
| Стандарт | Ёмкость | Максимальная скорость чтения |
| DLT2000 | 15 Гбайт | 1,25 Мбайт/с |
| DLT4000 | 20 Гбайт | 1,5 Мбайт/с |
| DLT7000 | 35 Гбайт | 5 Мбайт/с |
| DLT8000 | 40 Гбайт | 6 Мбайт/с |
Super DLT
Стандарт SDLT разработан для достижения единственной цели - ещё больших ёмкостей. Благодаря комбинации оптического и магнитного способов записи (LGRT - Laser Guided Magnetic Recording - магнитная запись с лазерной наводкой), он обеспечивает высокую точность.
| SDLT 220 | SDLT 320 | SDLT 600 | SDLT 1200 | SDLT 2400 | |
| Ёмкость | 110 Гбайт | 160 Гбайт | 300 Гбайт | 600 Гбайт * | 1,2 Тбайт ** |
| Максимальная скорость чтения | 11 Мбайт/с | 16 Мбайт/с | 36 Мбайт/с | 50 Мбайт/с | 100 Мбайт/с |
| Картридж | SDLT I | SDLT I | SDLT II | SDLT III | SDLT IV |
| * 2005, ** 2006 | |||||
Для получения дополнительной информации обратитесь на www.dlttape.com .
ADR
Стандарт ADR (Advanced Digital Recording - расширенная цифровая запись) продвигается Philips и подразделением On-Stream. Уникальной особенностью этой технологии с использованием 8-мм плёнки является одновременная запись/чтение восьми из 192 дорожек данных, что обеспечивает высокую скоростью передачи при низкой скорости движения ленты.
В итоге мы получаем замечательный побочный эффект - относительно низкий механический износ. К тому же, коррекция ошибок ECC может применяться как горизонтально, так и вертикально. К примеру, на плёнке может быть испорчено 24 дорожки из 192, но данные при этом не потеряются.
Без сжатия ленты ADR способны хранить до 25 Гбайт. В будущем планируется увеличить ёмкость.
| Потенциал по ёмкости | Потенциал по скорости чтения | ||
| Сегодня | 25 Гбайт | 2 Мбайт/с | |
| Длина плёнки | 2x | Скорость плёнки | 3,6x |
| Ширина плёнки | 3x | Параллелизация | 3x |
| Плотность дорожек | 4x | Плотность дорожек | 3x |
| Битовая плотность | 3x | Битовая плотность | 3x |
| Максимум (прибл.) | 3,6 Тбайт | Максимум (прибл.) | 130 Мбайт/с |
LTO
Стандарт LTO (Linear Tape Open) был разработан в качестве альтернативы DLT. Линейная запись и множество технических особенностей делают стандарт LTO весьма привлекательным, причём базируется он на надёжной технологии.
Основные итерации стандарта - это Accelis и Ultrium, которые можно легко лицензировать. Ultrium обеспечивает впечатляюще высокую ёмкость и скорость передачи данных.
| Ultrium-1 | Ultrium-2 | Ultrium-3 | Ultrium-4 | |
| Ёмкость | 100 Гбайт | 200 Гбайт | 400 Гбайт | 800 Гбайт |
| Скорость чтения | 20 Мбайт/с | 40 Мбайт/с | 80 Мбайт/с | 160 Мбайт/с |
Каждый раз когда мы встречаем словосочетание дата-центр, либо же аббревиатуру ЦОД (центр обработки данных), наше сознание моментально «подтягивает из кэша» набор стандартных лекал, которые казалось бы вполне однозначно ассоциируются с этим характерным представителем современной ИТ-инфраструктуры. Просторные помещения, серверные стойки – усеяны брызгами разноцветных светодиодов, гул блоков питания конкурирующий с еще более сильным шумом от вытяжки, что удаляет лишнее тепло из залов, переплетенные пучки кабелей всевозможных диаметров и окрасок, инженеры, рассекающие с важным видом по узким коридорам между стенами, выстроенными из высокотехнологичного оборудования. Что уже говорить о громадных счетах за электричество, это все казалось бы так естественно и безальтернативно. Не стану никого разочаровывать, в общем, так оно и есть, в 99% случаев.
В конце 2014 компания Spectra Logic – одно из подразделений IBM, огласила о создании, пятого поколения ленточных картриджей серии 3592 (тип D), модель 1150. Данная разработка позволяет хранить до 10 ТБ данных, скорость чтения с носителя достигла впечатляющих 360 МБ/с. Более того, данный картридж имеет совместимость со всеми существующими ленточными библиотеками IBM начиная с 90-х. Дата-центр и ленточные носители данных, как увязываются два этих понятия в мире где доминирует HDD и SSD? В начале статьи мы вспомнили о классическом дата-центре, коих действительно абсолютное большинство, но остается тот небольшой процент ИТ-узлов, неотъемлемой составной которых стала, многими из нас уже хорошо подзабытая, магнитная лента.
Технология
Центры обработки данных в которых ставка была сделана на магнитную ленту, как на основной носитель данных, появились конечно же не сегодня. Еще в 1950-х годах на заре зарождения промышленной эксплуатации такого рода носителей, они очень быстро завоевали популярность, и на то были вполне объективные причины. Первая, и главная это соотношение объема размещаемых данных и габаритов носителя. К слову говоря, первые ленточные библиотеки вмещали не более 2.5 мбайт данных, но в производстве были существенно проще и дешевле первых HDD решений. Также данная технология позволяла использовать довольно широкий спектр материалов, которые при вполне адекватной цене могли стать для закодированных бинарным кодом данных надежным пристанищем на десятилетия. Собственно говоря так оно десятилетиями и было, огромные бобины с мегабайтами данных были такими же характерными чертами дата-центров 1960-70х годов, коими в ХХІ веке стали HDD и SSD накопители.Давайте же более детально разберемся, благодаря чему ленточные накопители, такие себе динозавры из времен творения цифрового мира, не только дожили до нашего века, но и остались востребованными для потребителей рынка ИТ-инфраструктуры. Как и в самом начале использования ленточных магнитных накопителей, на данный момент они обладают одним из лучших соотношением цена-объем-компактность-долговечность. Но не стоит забывать и тот факт, что кроме явных плюсов упомянутая технология несет в себе и определенные сложности, которые существенно ограничивают спектр использования ленточных носителей. Очевидно, что недавно представленный компанией Spectra Logic картридж, это детище нашего времени и со своими предшественниками из 50-х имеет схожесть основанную только на самих принципах организации технологии.
Ленточные библиотеки
Пришедшее из прошло сочетание «ленточная библиотека» представляет из себя нечто больше нежели шкаф с хранящимися там систематизированными кассетными блоками. Сейчас на рынке присутствует целый ряд производителей такого рода ИТ-оборудования, крупнейшими из них являются IBM, Dell, HP, Compaq, Fujitsu – реальные флагманы современности в хай-тек индустрии. Как результат, сложность изделий и возможность интегрировать их в самые современные системы достигла настоящих высот. Современные автоматизированные библиотеки полностью исключают человеческое вмешательство в их деятельность, скорость обработки картриджей, благодаря прогрессу механических элементов конструкции и программного продукта, стала приемлемой для организации на основе библиотек автономных бэкап сервисов. Также большинство библиотек, скажем такого производителя как НР, могут быть оснащены внешним интерфейсом SCSI или Fibre Channel, а это в свою очередь позволяет принимать и отдавать существенные объемы данных. Интерфейсы высоко скоростной передачи данных уже давно стали необходимостью для подобного рода решений. До недавней презентации Spectra Logic ленточного картриджа модели 1150, со скоростью считывания информации в 360 МБ/с, широко использовались картриджи с максимальной скоростью в районе 250 МБ/с, что уже само собой было не критично, для переброски больших массивов данных, а также по причине использования в автоматизированных библиотеках нескольких считывающих устройств.Что касается минусов у систем ленточного хранения данных, они весьма прогнозируемые. Центральной проблемой является ограниченость многопользовательского доступа к информации, размещенной в библиотеках. Особенно это усугубляется тем фактом, что иная секция библиотеки может легко вмещать в себе и 600 ТБ. Также весьма ограничивающим фактором является последовательная запись информации на кассетные носители, что естественным образом исключает возможность получения моментального доступа к нескольким массивам данных.
Основываясь на сильных и слабых сторонах технической реализации систем, которые создаются на базе ленточных накопителях, они в свою очередь стали идеальным хранилищем для бэкапов. Также нашли они свое применение в исследовательских институтах, стали неотъемлемым спутником «супер компьютеров», порождающих петабайты данных. Взрыв роста телевидения высокой четкости, также сыграло не последнею роль в востребованности «магнитной ленты», тысячи часов емкого видеоматериала создаваемого мультимедийными компаниями не оставили альтернативы кассетным картриджам. Компании, владельцы облачных сервисов также вошли в число клиентов этой технологии. Впечатляющий рост «облаков» поставил данные компании перед реальностью оперировать громадными массивами данных в границах комплексных систем, что базируются на основе множества кластеров, а это в свою очередь дает возможность внедрить самый дешевый на данный момент носитель данных - магнитную ленту. По разным подсчетам 1 ГБ, высоко объемного, ленточного носителя обходится покупателю всего в 4 цента, против 10 центов для аналогичных HDD носителей. Когда же дело доходит до потребления энергии то привычные HHD и SSD просто не конкуренты ленте. «Холодное хранение» данных, и конечно же отсутствие высокого тепловыделения дает право называется автоматизированным библиотекам самыми энергоэффективными комплексными решениями для долговременного размещения данных.
Тот факт, что автоматизированные библиотеки получили возможность действовать в границах одной операционной системы, сделал возможным очень легкое масштабирование таких хранилищ, давая возможность объединять десятки разрозненных устройств в единую структуру.
Сетевой инженер CERN - Майк Коллин (Micke Collin), отзывается о внедренном узле, основном на ленточной технологии: «В нашем хозяйстве адекватной замене ленты нет. В следствии нашей работы, на базе большего адронного коллайдера, по изучению структуры материи, сталкивая протоны и ионы на огромных скоростях, возникает громадное количество данных. Мало того, что сами эксперименты подразумевают регистрацию всей информации по столкновению миллионов частиц в секунду, так более того мы вынуждены годами сохранять в наших дата-центрах всю эту информацию. С самого начала организации работ, стояла задача минимизировать потери ресурсов на хранение и обработку петабайт данных, полученных в результате многомиллионных затрат. И в этом верным помощником стала магнитная лента». Акцентируя внимание на характерных особенностях ленточных картриджей Майк отметил: «Уникальность ленты состоит и в том, что в случае поломки носителя, он обладает куда большим потенциалом к восстановлению, нежели его конкуренты. Бывали случаи, когда по разным причинам, картриджи выходили из строя и мы теряли куски ленты, но после удаления порушенного участка и склейки уцелевших концов, мы имели доступ к абсолютному большинству информации на картридже, в то же время стыкаясь с неисправностями у SSD и HDD, были прецеденты утери всего массива данных размещенном на диске».
Естественно, технология подразумевающая хранения информации на магнитной ленте не выступает полностью самостоятельным, самодостаточным носителем данных в современных ЦОД. В тоже время она является великолепным дополняющим элементом сетевой инфраструктуры, позволяя экономить существенные средства как при первичных затратах так и в процессе эксплуатации. Развитие этой технологии говорит в том числе и о ее востребованности на рынке ИТ-индустрии, делая ее еще более интересной для владельцев крупных организаций, что в своей деятельности вынуждены взаимодействовать с особо большими объемами информации. Начав свое становление с середины 30-х годов ХХ столетия и сейчас этот способ хранения данных выглядит абсолютно актуальным, кроме того имеет все задатки на дальнейшее успешное существование.
Перед отраслью хранения данных стоят непростые задачи: бюджеты компаний на ИТ не успевают за темпами роста объемов данных (ежегодно, по разным оценкам, на 30-50% и даже более). Так, в 2003 г. администратору хранения данных в западной компании приходилось управлять в среднем 1,4 Тбайт, а в 2004 г. эта цифра выросла до 2,5 Тбайт и, как прогнозируют специалисты отрасли, к 2006 г. достигнет 4,6 Тбайт. И все-таки возможности для контроля над массивами данных имеются даже у тех компаний, кто не располагает свободными средствами на приобретение дополнительных накопителей и увеличение штата квалифицированных сотрудников.
Потенциальные резервы кроются в повышении эффективности использования ресурсов хранения: в среде UNIX/Linux на сегодняшний день реально задействуется лишь 30-45% емкости носителей, в среде Windows - 20-40%. Именно на решение этой задачи нацелена столь пропагандируемая в последнее время концепция управления жизненным циклом данных (Information Lifecycle Management, ILM), суть которой кратко формулируется так: «Информация должна располагаться на соответствующих ей по стоимости носителях».
Важный аспект хранения данных - обеспечение их сохранности. Благодаря надежности и дешевизне хранения больших объемов данных одним из наиболее распространенных носителей информации по-прежнему остается магнитная лента. Запись на ленту представляет собой ключевой процесс в стратегии защиты и архивирования данных с возможностью их последующего восстановления. Современные системы архивирования данных, резервного копирования и восстановления после катастроф принадлежат к числу пользующихся наибольшим спросом приложений и по популярности уступают лишь средствам для работы с электронной почтой.
РОЖДЕНИЕ СТАНДАРТА DLTtape
Впрочем, так было не всегда: понадобилось более полувека, прежде чем магнитная лента стала выполнять присущие ей сегодня функции. В конце 1940-х гг. музыка все еще записывалась на пластинки со скоростью вращения 78 оборотов/мин, проволочные магнитофоны применялись в основном лишь в радиопромышленности, данные хранились преимущественно на бумаге, а самым передовым способом хранения информации были, пожалуй, перфокарты.
На перфокарте стандартно помещалось лишь 80 символов, а скорость считывания составляла всего 100 перфокарт/мин, или 133 символа/с, к тому же для их складирования требовалось много места. Например, для размещения шкафов с перфокартами, на которой хранились записи обо всех работающих гражданах Америки, организации Social Security System понадобились буквально акры помещений. При этом было очевидно, что за счет уменьшения размера отверстий в самой перфокарте и наращивания плотности перфорации радикального увеличения скорости считывания данных добиться невозможно.
На потребительском рынке аудиосистем лента нашла самое широкое применение, но многие инженеры относились к возможности записи информации на магнитную ленту с предубеждением. Тем не менее производители ленточных устройств для ПК решились адаптировать технологию магнитной ленты с наклонно-строчной записью, которая первоначально создавалась для нужд потребительского рынка. Цифровые аудиоленты формата DAT пришли, если можно так сказать, из музыкального мира, став самым маленьким накопителем в подсистемах хранения данных.
В 1988 г. DEC произвела революцию на рынке, предложив новый класс ленточных накопителей с линейной записью серпантинного типа, обладающих высокой емкостью и скоростью записи, а также обратной совместимостью по записи и чтению с их предшественниками. Ленточная система TF85 TK70 (позднее названная DLT 260) стала первым приводом DLT, способным вместить 2,6 Гбайт на полудюймовой ленте длиной 365 м. Менее чем через два года после ее появления инженеры DEC сумели увеличить емкость памяти почти десятикратно. Самая важная особенность нового устройства состояла в использовании записывающей/считывающей головки с шестью валиками (Head Guide Assembly, HGA). Траектория движения ленты исключала крутые изгибы и скручивания, что повышало срок службы компонентов привода и самой ленты.
Данная разработка специалистов DEC, известная в отрасли как DLTtape, получила широкое признание. С середины и до конца 1990-х гг. эта технология заняла лидирующее положение на среднем сегменте рынка ленточных накопителей. Ее применение вышло далеко за рамки резервного копирования, охватив архивирование, восстановление после катастроф, иерархическое управление хранением данных, резервное копирование в режиме реального времени, распределение видеопрограмм и графических файлов.
На рынке одиночных систем начального уровня (стримеров, автозагрузчиков, а также автоматизированных библиотек для небольших компаний) широкое распространение получил формат хранения данных Digital Data Storage (DDS), разработанный в 1989 г. компаниями Hewlett-Packard и Sony на базе технологии Digital Audio Tape (DAT). В последние годы эта технология, казалось бы, исчерпала свои возможности, однако после долгого перерыва появились картриджи и использующие их приводы нового поколения DAT72, емкостью 72 Гбайт в сжатом виде. Достоинства нового формата - почти вдвое большая вместимость данных по сравнению с предшественником DAT40/ DDS-4, совместимость по чтению/записи с системами DDS-3 и DDS-4 и относительно низкая цена. К недостаткам следует отнести невысокую скорость - 6 Мбайт/c со сжатием, а также меньшую надежность (из-за того, что лента изгибается вокруг вращающейся головки) и меньшую наработку на отказ. Тем не менее до сих пор технология DDS занимает бо?льшую часть рынка инсталлированных систем начального уровня и не собирается сдавать свои позиции ввиду того, что емкость картриджа будет увеличиваться при невысокой цене за 1 Кбайт хранимой информации. Между тем разрабатывается формат DAT160, который по своей емкости и скорости должен превзойти текущий формат DAT 72 минимум вдвое, но разработчики не дают разъяснений ни по срокам, ни даже по возможности появления данного накопителя.
Разработанная Sony технология AIT/SuperAIT помимо выпускаемых ею стримеров, автозагрузчиков и библиотек поддерживается также соответствующим оборудованием производства ADIC. Первые устройства AIT-1 емкостью 25 Гбайт со скоростью передачи данных 3 Мбайт/с появились в 1996 г., а к настоящему времени выпущено четвертое поколение AIT-4 емкостью 200 Гбайт и скоростью 24 Мбайт/c.
В 1994 г. корпорация Quantum приобрела у DEC технологию DLTtape. В процессе ее совершенствования был предложен новый формат хранения Super DLTtape (SDLT) на базе технологии Servo Tracking Optical Read and Write Magnetic (STORM). Благодаря использованию оптической полуавтоматической сервосистемы, STORM обеспечивает высокую плотность записи в соответствии с направляющим лазерным сервомеханизмом. В SDLT применяются недорогой магнитно-резистивный кластер головок и лента с более длительным сроком службы. По сравнению с DLTtape усовершенствованный формат предоставляет более быстрый доступ к данным и обратную совместимость по чтению с существующими картриджными системами DLTtape четвертого поколения.
ПРОТИВОСТОЯНИЕ
В 1997 г. Hewlett-Packard, IBM и Seagate, стремясь противостоять монополии Quantum, объединились для создания нового открытого формата хранения данных на ленте. Широкого распространения нового формата предполагалось добиться путем свободного лицензирования, чтобы он мог применяться любыми компаниями, специализирующимися на производстве накопителей или картриджей. Новый формат Liner Tape-Open (LTO) должен был обеспечить высокую скорость записи и чтения ленточными приводами файлов с картриджей высокой емкости.
Емкость картриджей LTO первого поколения составляла 100 Гбайт в несжатом виде, в каждом последующем поколении этот параметр удваивается (предполагается, что в LTO-4 он достигнет 800 Гбайт). Скорость записи и чтения несжатых данных, например в устройствах LTO-1, варьируется от 10 до 20 Мбайт/c, а в LTO-4 предполагается достигать значений от 80 до 160 Мбайт/c. Все картриджи LTO содержат дополнительную память 4 Кбайт, за счет чего обеспечивается быстрая одновременная передача специфических данных о самом картридже и тем самым минимизируется время доступа к файлам.
Устройство Quantum SDLT 320, представитель второго поколения приводов SDLT, появилось на рынке в июне 2002 г. Оно составило конкуренцию LTO - скорость записи достигла 16 Мбайт/c, а емкость картриджа SDLT-320 - 160 Гбайт. Однако довольно быстро приводы LTO-2, выпускаемые компаниями HP и IBM, вновь обогнали SDLT 320 как по емкости, так и по скорости передачи данных. «Перетягивание каната» между LTO и SDLT длилось довольно долго. В октябре 2003 г. Quantum выпустила привод SDLT 600, который превзошел LTO-2 во всех отношениях (300 Гбайт, 36 Мбайт/с). Большую емкость (500 Гбайт) обеспечивал только привод Sony формата SAIT, но он уступал по скорости (30 Мбайт/c).
К началу января 2004 г. «гонка вооружений» двух технологий на самом массовом рынке ленточных устройств среднего класса привела к тому, что LTO заняла 65%, а SDLT - остальные 35% рынка. Среди недорогих решений начального уровня доминирует технология DDS: более 50% автономных накопителей все еще комплектуется соответствующими картриджами. А вот технология Travan, по мнению специалистов, постепенно уходит со сцены. Если же рассматривать рынок в целом, включая одиночные устройства и сложные автоматизированные системы корпоративного уровня, то, по данным IDC, в первой половине 2004 г. 46% пришлось на поставки техники DDS/DAT, 16% - на LTO, 11% - на DLT, 6% - на SDLT, 10% - на Travan, 8% - на AIT/VXT.
На наиболее массовом среднем сегменте ленточных устройств происходит процесс перераспределения - SDLT вытесняет технологию DLT-4, а SDLT-2 приходит на замену SDLT-1. То же самое можно сказать о технологии LTO: уже в этом году LTO-3 (емкость картриджа 400 Гбайт, скорость передачи 80 Mбайт/с) выйдет на ведущие позиции, а с 2006 г. лидерство перейдет к LTO-4. Но, несмотря на внутренние перестановки, весь сегмент ленточных накопителей продолжает расти.
Относительно перспектив технологий SDLT и LTO существуют различные точки зрения. В январе 2005 г. Quantum приобрела производителя ленточных приводов LTO компанию Certance, специалисты рассматривают эту сделку как признание ключевой роли LTO в будущем. Выступая в мае на конференции SAN Accord 2005, организованной российским дистрибьютором ленточных систем Overland и Quantum компанией Storus, менеджер по продажам компании Quantum в регионе Центральной и Восточной Европы Юрген Стелтер озвучил позицию в отношении перспектив будущего развития двух технологий. В основной своей массе заказчики делятся на две категории - тех, кто в большей степени нуждается в хранении больших объемов данных, и тех, кому требуется более быстрый доступ к ним. В настоящее время обе технологии попеременно обеспечивают примерно равные показатели емкости хранения и скорости обмена данных. Однако в ближайшие несколько лет, как считают в Quantum, произойдет диверсификация: технология SDLT в большей степени будет нацелена на обеспечение емкости хранения, а LTO - на быстрый доступ к ним.
Рэнди Чалфант, вице-президент по развитию технологий компании StorageTek, полагает, что при создании продуктов нужно ориентироваться на те задачи, для выполнения которых предназначено устройство, правильно подбирая компоненты (например, носители и головки). Разумеется, если накопитель с циклом эксплуатации 4 ч в неделю будет использоваться для круглосуточной работы, очень скоро его компоненты начнут выходить из строя.
УПРАЖНЕНИЯ С ЛЕНТОЙ
Как утверждает Дмитрий Алексеев, представитель Fujifilm в России и странах СНГ, производители магнитных носителей ожидают всплеск спроса в России со стороны отечественных потребителей на системы резервного копирования и архивирования. Предпосылкой для этого служит принятие законодательных актов о необходимости хранения определенных категорий информации в течение длительного срока, а также планируемое вступление нашей страны в ВТО, что может вынудить многие компании с большими информационными массивами модернизировать свои ресурсы хранения.
Основными поставщиками картриджей DLT-4 являются компании Fujifilm, HP, IBM, Imation, Maxell, Quantum, Sony. Картриджи SDLT предлагают Maxell, Fujifilm, Quantum, HP, Sony, Imation, TDK; LTO-1 и LTO-2 - HP, IBM, Fujifilm, Imation, Maxell, Sony, Certance; DDS - HP, IBM, Maxell, Sony, Fujifilm, TDK, Certance; DAT72 - Fujifilm Maxell, HP; AIT - Sony, Maxell, Imation; VS160 - Sony, Quantum.
В подавляющей массе ленточные устройства среднего сегмента оснащаются накопителями DLT/ SDLT и LTO. Основной поставщик приводов DLT/SDLT - Quantum, а ведущие производители LTO - HP, IBM и Certance. (К недостаткам приводов Certance специалисты относят отсутствие внешнего интерфейса Native Fibre Channel.) Картриджи SDLT/DLT и LTO производят главным образом компании Fujifilm и Maxell с примерно равными долями рынка. Компания Imation, представленная в этом сегменте преимущественно на американском рынке, пока не сертифицирована производителями накопителей и автоматизированных библиотек.
Емкости в 320 Гбайт и скорость передачи в 32 Мбайт/c формата SDLT-1 уже не достаточно для обеспечения потребностей современных приложений. Поэтому на смену ему приходит новое поколение SDLT-2, обеспечивающее емкость 600 Гбайт и скорость 72 Мбайт/c. В настоящее время Quantum разрабатывает следующее поколение приводов SDLT, в качестве ориентира поставлена цель добиться емкости 3 Тбайт и скорости обмена 200 Гбит/с для одного ленточного картриджа SDLT.
Высокопроизводительные приводы для библиотек старшего класса имеют не менее 16 параллельных каналов для одновременного чтения и записи (для IBM 3592 - восемь каналов), в них используются дорогие картриджи повышенной надежности, а по стоимости эти магнитофоны намного превосходят ленточные накопители среднего класса. Такие приводы выпускают IBM и StorageTek. В этом классе продуктов StorageTek предлагает собственные приводы T9840 и T9940, а IBM - приводы IBM TotalStorage 3590 и IBM TotalStorage 3592. Устройство T9840 отличает короткое время загрузки картриджа и поиска нужной ленты, как и T9940, оно поддерживает подключение по каналам FICON, ESCON, Native FC, SCSI.
Приводы IBM TotalStorage 3590 поставляются с 1995 г., к настоящему времени установлено свыше 100 тыс. таких устройств в автоматизированных ленточных библиотеках компании IBM и других производителей. Разработанные позже приводы IBM TotalStorage 3592 комплектуются картриджами максимальной емкости 300 Гбайт в несжатом виде (коэффициент сжатия 1:3), а максимальная скорость передачи данных достигает 40 (120) Мбайт/c. Внешнее подключение по каналам ESCON, FICON, Native FC позволяет использовать эти устройства для установки в крупные автоматизированные библиотеки в среде мэйнфреймов или при подключении к крупным сетям хранения.
Следует заметить, что с точки зрения производительности библиотеки такой важный параметр, как скорость передачи данных накопителя, следует рассматривать в комплексе с другими показателями, поскольку неудовлетворительные параметры времени монтирования ленты, загрузки кассеты, поиска нужного блока данных, перемотки ленты, выгрузки и размонтирования могут нивелировать преимущества высокой скорости передачи данных. Например, накопители LTO-2 обеспечивают емкость 200 Гбайт и скорость передачи 35 Мбайт/c, а T9940 - 200 Гбайт и 30 Мбайт/c, однако общая производительность библиотеки, укомплектованной T9940, существенно выше, поскольку скорость доступа к блокам данных у этого привода в два раза превосходит аналогичный показатель приводов LTO-2.
С целью предотвращения уничтожения или перезаписи данных на ленточный картридж компания StorageTek предложила технологию безопасного хранения данных VolSafe (прототип технологии WORM). К записанным на ленту данным может быть добавлена дополнительная информация, однако VolSafe защищает сделанную на ленте запись от изменений, модификации или уничтожения.
Производители ленточных картриджей уже выпускают накопители LTO и SDLT с поддержкой технологии Write Once Read Many (WORM) в целях обеспечения физической невозможности изменения или удаления данных. Развивая линейку 3590, IBM представила специализированную модель J1A накопителя 3592, для которого Fujifilm разработала картриджи, выпускаемые и в обычном (340 Гбайт), и в экономичном варианте (60 Гбайт), в том числе с поддержкой технологии WORM. Пока технология WORM адаптирована для привода 3592 и LTO, а к концу 2005 г. или началу 2006 г. она станет доступна и для SDLT. Накопители T9840 предоставляют практически мгновенный доступ к данным WORM, сопоставимый по скорости с возможностями оптических дисков.
Производители магнитных лент и картриджей вкладывают большие средства в разработку новых технологий. Например, картриджи Fujifilm DLT-4, SDLT и LTO-1, LTO-2 выполнены с применением технологии ATOMM, где размер частиц магнитного слоя составляет 100-200 нм. Суть предложенной специалистами этой же компании технологии NANOCUBIC заключается в следующем. Чтобы запись была плотной и надежной, частицы должны быть как можно более мелкими и плотнее прилегать друг к другу. Чем больше частиц помещается на единицу поверхности и чем тоньше магнитный слой, тем выше плотность записи, и она в меньшей степени подвержена размагничиванию. Кроме того, технология NANOCUBIC не требует соблюдения жестких условий производства (стерильности и т. п.).
Новая технология совсем недавно была применена в картриджах для накопителей IBM 3592 и в LTO-3, размер частиц составляет 40-100 нм. Летом 2005 г. ожидается выпуск картриджей для специализированных накопителей старшего класса компании StorageTek. Специалисты убеждены, что в 2006 г., когда удастся добиться размера частиц по меньшей мере 4-40 нм, емкость сжатой информации картриджа LTO-4 достигнет 1,6 Тбайт, а скорость передачи 160 Мбайт/с.
ПОП-МЕХАНИКА
Когда компания оперирует информацией большого объема, во избежание путаницы с лентами требуется устройство для упорядочивания и ускорения доступа к данным. Все самостоятельные ленточные устройства можно разделить на три класса - стримеры, автозагрузчики и автоматизированные библиотеки. Стример - это одиночный привод с набором устанавливаемых вручную картриджей в одном корпусе. Автозагрузчик отличается наличием автоматического механизма выбора кассеты, правда, его плата управления не обладает развитыми интеллектуальными функциями, свойственными автоматизированным библиотекам.
Демонстрация работы автоматизированной ленточной библиотеки на любой выставке ИТ собирает множество зрителей. Ее роботизированный механизм способен развивать скорость поезда - свыше 80 км/ч. В каждом картридже имеется встроенная флэш-память, куда в целях оптимизации доступа к данным помещаются служебная информация о содержимом ленты и карта распределения данных. При инициализации библиотеки картриджи один за другим вынимаются из слотов и вставляются в накопитель, при этом считываемый идентификатор кассеты заносится в программу, которая устанавливает соответствие между слотами и лентами. Для более быстрого поиска и выбора нужной кассеты на внешнюю поверхность картриджа наносится штрих-код, а на робот крепится сканирующее устройство. Данный способ улучшает сохранность ленты благодаря тому, что для идентификации не требуется всякий раз считывать метку с ленты.
Способ перемещения робота в различных системах реализован по-разному. Например, при объединении библиотек ADIC Scalar i2000 боковые стенки снимаются, а роботизированный механизм помимо уже имеющейся вертикальной направляющей получает общее горизонтальное шасси, а вместе с ней и дополнительную степень свободы. Таким образом исключается обмен картриджами через Thru Ports (см. ниже) и повышается общая производительность библиотеки. По мере присоединения новых шкафов (максимально до четырех штук) горизонтальное шасси наращивается.
При необходимости расширения ленточной библиотеки ADIC 10K возможна установка дополнительного модуля с вращающейся «каруселью», которая для выбора кассеты поворачивается к роботу нужной стороной. Как пояснил Андрей Синютин, заместитель департамента сетевых технологий компании «Интерпроком ЛАН», в последней модели ADIC 10K при расширении библиотеки, дабы она не увеличивалась в длину, в центре могут быть установлены две крутящиеся башни, обслуживаемые соответственно двумя роботами.
Емкость и производительность библиотек HP StorageWorks MSL для среднего сегмента рынка можно наращивать путем объединения вертикально установленных друг на друга модулей (до восьми модулей 5U или до четырех модулей 10U). При этом роботизированный механизм внутри каждого устройства перемещается горизонтально, но управление всей конструкцией осуществляется централизованно и согласованно. Робот выдерживает до 2 млн операций загрузки и выгрузки кассет. При объединении библиотек HP StorageWorks ESL серии E (максимально до пяти шкафов) роботы обмениваются кассетами между шкафами посредством кросс-механизма, для чего в каждом устройстве предусмотрен сквозной внутренний порт.
В крупной автоматизированной модульной библиотеке StorageTek SL8500 (см. Рисунок 1) слоты располагаются на четырех ярусах (полках) по периметру внутренних стенок корпуса, а также на установленной в центре шкафа панели. На каждой из полок для надежности и увеличения скорости могут быть установлены по два роботизированных устройства. При объединении шкафов обмен картриджами между шкафами происходит через специальные порты Pass Thru Ports, максимальное количество которых - 31. Один корпус SL8500 вмещает 1456 слотов и 64 привода и может наращиваться как вширь, так и вглубь, при этом управление всей конструкцией осуществляется как единым устройством.
Практически у всех производителей ленточных библиотек предусмотрен обмен кассетами с внешним миром в оперативном режиме. Если библиотека перегружена и нужно заменить ленты, не прерывая ее работу, то используется специальный «карман» Cartridge Access Ports (другое название - Mail Box), через который производится загрузка/выгрузка кассет в процессе резервного копирования, восстановления или архивирования. В крупных библиотеках усовершенствованные «карманы» могут вмещать сразу несколько десятков кассет с лентами.
Важная особенность устройства - возможность прямого внешнего подключения по Fibre Channel (Native Fiber). Это служит гарантией того, что для подключения библиотеки к сети хранения не придется задействовать дополнительный шлюз для перехода от SCSI к FC. В противном случае производительность библиотеки окажется неудовлетворительной при передаче интенсивных потоков данных.
Как правило, кроме интерфейсов SCSI или FC библиотеки имеют еще порт Ethernet, через который производится мониторинг библиотеки системами управления (HP OpenView, IBM Tivoli, CA BrightStor и т. д.). Если в библиотеке происходит сбой или нештатная ситуация, система управления посылает на консоль администратора тревожные сигналы. Вместе с библиотекой производители поставляют бесплатное или очень недорогое ПО управления, которое устанавливается на управляющую станцию администратора и позволяет более детально отслеживать, какие компоненты отказали или близки к этому. В интеллектуальных моделях предусмотрены средства проактивного мониторинга, анализа и предупреждения отказов.
Желательно, чтобы средства мониторинга обеспечивали полный контроль всех компонентов библиотеки: путей передачи данных, состояния приводов, картриджей, температуры, напряжения и прочих параметров. Для удобства работы администратора в системе управления обычно предусматриваются механизмы настройки правил: задания пороговых значений, учет пользовательских предпочтений, ведение журнала событий и т. д. Как правило, тревожные сообщения можно отправить по электронной почте, в виде сообщений SMS, на страницу Web службы поддержки и немедленно с ней связаться.
В чрезвычайно ответственных областях применения ленточных устройств, где выход оборудования из строя категорически недопустим, используются ленточные библиотеки повышенной надежности, с возможностью резервирования и «горячей» замены в оперативном режиме практически всех компонентов - накопителей, источников питания, вентиляторов, и даже устройств управления ввода/вывода при полном сохранении функциональности библиотеки.
РЫНОК ПРЕДЛАГАЕТ
На российском рынке представлен широкий спектр поставщиков ленточных библиотек, однако реальных производителей этих устройств не так уж много: ADIC, Exabyte, IBM, Overland Storage, StorageTek, Quantum и некоторые другие, продукты которых поставляются в рамках OEM-соглашений компаниями Dell, EMC, Fujitsu Siemens, HP, Sun Microsystems, Tandberg Data и проч.
В начале июня Sun Microsystems, в чьей линейке систем хранения до сих пор были представлены ленточные библиотеки L500, L180, L700, L8500 (StorageTek), позиционируемые для российского рынка как «тяжелые» системы, библиотеки среднего класса L25, L100 (Quantum) и «легкие» системы L8 (ADIC), объявила о намерении приобрести за 4,1 млрд долларов компанию StorageTek, оборот которой за 2004 г. превысил 2 млрд долларов. Благодаря этой сделке Sun Microsystems становится крупным игроком рынка систем хранения, в том числе в среде мэйнфреймов: все ленточные библиотеки StorageTek корпоративного уровня L180, L1400M, SL8500, PowderHorn 9310, L5500, куда могут устанавливаться накопители T984 (ESCON, FICON, Native FC), T9940 (ESCON, FICON, Native FC), удовлетворяют требованиям со стороны мэйнфреймов к их производительности и емкости.
В 2004 г. ленточные устройства StorageTek принесли 77% ее оборота. При всем разнообразии их линейки компания StorageTek более всего известна как ведущий игрок на рынке крупных автоматизированных библиотек. Ее флагманский продукт - виртуальная модульная ленточная библиотека StorageTek SL8500 - состоит из базового модуля и двух модулей расширения. Максимальная конфигурация при соединении нескольких шкафов вмещает до 300 тыс. слотов и до 2048 накопителей T9840, T9940, LTO Ultrium и SDLT в любой комбинации, а наибольшая емкость такой конструкции при использовании картриджей LTO-3 достигает 120 Пбайт.
Библиотека SL8500 стала первым в отрасли устройством, где можно свободно смешивать различные типы картриджей благодаря реализации архитектуры Any Cartridge Any Slot. Наличие универсальных слотов предоставляет большую гибкость и сохраняет инвестиции при миграции с одной технологии на другую. Доступ к библиотеке может осуществляться со стороны различных серверов и приложений, и при этом разделение всей емкости на разделы и закрепление разделов за теми или иными приложениями не требуется. Балансировку нагрузки между ленточными приводами и сетевыми устройствами выполняет Virtual Storage Manager - приложение, отвечающее за эффективное использование ресурсов устройства.
Управление всей электроникой системы интегрировано на единой плате, которая в том числе регулирует трафик между накопителями и, например, сетью хранения. Роботизированные механизмы, накопители, блоки питания, электронные платы SL 8500 могут заменяться в оперативном режиме без прерывания работы. Библиотекой можно управлять и удаленно: все основные функции, имеющиеся в распоряжении локального оператора, будут доступны через Ethernet. Путем варьирования компонентов можно подобрать практически любую конфигурацию для обеспечения требуемой емкости и производительности.
 |
| Рисунок 2. IBM TotalStorage 3494 масштабируется до 5,6 Пбайт. |
IBM поставляет на российский рынок ленточные библиотеки IBM TotalStorage 3494 (см. Рисунок 2) и IBM TotalStorage 3584, предназначенные в основном для крупных вычислительных центров, для работы в среде мэйнфреймов и открытых систем. Модульная система IBM TotalStorage 3494 основана на архитектуре Multi-Path с поддержкой множественных путей доступа, поэтому благодаря делению на разделы сотрудники разных подразделений и филиалов одной компании могут пользоваться ею одновременно. Комбинируя модели IBM TotalStorage 3494, можно создать единую библиотеку, включающую до 16 конструктивов, общей численностью свыше 6000 перезаписываемых картриджей или картриджей WORM для накопителей IBM TotalStorage 3590 и 3592 емкостью до 5,6 Пбайт данных. Для библиотеки IBM TotalStorage 3584 поставляются накопители 3592 Tape Drive Model J1A, которые могут использоваться в смешанной конфигурации вместе с накопителями LTO Ultrium-3 (накопитель IBM TotalStorage 3588 модель F3A) в одной и той же системе, но в различных корзинах. Обратная совместимость с LTO Ultrium-1 и LTO Ultrium-2 обеспечивает защиту инвестиций.
Ленточные библиотеки среднего класса IBM поставляет по OEM-соглашению с ADIC. Кроме того, библиотеки ADIC в рамках OEM-соглашений предлагают компании Dell, EMC, Fujitsu Siemens Computers. В одном модуле библиотеки корпоративного класса ADIC Scalar i2000 можно установить до 360 слотов LTO, 255 слотов SDLT, минимальная конфигурация начинается со 100 картриджей. При расширении допускается объединение до восьми стоек, в которые можно поместить до 3492 картриджей LTO и до 48 накопителей, так что максимальная емкость библиотеки достигнет 2,8 Пбайт. Библиотеки Scalar i2000 и Scalar10K позволяют производить разбиение на виртуальные библиотеки, а также поддерживают смешанные носители, когда в одной библиотеке одновременно возможна работа с лентами разных технологий. Большинство компонентов iScalar дублировано и может заменяться в «горячем» режиме.
 |
| Рисунок 3. HP StorageWorks ESL E-Series Tape Library интегрируется в архитектуру HP StorageWorks ETLA. |
Возможность использования накопителей и картриджей различных типов в одном устройстве реализована и в библиотеках HP StorageWorks MSL, но в рамках каждого из двух магазинов картриджи не смешиваются. Например, одна корзина может быть укомплектована перезаписываемыми картриджами LTO Ultrium 460, а другая - картриджами WORM. Устройство, ориентированное на средний сегмент рынка, готово к работе с технологиями HP LTO Ultrium 960 и SDLT 600. MSL 6000 может масштабироваться не только внутри одного семейства, но и наращиваться модулями семейства MSL 5000 до 240 слотов и 16 приводов в максимальной конфигурации.
Один шкаф HP StorageWorks ESL E-серии (см. Рисунок 3) способен вместить от 322 до 712 картриджей LTO или от 286 до 630 картриджей SDLT. В него допускается устанавливать накопители Ultrium 960 (FC), Ultrium 460 (SCSI), Ultrium 460 (FC), а также SDLT 600 и/или SDLT 320; для каждого типа картриджей используется свой магазин. Контроль над доступом к ресурсам библиотеки HP StorageWorks ESL E-Series со стороны серверов осуществляется посредством ПО Secure Manager. Возможность деления на разделы позволяет организовать до шести виртуальных ленточных библиотек. Обмен кассетами между модулями обеспечивает сквозной механизм Pass Thru.
Решения HP StorageWorks ESL и EML интегрируются в архитектуру HP StorageWorks Extended Tape Library Architecture (ETLA), обеспечивающую более простое выполнение резервного копирования благодаря усовершенствованному управлению всей библиотекой. ETLA реализует возможности удаленного управления, чем упрощаются конфигурирование, управление и мониторинг всех компонентов библиотеки из любой точки.
Потребность в организации надежного, эффективного и менее затратного процесса резервного копирования и восстановления данных нашла отражение в концепции ILM, для реализации компонентов которой производители предлагают аппаратные и программные решения (о внедрении стратегии ILM на предприятии нефтегазовой отрасли см. врезку .). В частности, некоторые из них уже выпустили продукты на базе гибридной технологии, когда в едином конструктиве устанавливаются как дисковые накопители, так и ленточные картриджи. Такие решения, как Disk-to-Disk-to-Tape (D2D2T), обеспечивают иерархическое размещение данных: в зависимости от ценности информации ее хранят на соответствующих по стоимости носителях.
В начале июня StorageTek выпустила систему IntelliStore под кодовым названием Trinity, предназначенную для архивного хранения и поиска данных. Особенность интеллектуальной новинки, где используются как дисковые накопители, так и ленточные приводы и картриджи, заключается в возможности хранения и поиска данных по контенту. До появления на рынке этого архива подобный сервис обеспечивала лишь дисковая система EMC Centerra. Учитывая, что стоимость дискового пространства все еще существенно дороже ленточных аналогов (цена недорогих дисковых систем SATA колеблется в пределах 3-15 долларов за 1 Кбайт, стоимость же 1 Гбайт хранения данных на ленте составляет всего от 0,5 до 3 доллара), а в законодательных актах европейских стран и Америки ужесточены требования к архивному хранению данных, новинка появилась в нужное время.
ВЫБОР СИСТЕМЫ
Библиотека - это лишь верхушка айсберга, и само по себе приобретение ленточной библиотеки не решает всех проблем резервного копирования или архивирования, предупреждает Вячеслав Слободчук, руководитель отдела инженерной поддержки продаж компании «Классика». Для того чтобы после покупки библиотеки и ПО заказчик не обнаружил вдруг, что предполагавшаяся изначально схема резервного копирования реально не работает (слишком много времени занимает передача информации, плохая совместимость оборудования, необъяснимые эпизодические сбои, никто из поставщиков не берется поддерживать весь комплекс в целом) - необходима тщательная подготовка проекта с участием квалифицированных специалистов, которые могут взять на себя ответственность за работоспособность и заявленную функциональность предлагаемых конфигураций и схем.
Как поясняет Вячеслав Логачев, руководитель отдела серверных технологий российского системного интегратора «Белмонт Групп», специфика проектов, в рамках которых предполагается поставка ленточных библиотек, состоит в правильном расчете типов и количества накопителей и картриджей, а также соответствующих каналов передачи данных. Еще на начальном этапе следует определить объем и тип информации, частоту резервирования данных, размер окна резервного копирования и правила ротации носителей. Расчет библиотеки требует учесть и такие нюансы, как полное или инкрементальное копирование, а также необходимость максимальной автоматизации процесса резервного копирования.
Исходя из этого определяется количество считывающих/записывающих устройств и рассчитывается пропускная способность канала, по которому библиотека соединяется с внешней инфраструктурой. Выбор типа ленты представляется важным с точки зрения экономии. Если, к примеру, для резервной копии набора данных не требуется ленты емкостью в 300 Гбайт, а достаточно 70 Гбайт, то более целесообразно использовать модели приводов предыдущих поколений (DLT, LTO-1 и т. д.), что и практикуют подразделения ИТ многих компаний.
Ввиду того, что производительные дисковые системы становятся дешевле и на массовом рынке уже появился новый класс недорогих дисков FATA и SATA, способных со временем составить ценовую конкуренцию ленточным устройствам, некоторые специалисты поспешили сделать пессимистические прогнозы относительно будущего ленточных технологий. Однако цена хранения 1 Гбайт информации на магнитной ленте резко снижается по мере увеличения отношения количества картриджей к количеству накопителей, а емкость картриджей растет быстрее емкости дисков.
Оптические же носители разумно применять там, где требуется быстрый доступ к небольшим объемам данных: дороговизна единицы оптического носителя компенсируется невысокой ценой оборудования. Но там, где объемы данных огромны, - лучшего способа хранения, чем на ленточных носителях, пока еще не придумано.
Наталья Жилкина - научный редактор «Журнала сетевых решений/LAN». C ней можно связаться по адресу: [email protected] .
ILM для нефти и газа
Специфика нефтегазовой отрасли, особенно в области разведки месторождений, сопряжена с накоплением огромных объемов данных. За восемь лет работы тюменского предприятия «Сибирский научно-аналитический центр» и его подразделения «Недра Ямала» в Салехарде объем данных составил несколько сотен терабайт (компания занимается сбором, анализом, хранением и обработкой данных физической разведки нефтяных и газовых месторождений). В 1998 г. для резервного копирования и архивирования данных была приобретена ленточная библиотека StorageTek 9740 с 10 накопителями DLT и 490 слотами для картриджей (сейчас эта система уже не выпускается, но зарекомендовала себя в эксплуатации как надежное устройство). Со временем накопители DLT были заменены на более усовершенствованные SDLT.
Весь накопленный объем данных хранился частично на сервере Sun Solaris, а частично на локальных машинах. Библиотека, на которую производилось резервное копирование, была подключена напрямую к серверу, данные размещались как в самой ленточной библиотеке, так и в автономных хранилищах. Запись и восстановление данных, которые располагались на сервере Sun Solaris, осуществлялись с помощью ПО Legato Networker. В целом система была достаточно запутанная, поскольку локальное хранение больших объемов данных неизбежно сопряжено с трудностями администрирования и обеспечения их безопасности.
В 2003 г. было решено повысить эффективность хранения путем внедрения концепции ILM на базе иерархической схемы. Однако в то время, когда приобреталась библиотека, не предусматривалась возможность ее совместного использования несколькими процессами записи: имеющиеся ресурсы не позволяли выполнять запросы к библиотеке одновременно со стороны сервера резервного копирования и сервера ILM. Дабы сэкономить средства заказчика, специалисты российского отделения австрийской компании S&T International предложили решение по раздельному доступу различных приложений (резервного копирования и ILM) к единой библиотеке было реализовано с помощью программного продукта StorageTek ACSLS 7.1 (Automated Cartridge System Library Software).
Сервер ACSLS реализует виртуальный слой управления роботизированным механизмом, позволяя отделить путь управления библиотекой от пути передачи данных. Он осуществляет прием команд управления, постановку их в очередь и выдачу в правильном порядке на физическое устройство, т. е. реализует диспетчеризацию доступа к библиотеке. Поток данных между накопителем и внешними устройствами идет независимо от команд управления роботизированным устройством SCSI.
В процессе реализации проекта был установлен мост SCSI/FC, что позволило включить библиотеку в формируемую инфраструктуру сети хранения предприятия. Для промежуточного хранения данных в иерархической схеме была приобретена StorageTek BladeStor - не самая скоростная, но довольно емкая система хранения с дисками ATA. В качестве программного продукта «прото-ILM» выбрана система Legato DiskXtender, благодаря которой хранение данных организуется в виде прозрачного пула, откуда они перемещаются на более медленные диски и ленты.
В ходе выполнения проекта сервер резервного копирования заменили на сервер ACSLS, который самостоятельно передает данные в нужном порядке и имеет собственный командный язык для управления библиотекой. Тем самым было обеспечено одно из условий внедрения схемы иерархического хранения, а именно - сохранение имеющейся системы архивного хранения в сотни терабайт данных. Совместное использование роботизированной ленточной библиотеки двумя прикладными системами позволило сэкономить средства бюджета на ИТ: для целей внедрения ILM не пришлось закупать новую библиотеку, а для резервного копирования использовали уже эксплуатирующуюся на предприятии систему.
Как пояснил Роман Хмелевский, консультант S&T International, принимавший участие в реализации данного проекта, очень часто руководство предприятий с трудом соглашается на модернизацию имеющихся систем, и связано это не столько с затратами, сколько с необходимостью изменения начальных схем хранения бесценной информации и опасения ее потерять. Используя приведенную схему, функциональность можно добавлять без риска потери данных, и при этом серьезных затрат не потребуется.
Любая современная компания считает интеллектуальную собственность своим капиталом. Для бизнеса в любой отрасли существенен быстрый и надежный доступ к критическим данным. Результаты исследований ученых Техасского университета показали, что более 90% компаний, переживших полную (или катастрофическую) потерю данных, так и не смогли оправиться от потрясения и вернуться на рынок.
Не только в крупных корпорациях, но и на предприятиях малого бизнеса хорошо понимают необходимость резервного копирования и восстановления информации. В системах масштаба предприятия и сетях крупных департаментов, в небольших компаниях и у индивидуальных пользователей одинаковым успехом пользуются потоковые накопители, или стримеры. В основе их конструкции лежит лентопротяжный механизм, работающий в инерционном режиме. Накопители на магнитной ленте применяются вместе с компьютерами еще с начала 50-х годов - именно тогда они стали приходить на смену "бумажным" носителям информации - перфолентам и перфокартам. Немаловажный фактор, обеспечивающий столь продолжительный интерес к накопителям на магнитной ленте, - низкая стоимость хранения информации.
Основная проблема при использовании накопителей на магнитной ленте сегодня заключается в том, что множество таких устройств использует несовместимые друг с другом форматы записи данных на магнитной ленте. Это часто затрудняет не только выбор конкретного накопителя, но и обмен данными при его эксплуатации. Предпринято немало усилий для решения этой проблемы, но в целом можно констатировать, что кардинальных перемен пока не произошло (хотя некий прогресс в этом направлении есть).
Наиболее широко сегодня применяются такие технологии, как Travan, DLT (Digital Linear Type), DAT-DDS (Digital Audio Tape-Digital Data Storage), LTO (Linear Tape Open), Mammoth и AIT (Advanced Intelligent Tape). Для обоснованного выбора системы резервного копирования надо ясно представлять себе достоинства и недостатки разных устройств, которые во многом определяются емкостью системы, ее быстродействием, надежностью и ценой.
Основные стимулы к повышению производительности ленточных устройств среднего и старшего класса - это широкое использование Интернета и распространение корпоративных интрасетей, увеличение числа серверов (нужных, чтобы обеспечить рост этих сетей), а также ужесточение требований к хранению информации и ее восстановлению в случае аварий. Спрос на системы резервного копирования и хранения данных особенно подстегивается все более активным использованием таких приложений, как мультимедиа, видео по запросу, звуковое информационное наполнение, обработка изображений и т.п.
Прежде чем обсудить конкретные технологии, заметим, что применяются два метода записи на магнитную ленту: наклонный и линейный серпантинный. В системах наклонной записи несколько считывающих/записывающих головок размещают на вращающемся барабане, установленном под углом к вертикальной оси (аналогичная схема применяется в бытовой видеоаппаратуре). Движение ленты при записи/чтении возможно только в одном направлении. В системах линейной серпантинной записи считывающая/записывающая головка при движении ленты неподвижна. Данные на ленте записываются в виде множества параллельных дорожек (серпантина). Головка размещается на специальной подставке; по достижении конца ленты она сдвигается на другую дорожку. Движение ленты при записи/чтении идет в обоих направлениях. На самом деле таких головок обычно устанавливается несколько, чтобы они обслуживали сразу несколько дорожек (они образуют несколько каналов записи/чтения).
Технология Travan
Технология Travan, разработанная корпорацией 3М, а ныне перешедшая к ее подразделению, компании Imation (http://www.imation.com), стала новой ступенью развития устройств, базирующихся на стандартах QIC (Quarter Inch Committee). В 1983 г. появились первые приводы, базирующиеся на стандарте QIC-02. Картриджи этих устройств могли хранить 60 Мбайт информации на 300 футах (примерно 90 м) ленты. Стандарты QIC определяют интерфейс между компьютером и стримером, формат ленты, необходимое количество головок, методы кодирования, коды и алгоритмы коррекции данных, а также SCSI-команды для накопителей, использующих этот интерфейс. Наибольшее распространение получили накопители, соответствующие стандартам QIC-40 и QIC-80. Они подключались к компьютеру через уже существующий контроллер флоппи-дисков. Форматы записи допускали как CRC-, так и ECC-кодирование, что позволяло одновременно проводить контроль и исправление ошибок при очень высокой достоверности записи данных (один ошибочный бит из ста триллионов). Стандартом для четвертьдюймовых лент стали картриджи DC6000 и DC2000.
Внутри первых картриджей Travan находилась магнитная лента длиной 228 м и шириной 0,315 дюйма (0,8 см), изготовленная из ферроксидного материала с коэрцитивной силой 550 эрстед, который обеспечивал плотность намагничивания до 14 700 переходов на дюйм. Емкость картриджа TR-1 составляла около 400 Мбайт - это более чем вдвое превышало емкость самого распространенного серийного мини-картриджа QIC-80. TR-1 обладал обратной совместимостью с QIC-80-MC. Вслед за TR-1 были выпущены картриджи TR-2 емкостью 800 Мбайт и TR-3 емкостью 1,6 Гбайт - модификации стандартных форматов QIC-3010 и QIC-3020, имеющих емкости 340 и 670 Мбайт. В 1995 г. 3М запустила в серийное производство мини-картридж TR-4 с максимальной емкостью 4 Гбайт (совместимый с QIC-3095-MC). Первые модели стримеров Travan не потребовали никаких конструкционных изменений носителей информации: в их устройстве применялась уже существовавшая электроника привода и технология изготовления головок.
Компания Imation выпускает два семейства картриджей: Travan - для накопителей настольных компьютеров и Travan NS - для стримеров серверов. Последнее семейство включает три модели: Travan NS 8, Travan NS 20 и Travan NS 36, обеспечивающие хранение 8, 20 и 36 Гбайт сжатых данных соответственно. Среди ведущих производителей Travan-накопителей можно отметить корпорации Seagate Technology (http://www.seagate.com) и Hewlett-Packard (http://www.hp.com). В частности, хорошо известны такие семейства, как Hornet и TapeStore Travan (NS) от Seagate.
Стоит отметить, что новую жизнь в QIC-накопители вдохнула корпорация Tandberg Data (http://www.tandberg.com). Она усовершенствовала многоканальную технологию линейной записи MLR (Multichannel Linear Recording) и начала выпускать накопители SLR (Scalable Linear Recording), отличающиеся более высокой плотностью записи и быстродействием. Например, подобный стример - SLR60 может хранить на ленте 30 Гбайт несжатых данных и передавать их со скоростью 4 Мбайт/с. Одно из основных преимуществ SLR-накопителей Tandberg - высокая надежность: среднее время безотказной работы составляет 300 тыс. часов при 100%-ной загрузке.
Технология DAT-DDS
По данным Dataquest, несомненный лидер в производстве устройств с технологией DAT-DDS - корпорация Hewlett-Packard. Кроме нее в консорциум производителей устройств DAT-DDS (http://www.dds-tape.com) входят такие известные компании, как Sony, Seagate Technology, Tecmar, MKE/Panasonic и Aiwa.
Основой для разработки технологии DDS послужила методика записи высококачественного звука DAT (Digital Audio Tape), поэтому подчеркнем, что DAT и DDS - вовсе не одно и то же. Для DAT-картриджей с лентой шириной 4 мм (точнее 3,81 мм) чаще всего используется формат DDS (Digital Data Storage), разработанный фирмами Sony (http://www.sony.co.jp) и Hewlett-Packard в 1987 г. Он основан на технологии Helical Scan, которая известна как наклонно-строчная запись. Обязательный в данном случае атрибут лентопротяжного механизма - блок вращающихся головок (БВГ), выполненный в виде цилиндра (барабана). В зависимости от используемого формата записи лента обертывается вокруг БВГ под некоторым углом, причем ось самого цилиндра БВГ также наклонена под небольшим углом к ленте.
Битам данных присваиваются числовые значения, после чего эти цифры транслируются в поток электронных импульсов, которые и помещаются на ленте. Эта технология во многом напоминает запись музыки на компакт-диск. Формат DDS, вообще говоря, использует лентопротяжный механизм DAT с четырьмя головками на БВГ: две головки записи и две--чтения после записи. Дорожки записываются парами (так называемыми фреймами), причем записи на дорожках частично перекрываются. Каждый фрейм содержит 8 Кбайт информации. Головки на БВГ расположены под различными азимутальными углами относительно ленты, поэтому каждая головка легко различает свою дорожку. С той же целью задействована система автоматического поиска дорожки ATF (Automatic Track Finding).
Лента обернута вокруг цилиндра БВГ под углом 90°, что уменьшает ее износ. Барабан вращается со скоростью примерно 2000 об./мин, а лента движется довольно медленно - 8,15 мм/с. Емкость картриджей зависит от версии формата DDS (см. табл. 1). Размеры всех картриджей одинаковы и составляют 5,3х7,4х1,0 см. С введением версии DDS/DC (DDS/Data Compression) форматы допускают сжатие данных.
Таблица 1. Характеристики форматов DDS
| Формат | DDS-1 | DDS/DC | DDS-2 | DDS-3 | DDS-4 |
| Год выпуска | 1989 | 1991 | 1993 | 1995 | 1998-99 |
| Исходная емкость, Гбайт | 1,3 | 2 | 4 | 12 | 20 |
| Емкость при сжатии, Гбайт | 2,6 | 4 | 8 | 24 | 40 |
| Длина ленты, м | 60 | 90 | 120 | 125 | 155 |
| Скорость передачи данных, Мбайт/с | 0,18 | 0,18 | 0,36-0,72 | 0,72-1,5 | 3-6 |
В накопителях DDS-4 технологические улучшения коснулись не только блока вращающихся головок записи-чтения, но и носителя. Надо особо отметить, что во всех стримерах, применяющих технологию Helical Scan, есть возможности верификации данных типа "чтение после записи" и коррекции ошибок непосредственно во время записи.
Дальнейшего развития технология DAT-DDS уже, видимо, не получит. Все ведущие производители, включая Hewlett-Packard, Sony и Seagate Technology, заявили о том, что разработка продуктов категории DDS-5 не планируется.
Технология DLT
Вместе с машиной MicroVAX II от DEC в 1995 г. была анонсирована система резервного копирования, сменным носителем в которой служил небольшой картридж, имевший, в отличие от известных уже картриджей QIC, только одну катушку с лентой. Роль приемной катушки исполнял механизм самого привода. Это позволило сэкономить место в картридже и значительно увеличить длину ленты. Устройство получило название ТК50; на одном его носителе могло храниться 94 Мбайт информации. Но только накопитель TF85, разработанный в 1989 г. инженерами Digital Equipment, можно было назвать первой DLT-системой. Данное устройство, впоследствии названное DLT260, обеспечивало запись 2,6 Гбайт на ленте длиной 1200 футов (360 м) в картридже CompactTape III (ныне известен как DLTtape III).
Основной особенностью нового привода был запатентованный 6-роликовый ведущий механизм с блоком головок HGA (Head Guide Assembly). Он обеспечивал мягкий и плавный ход ленты с минимальным трением. Путь ленты был значительно меньше, чем на приводах с 8-миллиметровой лентой, и это снижало ее износ и повреждения. Благодаря HGA плотность записи на полудюймовой ленте была увеличена с 48 дорожек до 122.
В 1991 г. Digital выпустила привод TF86 (впоследствии названный DLT600), который на картридже DLTtape III мог хранить уже 6 Гбайт данных. Два года спустя появился накопитель, известный сегодня как DLT2000. Емкость кассеты возросла до 10 Гбайт, а скорость передачи данных достигла 1,25 Мбайт/с. Устройство было оснащено 2 Мбайт кэш-памяти.
Отметим, что магниторезистивная головка считывания представляет собой резистор, сопротивление которого меняется в зависимости от напряжения магнитного поля, причем амплитуда сигнала практически не зависит от скорости изменения поля. Это позволяет намного надежнее считывать информацию с ленты и в результате значительно повысить предельную плотность записи. Основной недостаток индуктивных головок - сильная зависимость амплитуды сигнала от скорости перемещения магнитного покрытия и высокий уровень шумов, затрудняющий обнаружение слабых сигналов. В метод же PRML (максимальное правдоподобие при неполном отклике) для считывания информации применяется ряд положений теории распознавания образов. При традиционном декодировании, когда отслеживается амплитуда, частота или фаза считываемого сигнала, эти параметры должны были значительно меняться, чтобы обеспечить надежность. В частности, при записи подряд двух или более совпадающих разрядов их приходилось специальным образом кодировать, что снижало плотность записи. В методе PRML для декодирования применяются шаблоны, с которыми сравнивается считанный сигнал. Это позволяет повысить плотность записи данных на 30-40%.
Благодаря тому, что магнитное кодирование данных происходит на одной стороне ленты, а лазерное кодирование служебной информации - на другой (для позиционирования ленты и контроля скорости), для управления перемещением ленты не требуется отдельной магнитной головки. Головки объединяются в группы (кластеры), резко увеличивая возможную емкость ленты.
Особый фактор - встроенное микропрограммное обеспечение. Оно управляет такими важными функциями и параметрами, как коммуникации по шине SCSI, обнаружение и коррекция ошибок, сжатие данных, скорость ленты, форматирование данных. Кроме того, микропрограммное обеспечение реализует функции протокола SCSI (включая сообщения, команды и параметры).
На одном картридже для модели Super DLTtape 220N хранится 110 Гбайт данных в неуплотненном виде (220 Гбайт при сжатии), а скорость передачи данных достигает 11 Мбайт/с (22 Мбайт/с при сжатии). Плотность записи обеспечивается на уровне 896 треков на дюйм. Максимальная скорость по шине SCSI в пакетном режиме - 80 Мбайт/с. Среднее время наработки на отказ при 100%-ной нагрузке составляет 250 тыс. ч. Использование технологии Super DLT обеспечивает обратную совместимость с накопителями DLT 8000, DLT 7000 и DLT 4000 и картриджами типа DLTtape IV.
Технологию DLT активно поддерживают такие компании, как Breece Hill Technologies, Compaq, Dell, Exabyte, Hewlett-Packard, IBM, StorageTek, Tandberg Data, и другие.
Технология LTO
В ноябре 1997 г. три крупнейших компании, производящих накопители на магнитной ленте, - IBM (http://www.ibm.com), Hewlett-Packard и Seagate Technology объявили о соглашении, результатом которого стало создание новой технологии для стримеров, используемых в больших компьютерных системах. Новая технология, получившая название LTO (Linear Tape Open), объединила преимущества линейных многоканальных двунаправленных форматов записи и улучшенные сервосистему, способ сжатия данных, размещение дорожек, метод коррекции ошибок, производительность и надежность. Ее основные особенности - многоканальная серпантинная запись и высокая плотность записи (до 100 Мбит/кв. дюйм).
На базе LTO-технологии созданы два формата: Ultrium (интенсивная запись) и Accelis (интенсивное чтение). В настоящее время на рынке доступны только устройства, поддерживающие первый формат. При использовании LTO-технологии полная ширина ленты делится на несколько более узких областей. Количество таких областей зависит от типа формата: для Ultrium выделяется четыре области, а для Accelis - две. Блок головок охватывает только одну из имеющихся областей и заполняет их последовательно. На верхней и нижней границах каждой области данных записывается сервоинформация. Форматы Ultrium и Accelis используют одинаковые магниторезистивные головки, сервосистемы и конструкцию отдельных механических и электронных блоков. Однако в Ultrium для большей емкости применяется более широкая лента.
Формат Ultrium использует однокатушечный картридж размером 105х102х21 мм. Это меньше, чем у любого из существующих в индустрии однокатушечных картриджей. На ленте предусмотрено место для 384 дорожек данных, которые распределены на четыре области по 96 дорожек. Скорость передачи данных не превышает 10 -- 20 Мбайт/с.
Таблица 2. Поколения форматов Ultrium
Высокая целостность данных при записи в обоих форматах достигается благодаря двухуровневой коррекции ошибок. Алгоритм контроля и коррекции ошибок обеспечивает надежное восстановление информации даже при потере данных одной из восьми дорожек. Кроме того, существует возможность чтения во время записи - RWW (Read While Write), что позволяет выполнять верификацию данных в реальном масштабе времени. Динамическая перезапись сбойных блоков обеспечивает качественное копирование информации даже при выходе из строя одной или нескольких головок. Сдвоенная сервосистема гарантирует (за счет избыточности) нормальное функционирование накопителя даже в случаях выхода из строя одной из систем или повреждения части сервоинформации, записанной на магнитной ленте.
В картриджи Ultrium и Accelis встраивается специальный модуль LTO-CM (LTO Catridge Memory), который содержит 4 Кбайт энергонезависимой памяти.
Технологии Mammoth и AIT
Первые стримеры с шириной ленты 8 мм были выполнены на базе лентопротяжных механизмов аналоговых видеомагнитофонов VCR (Video Cassette Recorder), подобных выпущенному в свое время Sony. Кроме трех головок - серво-, записи и чтения после записи - имеется отдельная головка для стирания всей информации с ленты. Барабан вращается со скоростью около 1800 об./мин, а лента движется со скоростью примерно 10 мм/с. Каждая дорожка записывается индивидуально и содержит 8 Кбайт информации. Лента обертывается вокруг БВГ больше чем наполовину. Емкость 2-часового картриджа в формате NTSC может составлять до 10 Гбайт. В среднем же одна 8-миллиметровая кассета вмещает от 5 до 7 Гбайт цифровой информации в зависимости от алгоритма сжатия и модели механизма. Первая кассета типа D8 была разработана в 1987 г. фирмой Sony.
Одной из проблем подобных устройств была не очень высокая надежность, поэтому интерес к этому формату после определенного всплеска быстро сошел на нет. Учтя эти проблемы, компания Exabyte (http://www.exabyte.com) в 1996 г. на базе данного формата разработала спецификацию Mammoth, которая поддерживала кассеты емкостью 20 Гбайт и скорость передачи данных до 3 Мбайт/с.
В конце 1999 года Exabyte выпустила накопитель Mammoth-2. На одну ленту он записывает 60 Гбайт несжатых данных и передает их со скоростью 12 Мбайт/с. При использовании средств сжатия данных емкость ленты увеличивается до 150 Гбайт, а производительность накопителя - до 30 Мбайт/с. Среднее время безотказной работы составляет не менее 300 тыс. ч. Срок службы магнитных головок этого накопителя при 100%-ной загрузке достигает 50 тыс. ч. В настоящее время компания Exabyte занята разработкой технологии Mammoth-3, реализация которой позволит хранить на одном носителе 120 Гбайт несжатых данных и обеспечит производительность 18 Мбайт/с.
Корпорация Sony, сотрудничая с Exabyte, разработала собственную технологию AIT. Она также построена на использовании 8-миллиметровых лент, однако, в отличие, например, от DAT, в ней используются барабаны большего диаметра с меньшей скоростью вращения. В картриджах AIT находится высокотехнологичная лента AME (Advanced Metal Evaporated), обеспечивающая повышенную плотность и скорость записи. Хотя ширина носителя в AIT также составляет 8 мм, накопители этого стандарта полностью несовместимы с классическими 8-миллиметровыми устройствами.
Характерная черта картриджей AIT - наличие в них встроенной памяти (Memory-In-Cassette). В MIC хранятся сведения о месторасположении на ленте пользовательских файлов, а также другая, в том числе системная, информация. Это позволяет сократить среднее время доступа к файлу.
Первая версия AIT-1 позволяла хранить на одной кассете 25 Гбайт несжатой информации при скорости обмена 3 Мбайт/с. В дальнейшем для AIT-1 стали выпускаться кассеты с большей длиной ленты, что позволило хранить 35 Гбайт несжатой информации. Современный метод сжатия данных ALDC (Adaptive Lossless Data Compression) позволяет достигнуть коэффициента сжатия 2,6:1. Объем памяти MIC в AIT-1 составляет 16 Кбайт.
Поколение накопителей AIT-2 позволяет хранить на одной кассете 50 Гбайт несжатой информации и обеспечивает производительность 6 Мбайт/с. Объем памяти MIC увеличен до 64 Кбайт. Третье поколение технологии, AIT-3 представлено сегодня накопителем Sony SDX-700C с емкостью носителя 100 Мбайт. Стоит отметить, что в отличие от классических накопителей AIT-устройства не требуют регулярной чистки благодаря встроенной системе AHC (Active Head Cleaner), которая постоянно контролирует их состояние и при необходимости автоматически включает механизм очистки.
Накопители на магнитной ленте применяются в системах резервного копирования. Резервное копирование данных необходимо, если емкость используемого накопителя на жестких дисках невелика и при этом на нем хранится много программ; результаты работы представлены большими массивами данных; отсутствует свободное место на жестком диске.
В качестве устройств записи данных на магнитную ленту (стримеров) сначала использовались катушечные накопители, аналогичные бытовым катушечным магнитофонам. В 1972 г. фирма ЗМ разработала первую кассету размером 15x10x1,6 см, предназначенную для хранения данных. Внутри кассеты находились две катушки, на которые лентопротяжным механизмом наматывалась лента в процессе чтения/записи. В 1983 г. был выпущен первый стандартный QIC (Quarter-Inch-Catridge - накопитель на магнитной ленте), емкость которого составляла 60 Мбайт. Запись данных производилась на девяти дорожках, а магнитная лента имела длину около 90 м. В дальнейшем был разработан стандарт на мини-кассеты (формат МС). Габариты мини-кассеты, согласно этому стандарту, 8,25 х 6,35 х 1,5 см. Основу магнитного слоя лент QIC составляет оксид железа.
Наибольшее распространение получили накопители на магнитной ленте QIC-40 и QIC-80 формата МС, емкость которых составляет соответственно 40 и 80 Мбайт. Запись информации на кассету QIC-40 производится на 20 дорожек, плотность записи данных - 10000 бит/дюйм.
Преимущества этих накопителей: удельная стоимость хранения данных на ленте (в пересчете на 1 Мбайт) значительно ниже, чем при использовании накопителей на гибких магнитных дисках, и, кроме того, ленточные накопители просты в использовании и надежны.
К недостаткам накопителей на кассетах QIC-40 и QIC-80 относится их низкое быстродействие, так как они подключаются к интерфейсу, предназначенному для накопителей на гибких дисках. Запись данных при этом производится со скоростью 250 - 500 Кбит/с, форматирование кассеты перед записью данных также требует много времени (например, для форматирования кассеты емкостью 60 Мбайт стандарта QIC-40 необходимо около полутора часов).
Дальнейшее развитие накопителей на магнитной ленте пошло по пути увеличения емкости кассет и повышения плотности записи данных. Были разработаны стандарты систем резервного копирования с емкостью кассет от 86 Мбайт до 13 Гбайт. В таких устройствах плотность записи данных на ленту составляет свыше 60 000 бит/дюйм. Запись производится на 144 дорожки. Совместимость кассет различных типов является чрезвычайно важным фактором, который необходимо учитывать при выборе устройства резервирования информации на магнитной ленте, так как ленты не всегда совместимы по своим магнитным свойствам.
Наряду с распространенными в настоящее время устройствами резервного копирования форматов QIC становятся популярны и другие устройства копирования на магнитной ленте, в частности, в компьютерных сетях, манипулирующих большими объемами данных.
Существуют следующие стандарты записи данных на магнитные ленты.
Фирмой Sony освоен выпуск устройств, в которых используются магнитные ленты шириной 4 мм для цифровой звукозаписи DAT (Digital Audio Tape) и ленты шириной 8 мм для видеозаписи. Кроме того, разработан стандарт для хранения данных в цифровом виде DDS (Digital Data Storage). При записи данных на магнитную ленту применяется наклонно-строчная технология, в результате которой используется практически вся поверхность ленты (в отличие от других методов, в которых дорожки оказываются разделенными промежутками).
В середине 1990-х гг. появилась новая технология, позволяющая обеспечить более высокую емкость, скорость передачи данных и надежность резервного копирования - технология DLT (Digital Linear Tape), которая считается одной из самых популярных. Накопители DLT могут хранить 20 - 40 Гбайт данных и обеспечивают скорость передачи данных 1,5 - 3,0 Мбайт/с. В накопителях стандарта DLT во время чтения/записи магнитная лента, разделенная на параллельные горизонтальные дорожки, проходит через неподвижную магниторезистивную головку со скоростью 2,5 - 3,7 м/с, за счет чего повышается надежность работы головки и обеспечивается малый износ магнитного слоя ленты. Расчетный срок службы ленты - 500 000 перемоток. Накопители DLT рассчитаны на использование в сетевых серверах в качестве автоматизированных систем резервирования данных на магнитных лентах.
Стандарт кассет TRAVAN разработала фирма ЗМ. Накопители TRAVAN размещаются в отсеке для дисковода 3,5". Они могут работать как с оригинальными мини-кассетами стандарта TRAVAN, так и с кассетами стандарта QIC. Кассета (или картридж) TRAVAN содержит 225-метровую магнитную ленту шириной 8 мм. Сегодня имеются четыре типа кассет и накопителей TRAVAN (TR-1, -2, -3, -4). Емкости мини-кассет TRAVAN (в соответствии с типом 1, 2, 3 или 4) составляют 400, 800, 1000 и 4000 Мбайт соответственно. Все накопители TRAVAN обеспечивают аппаратное сжатие данных с коэффициентом 2:1, что увеличивает емкость кассет вдвое, т. е. накопитель TR-4 способен хранить до 8 Гбайт информации. Накопители TR-1, -2, -3 обычно подключаются к системе через контроллер накопителя на гибких дисках или параллельный порт, a TR-4 использует интерфейс SCSI-2.
Для современного уровня развития компьютерных технологий характерен неуклонный рост объема данных, хранящихся на серверах. Технологии резервного копирования выходят на передний план, так как затраты на восстановление утерянных данных слишком велики.
Много новых возможностей ожидается от развития технических средств. Наиболее перспективными считаются формат DAT DDS-3 - для небольших организаций с суммарным объемом данных до 10 Гбайт и стандарт DLT - для накопителей на магнитных лентах больших объемов. Стандарт DLT развивается в настоящее время по двум направлениям: создание DLT 4000 (интерфейс SCSI-2 Fast) - для объема данных 20 Гбайт и DLT 7000 (интерфейс SCSI-2 Fast/Wide) - для объема данных 35 Гбайт. Скорость передачи данных для DLT 7000 5-10 Мбайт/с. Американская компания ADIC заявила о выпуске в ближайшем будущем накопителей для резервного копирования данных на магнитных лентах объемом от 11 до 55 Тбайт. Гарантийный срок хранения информации 30 лет.
Для обеспечения гарантированного хранения особо важных данных в оригинальных накопителях применяется новая магнитная головка и технология записи MLR-RWR (Multi-channel Linear Recording-Read While Write), заключающаяся в том, что одновременно с записью информации по нескольким каналам производится ее считывание и сравнение с исходной, а в случае необходимости - коррекция.
