Что-то давно мы не рассказывали о классических системах резервного копирования данных – ленточных библиотеках. Ведь что бы не говорили некоторые вендоры СХД (сосредоточенные исключительно на дисковых устройствах), ленточные библиотеки остаются важнейшим средством резервного копирования и долгосрочного архивирования. В 2012 году был проведен опрос среди севроамериканских ИТ-директоров на предмет их планов по использованию лент. Так вот, 87% подтвердили, что будут увеличивать их применение или, как минимум, оставят его на прежнем уровне. А кто же является ведущим производителем ленточных библиотек? По данным storagenewsletter.com лидирует компания НР, в 2012 г. продавшая 31% устройств, почти в два раза больше ближайшего конкурента. Несмотря на то, что НР поддерживает стандарты DDS и LTO, сегодня мы поговорим только о последнем, т.к. продажи LTO составляют 94% от всех типов приводов.

В 2013 г. модельный ряд достаточно сильно изменился относительно прошлого года. Во первых, в конце 2012г. вышло новое поколение приводов LTO-6, что позволило увеличить емкость одного картриджа более чем в два раза по сравнению с LTO-5 – до 6.25ТБ (с учетом сжатия), а скорость записи выросла почти в полтора раза – до 1.44ТБ/час. Все это позволило значительно увеличить плотность хранения, при этом стоимость на террабайт снизилась.

Начиная с пятой версии стандарта Ultrium стала доступной файловая система Linear Tape File System (LTFS) на ленточных носителях. Эта файловая система позволяет работать с картриджами LTO-5 и 6 на внешних ленточных приводах как с USB устройством (флэш-памятью), так и с внешним диском. LTFS использует первые дорожки ленты для индекса файловой системы.

Эксклюзивная функция ленточных накопителей HP Ultrium - система сравнения и корректировки скорости записи на ленту с входящим потоком данных – позволяет устройству динамично и непрерывно синхронизировать свою скорость со скоростью передачи данных от сервера. Эта функция позволяет повысить скорость чтения и записи данных на ленту и надежность как самого накопителя, так и ленточного картриджа. Надежность накопителя и картриджа также обеспечивается специальным механизмом автоматического позиционирования картриджа при его загрузке и механизмом автоматической чистки головок чтения/записи.

Еще один новый полезный функционал – это фирменная утилита HP – TapeAssure. Она позволяет повысить эффективность использования ленточных библиотек и картриджей, обеспечивая проактивный мониторинг состояния, производительности, степени использования и исправности накопителей, а также средств резервного копирования. Данное программное обеспечение доступно для бесплатного скачивания.

НР продает как отдельные приводы (их можно установить в специальные рэковые полки), так и ленточные библиотеки. Ленточные библиотеки предназначены для автоматизированного резервного копирования данных. Одновременное использование нескольких лентопротяжных механизмов увеличивает производительность библиотеки и сокращает время, необходимое для записи и чтения резервных копий. Бибилиотеки оснащены внешними интерфейсами SAS, SCSI или Fibre Channel, обеспечивающими возможность одновременного подключения к нескольким серверам и интеграцию в сеть хранения SAN.

Спектр продуктов для автоматизированного резервного копирования включает устройства начального уровня: автозагрузчик Autoloader 1/8 G2 и ленточные библиотеки MSL2024 и MSL4048, ленточные библиотеки среднего уровня MSL 6480 и ленточные библиотеки корпоративного уровня ESL-G3.

Автозагрузчик поддерживает только один лентопривод с интерфейсом SCSI, SAS или FC и имеет только 8 слотов для лент.
Библиотеки серии MSL (включающей модели: 2024, 4048, 8048, 8096) могут поддерживать уже несколько лентоприводов (с интерфейсом SCSI, SAS или FC) и имеют существенно большую емкость благодаря увеличенному количеству слотов.
Модели MSL8048 и MSL8096, так же, как и линейка EML, снимаются с производства, они заменяются новой моделью MSL 6480, которая была анонсирована летом 2013г. и поддерживает масштабирование в рамках одной стойки до 7 модулей. Каждый модуль поддерживает до 6 приводов половинной высоты, до 80 картриджей, объемом до 240 ТБ (сжатие 1:2,5). При установке 7 модулей 6480 в одну серверную стойку можно получить до 42 приводов на стойку с общим объемом картриджей до 3,5 ПБ и скоростью записи до 60 ТБ/час

HP StoreEver MSL Tape Libraries

Библиотеки MSL поддерживают возможность создания нескольких виртуальных библиотек (партиций) внутри одного физического устройства. Также для увеличения емкости и быстродействия можно объединять две библиотеки MSL в одну логическую библиотеку с помощью специального механизма, устанавливаемого в слот лентопривода.

Библиотеки класса Hi-End - ESL-G3 - имеют только корпусное исполнение в отдельных модулях (шкафах). Эти библиотеки могут масштабироваться горизонтально, т. е. с помощью специальных механизмов можно объединить в единую библиотеку до 16 модулей. Такая единая библиотека будет обладать общим ленточным пулом, доступным для любого ленточного привода, независимо от того, в каком из отдельных модулей библиотеки ESL-G3 он расположен.

Библиотека ESL-G3 может поддерживать до 12 лентоприводов и до 306 слотов в управляющем модуле. Модуль расширения поддерживает до 12 лентоприводов и до 444 слотов. В максимальной конфигурации библиотека ESL-G3 может поддерживать до 96 лентоприводов и более 11000 слотов. ESL-G3 поддерживают только интерфейс FC – 4 Гбит/с или 8 Гбит/с.

ESL-G3 обладает высокой доступностью за счет лентоприводов, избыточных вентиляторов и источников питания горячей замены. Кроме того, библиотеки ESL-G3 поддерживают возможность резервирования каналов доступа как к стримерам, так и к роботу библиотеки.

В июне 2013 года для моделей ESL-G3 были анонсированы модули расширения высокой емкости (High Density Expansion Modules), вмещающие до 780 картриджей. С использованием этих модулей расширения число поддерживаемых слотов возросло почти в 2 раза с 7100 до 11600, что эквивалентно 72 ПБ данных (с учетом сжатия). Такая плотность была достигнута благодаря изменению конструкции модулей – теперь слоты расположены на вращающемся барабане, вдоль которого скользит робот. Роботы в библиотеке ESL-G3 теперь работают в режиме Active/Active (в предыдущих моделях Active/Passive), что позволило увеличить производительность библиотеки.

Таким образом, обновленный модельный ряд ленточных библиотек НР отлично подходит для организаций любых размеров – от малого офиса до корпоративного датацентра.

Рисунок 1. Современный стример стандарта LTO с картриджем

Определение 1

Стример, ленточный накопитель (streamer ) – запоминающее устройство, использующее принцип магнитной записи на ленточный носитель, с последовательным доступом к данным. Принцип действия аналогичен бытовому магнитофону.

Стримеры используются для записи и воспроизведения информации, архивации и резервного копирования данных.

Достоинства и недостатки

Современные стримеры характеризуются следующими преимуществами:

• большая ёмкость;
• невысокая стоимость и удобные условия хранения картриджа;
• стабильность работы;
• надёжность хранения данных;
• низкое энергопотребление.

Недостатки использования стримеров:

• низкая скорость произвольного доступа к данным из-за последовательного доступа к данным (лента должна прокрутиться к нужному месту);
• достаточно высокая стоимость стримера.

Основные способы записи

Информация на магнитную ленту с помощью стримера может быть занесена двумя способами, используя:

• линейную магнитную запись;
• наклонно-строчную магнитную запись.

При использовании метода линейной магнитной записи данные записываются на ленту, которая может двигаться в обоих направлениях, в виде нескольких параллельных дорожек. Магнитные головки во время чтения и записи неподвижны. Когда лента заканчивается магнитная головка переходит на следующую дорожку, а лента двигается в противоположном направлении. В современных стримерах используется несколько головок, работающих с несколькими дорожками одновременно (многодорожечный стример). Подобная технология применяется в аудиомагнитофонах.

При использовании метода наклонно-строчной магнитной записи («Helical Scan») блок головок записи-воспроизведения размещается на вращающемся барабане, мимо которого проходит лента. Запись ведётся в одном направлении. При записи лента проходит вокруг блока головок под углом, ось цилиндра которого также наклонена под некоторым углом к ленте. Лента движется в одном направлении. Данный способ записи предполагает наличие наклонных дорожек на поверхности ленты. Подобная технология применяется в видеомагнитофонах.

Рисунок 2. Аудиокассета

Основным внешним запоминающим устройством в ПК $1970–1990$-х гг. был магнитофон, реже – специальные устройства на его основе с автоматическим управлением. Эта технология была недостаточно приспособлена для ПК, но была достаточно дешевой и доступной для домашнего использования. Для промышленных ПК использовались стримеры $TEAC \ MT-2ST$ c кассетами $CT-500H$, $CT-600H$ $50$ и $60$ Мб соответственно.

Технология DDS

Рисунок 3. DAT

Формат хранения данных $DDS$ (Digital Data Storage) разработали в $1989$ г. компании Hewlett-Packard и Sony на основе формата $DAT$ (Digital Audio Tape) компаний Sony и Philips в середине $1980$-х гг. Представляет собой $4$-хмиллиметровую магнитную ленту в пластиковом корпусе, по размерам в $2$ раза меньше аудиокассеты. Запись на магнитную ленту производится цифровым способом без потери качества исходного сигнала, в отличие от более поздних форматов $DCC$ (Digital Compact Cassette) и MD (MiniDisc). Накопители DDS используют технику записи, основанную на перемещении носителя в горизонтальном направлении и головок чтения-записи – в вертикальном.

Технология QIC

Рисунок 4. Кассета QIC-80

Для систем резервного копирования ПК в $1990$-е гг. были популярны стандарты $QIC-40$ и $QIC-80$ с кассетами ёмкостью $40$ и $80$ Мб. Поддерживалось аппаратное сжатие данных. Для работы с накопителями использовался стандартный $5$-дюймовый отсек флоппи-дисков. Позже были разработаны сходные стандарты торговых марок QIC и Travan с носителями ёмкостью до $10$ Гб.

Технология DLT

Рисунок 5. Картридж SDLT

Технология DLT разработана фирмой Quantum в начале $1990$-х гг. на основе технологии CompacTape для компьютеров VAX фирмы Digital Equipment Corporation. Данная технология получила свое развитие в технологии Super DLT (SDLT).

Носители линейка стандартов CompacTape/DLT/SDLT имели ёмкость от $100$ Мб до $800$ Гб.

С $2007$ г. развитие стандарта SDLT прекращено, но выпуск оборудования и носителей ещё продолжается.

Современные стандарты

Для подключения современных стримеров используется интерфейс SAS, который обеспечивает высокую скорость передачи данных ($3$ или $6$ Гбит/с). В более ранних моделях IBM используется подключение через интерфейс FICON.

Рисунок 6. Картридж LTO

Сегодня рынок стримеров представлен линейкой стандартов LTO (Linear Tape-Open).

Помимо оборудования LTO компания IBM разрабатывает стримеры собственного стандарта IBM $3592$ и совместимые ленточные библиотеки, которые используются в серверах и мейнфреймах. Разработанные 3 поколения стримеров (IBM $3592$, $TS1120$ и $TS1130$) используют картриджи ёмкостью до $4$ Тб.

Стандарт IBM $3592$ ориентирован на произвольный доступ к данным, обеспечивает удовлетворение более жёстких требований по количеству перезаписей носителя, оптимизирована производительность в старт-стопном режиме записи (глубокое кеширование данных и многоскоростное движение ленты). Используется линейный метод записи.

В стандарте IBM $3592$ предусмотрена возможность переформатирования магнитных носителей старого поколения под формат современных устройств.

Ленточная библиотека

Рисунок 7. Большая ленточная библиотека StorageTek Powderhorn (высота 180 см)

Ленточной библиотекой называется накопитель на магнитной ленте, который поддерживает работу одновременно с несколькими лентами.

Роботизированные ленточные библиотеки содержат хранилища с тысячами магнитных лент, из которых робот извлекает требуемую ленту и устанавливает в устройство чтения-записи. Кассеты в такой библиотеке идентифицируются по штрих-коду, который считывается роботом. В данное время доступны ленточные библиотеки ёмкостью более 70 петабайт при использовании $70$ тысяч кассет.

Многие компании используют ленточные архивы для долговременных бэкапов и резервного копирования самой важной информации. Понять их несложно: достаточно дешевый, простой и надёжный метод хранения данных, успешно используюшийся много лет - срок годности картриджа составляет 2-3 десятка лет, информации на него влезает много, потоковый бэкап пишется быстрей, чем на классические дисковые системы, иными словами: зачем что-то менять, если это тебя устраивает?

Хранить бэкапы и бэкапы бэкапов на дисковых системах - дорого и неэффективно, а восстанавливать что-либо из бэкапа нужно не так часто, так что общая неторопливость системы мало кого беспокоит.

К счастью, мир не стоит на месте, технологии развиваются, и сегодня VTL (virtual tape library) уже догнали в стоимости владения ленточные архивы, многократно превосходя их по ряду других параметров. Давайте разберёмся, чем собирается крыть лента, и не пора ли переходить на дисковые библиотеки?

Лента VS Диски

• Значительное время поиска данных;
• Одно приложение может на 100% загрузить один привод, создавая проблемы для бэкапа другим приложениям; *
• Невозможность одновременного чтения и записи, если все приводы заняты чем-либо (требуется подождать полного завершения операции);
• Сложность контроля качества и корректности записи.

Дисковый массив лишён всех этих недостатков:

• Поиск данных на винчестере в сотни раз быстрее, чем на ленте, которую требуется найти в архиве, принести, вставить в привод, перемотать, начать считывание;
• VTL может эмулировать десятки и сотни приводов за раз: параллельное копирование и восстановление данных для множества приложений без увеличения стоимости владения системой;
• Высокая надёжность хранения данных: серверные жесткие диски работают в жесточайших условиях годами, нагрузка VTL-системы для них не является сильно изнашивающей. Кроме того, все данные копируются внутри самой VTL и защищены при помощи RAID-массива, что увеличивает как надёжность хранения данных, так и сложность несанкционированного доступа к ней: даже если удастся украсть несколько жёстких дисков, никакой реальной целостной информации на них не будет.

Преимущества HP StoreOnce D2D Backup System

Со скоростью и так всё понятно: чтение и запись отдельных файлов с ленты куда медленней, чем с обычных жестких дисков. Дисковые же системы давно эволюционируют, используются не только в серверах, но и в обычных десктопах, и уже накоплен богатый опыт по ускорению повседневных операций. Надёжность мы также рассмотрели в предыдущем абзаце: RAID-6, физическая неподвижность жёстких дисков, отсутствие необходимости в переносе или хранении их в том виде, в котором хранятся картриджи для ленточных систем (картридж можно и физически украсть при транспортировке, например). А вот к масштабируемости и гибкости, я уверен, есть вопросы, и сейчас я постараюсь на них ответить.

Масштабируемость

Базовая система содержит два контроллера и две дисковые полки суммарноё ёмкостью в 48ТБ. Каждый контроллер может управлять четырьмя полками, под завязку набитыми ЖД объёмом до 2ТБ каждый. Таких контроллеров можно подключить до восьми штук (3 пары в добавок к двум имеющимся). Таким образом, B6200 будет обеспечивать до 768ТБ сырой ёмкости (из-за RAID-системы полезная ёмкость меньше на треть, но и 512ТБ всё ещё внушительный показатель), при этом с ростом объёма хранилища растёт и его производительность.

В данном случае вы сами вольны выбирать, по какой схеме расширять функционал системы: сначала наращивать объем до предела, а затем увеличивать производительность, или равномерно закупать контроллеры с дисковыми полками для увеличения производительности, и, при необходиомсти, увеличить объём хранилища, установив дополнительные дисковые полки.

Гибкость

Главным отличием HP Catalyst от большинства аналогов является работа не только по LAN, но и по WAN. Таким образом, в малых региональных офисах можно не ставить выделенную библиотеку HP StoreOnce, а только установить на медиасервер HP Catalyst + ПО резервного копирования. Далее бэкап в дедуплицированном виде пойдет на библиотеку HP StoreOnce в центральном офисе или крупном территориальном отделении. Это позволяет мультифилиальным организациям организовать централизованное управление бэкапом и его консолидацию с минимальными затратами.

Если использовать только аппаратные средства, то для территориально распределенных организаций консолидация бэкапа выглядит следующим образом. В филиалах ставятся библиотеки начального уровня – HP 2620, а в центре – старшая модель, например HP 4430 или B6200. Филиальный backup записывается на HP StoreOnce Backup System и уже дедуплицированные данные (в 20 раз меньше исходных) передаются в центр, где записываются на большую библиотеку. Дедупликация реплицируемых данных существенно сокращает стоимость каналов связи. Одна HP B6200 позволяет собирать данные с 384 филиалов и вся эта сеть управляется одним администратором, что позволяет отказаться от администраторов резервного копирования в филиалах. Такая схема весьма популярна в мире, а самая крупная подобная инсталляция в России насчитывает уже порядка 100 устройств HP StoreOnce и продолжает расти.

У нас уже есть ленточный бэкап, куда его девать?

Что-то давно мы не рассказывали о классических системах резервного копирования данных – ленточных библиотеках. Ведь что бы не говорили некоторые вендоры СХД (сосредоточенные исключительно на дисковых устройствах), ленточные библиотеки остаются важнейшим средством резервного копирования и долгосрочного архивирования. В 2012 году был проведен опрос среди севроамериканских ИТ-директоров на предмет их планов по использованию лент. Так вот, 87% подтвердили, что будут увеличивать их применение или, как минимум, оставят его на прежнем уровне. А кто же является ведущим производителем ленточных библиотек? По данным storagenewsletter.com лидирует компания НР, в 2012 г. продавшая 31% устройств, почти в два раза больше ближайшего конкурента. Несмотря на то, что НР поддерживает стандарты DDS и LTO, сегодня мы поговорим только о последнем, т.к. продажи LTO составляют 94% от всех типов приводов.

В 2013 г. модельный ряд достаточно сильно изменился относительно прошлого года. Во первых, в конце 2012г. вышло новое поколение приводов LTO-6, что позволило увеличить емкость одного картриджа более чем в два раза по сравнению с LTO-5 – до 6.25ТБ (с учетом сжатия), а скорость записи выросла почти в полтора раза – до 1.44ТБ/час. Все это позволило значительно увеличить плотность хранения, при этом стоимость на террабайт снизилась.

Начиная с пятой версии стандарта Ultrium стала доступной файловая система Linear Tape File System (LTFS) на ленточных носителях. Эта файловая система позволяет работать с картриджами LTO-5 и 6 на внешних ленточных приводах как с USB устройством (флэш-памятью), так и с внешним диском. LTFS использует первые дорожки ленты для индекса файловой системы.

Эксклюзивная функция ленточных накопителей HP Ultrium - система сравнения и корректировки скорости записи на ленту с входящим потоком данных – позволяет устройству динамично и непрерывно синхронизировать свою скорость со скоростью передачи данных от сервера. Эта функция позволяет повысить скорость чтения и записи данных на ленту и надежность как самого накопителя, так и ленточного картриджа. Надежность накопителя и картриджа также обеспечивается специальным механизмом автоматического позиционирования картриджа при его загрузке и механизмом автоматической чистки головок чтения/записи.

Еще один новый полезный функционал – это фирменная утилита HP – TapeAssure. Она позволяет повысить эффективность использования ленточных библиотек и картриджей, обеспечивая проактивный мониторинг состояния, производительности, степени использования и исправности накопителей, а также средств резервного копирования. Данное программное обеспечение доступно для бесплатного скачивания.

НР продает как отдельные приводы (их можно установить в специальные рэковые полки), так и ленточные библиотеки. Ленточные библиотеки предназначены для автоматизированного резервного копирования данных. Одновременное использование нескольких лентопротяжных механизмов увеличивает производительность библиотеки и сокращает время, необходимое для записи и чтения резервных копий. Бибилиотеки оснащены внешними интерфейсами SAS, SCSI или Fibre Channel, обеспечивающими возможность одновременного подключения к нескольким серверам и интеграцию в сеть хранения SAN.

Спектр продуктов для автоматизированного резервного копирования включает устройства начального уровня: автозагрузчик Autoloader 1/8 G2 и ленточные библиотеки MSL2024 и MSL4048, ленточные библиотеки среднего уровня MSL 6480 и ленточные библиотеки корпоративного уровня ESL-G3.

Автозагрузчик поддерживает только один лентопривод с интерфейсом SCSI, SAS или FC и имеет только 8 слотов для лент.
Библиотеки серии MSL (включающей модели: 2024, 4048, 8048, 8096) могут поддерживать уже несколько лентоприводов (с интерфейсом SCSI, SAS или FC) и имеют существенно большую емкость благодаря увеличенному количеству слотов.
Модели MSL8048 и MSL8096, так же, как и линейка EML, снимаются с производства, они заменяются новой моделью MSL 6480, которая была анонсирована летом 2013г. и поддерживает масштабирование в рамках одной стойки до 7 модулей. Каждый модуль поддерживает до 6 приводов половинной высоты, до 80 картриджей, объемом до 240 ТБ (сжатие 1:2,5). При установке 7 модулей 6480 в одну серверную стойку можно получить до 42 приводов на стойку с общим объемом картриджей до 3,5 ПБ и скоростью записи до 60 ТБ/час

HP StoreEver MSL Tape Libraries

Библиотеки MSL поддерживают возможность создания нескольких виртуальных библиотек (партиций) внутри одного физического устройства. Также для увеличения емкости и быстродействия можно объединять две библиотеки MSL в одну логическую библиотеку с помощью специального механизма, устанавливаемого в слот лентопривода.

Библиотеки класса Hi-End - ESL-G3 - имеют только корпусное исполнение в отдельных модулях (шкафах). Эти библиотеки могут масштабироваться горизонтально, т. е. с помощью специальных механизмов можно объединить в единую библиотеку до 16 модулей. Такая единая библиотека будет обладать общим ленточным пулом, доступным для любого ленточного привода, независимо от того, в каком из отдельных модулей библиотеки ESL-G3 он расположен.

Библиотека ESL-G3 может поддерживать до 12 лентоприводов и до 306 слотов в управляющем модуле. Модуль расширения поддерживает до 12 лентоприводов и до 444 слотов. В максимальной конфигурации библиотека ESL-G3 может поддерживать до 96 лентоприводов и более 11000 слотов. ESL-G3 поддерживают только интерфейс FC – 4 Гбит/с или 8 Гбит/с.

ESL-G3 обладает высокой доступностью за счет лентоприводов, избыточных вентиляторов и источников питания горячей замены. Кроме того, библиотеки ESL-G3 поддерживают возможность резервирования каналов доступа как к стримерам, так и к роботу библиотеки.

В июне 2013 года для моделей ESL-G3 были анонсированы модули расширения высокой емкости (High Density Expansion Modules), вмещающие до 780 картриджей. С использованием этих модулей расширения число поддерживаемых слотов возросло почти в 2 раза с 7100 до 11600, что эквивалентно 72 ПБ данных (с учетом сжатия). Такая плотность была достигнута благодаря изменению конструкции модулей – теперь слоты расположены на вращающемся барабане, вдоль которого скользит робот. Роботы в библиотеке ESL-G3 теперь работают в режиме Active/Active (в предыдущих моделях Active/Passive), что позволило увеличить производительность библиотеки.

Таким образом, обновленный модельный ряд ленточных библиотек НР отлично подходит для организаций любых размеров – от малого офиса до корпоративного датацентра.