专题17《磁带库和虚拟磁带库基础》(V10)

磁带库和虚拟磁带库基础姓名：张颖工号：05185目录基本概念，发展背景磁带库、虚拟磁带库的原理和应用虚拟磁带库功能介绍磁带库厂商及产品简介华为3Com内部资料基本概念、发展背景——主要内容磁带磁带机磁带机的发展磁带机的分类磁带库磁带库的发展磁带库的分类开放系统备份经历的三阶段虚拟磁带库虚拟磁带库的发展磁带与磁盘对比华为3Com内部资料基本概念、发展背景——磁带（一）磁带是一种柔软的带状磁性记录介质，它由带基和磁表面层两部分组成。带基多为薄膜聚酯材料，磁表面层所用材料多为γ-Fe2O3和CrO2等。华为3Com内部资料一盘磁带有始端标记(BOT)和尾端标记(EOT)，中间可记若干个文件。每个文件由1至若干个数据块组成，两个文件之间有带标隔开。在数据块之间和数据块与带标之间有规定长度的空白间隔。数据块内数据有规定的格式。数据块是磁带读写数据的基本单元。基本概念、发展背景——磁带（二）华为3Com内部资料磁头在空白间隔内启停。数据以字节串联记入。常用的标准格式有不归零(NRZI)、相位编码(PE)和成组编码(GCR)三种。记录密度分别为每毫米32位、63位和246位。它们各自有规定的检错和纠错的方法。基本概念、发展背景——磁带（三）华为3Com内部资料基本概念、发展背景——磁带（四）华为3Com内部资料基本概念、发展背景——磁带机能驱动磁带相对磁头运动，用磁头进行电磁转换，在磁带上顺序地记录或读出数据。磁带机是以磁带为记录介质的数字磁性记录装置。它由磁带传送机构、伺服控制电路、读写磁头、读写电路和有关逻辑控制电路等组成。华为3Com内部资料基本概念、发展背景——磁带机的发展1952年IBM发布了计算机业内的第一款磁带机。初期的磁带机主要使用圆轴磁带，并需要人工手动操作（装载、卸载和归档）。此后，磁带机在传动系统、磁头、记录方式等方面不断得到改进。如，磁带正反转的驱动由双主动轮改进为单主动轮；磁头结构由单缝磁头改为双缝磁头；磁头缝隙（工作间隙）改窄；记录方式改进等。上世纪70年代末，数据流磁带机出现。它不使用主动轮和缓冲机构，磁带由带盘电机直接驱动。华为3Com内部资料基本概念、发展背景——磁带机的分类（一）按带速不同磁带机分为：高速机中速机低速机按磁带的缓冲方式磁带机分为：真空缓冲箱式摆杆式华为3Com内部资料基本概念、发展背景——磁带机的分类（二）按记录方式来分，磁带机又可归纳为两大类：数据流磁带机数据流磁带机有QIC（1/4英寸）和1/2英寸两种。1/4英寸磁带机－单磁头读写，每记录一轨后，都要通过跳轨来做反向记录，记录和检索速度较慢。1/2英寸磁带机－多磁头读写，数据传输率较高，容量较大。螺旋扫描磁带机具有高可靠性、高速度、高容量的特点。华为3Com内部资料基本概念、发展背景——磁带库（一）广义的磁带库包括：自动加载磁带机和磁带库。是将磁带和磁带机有机结合组成的。自动加载磁带机是一个位于单机中的磁带驱动器和自动磁带更换装置，可以从装有多盘磁带的磁带匣中拾取磁带并放入驱动器中，或执行相反过程。容量100－200G。磁带库由多个驱动器、多个槽、机械手臂组成，并可由机械手臂自动实现磁带的拆卸和装填。可以多个驱动器并行工作，也可以几个驱动器指向不同的服务器来做备份，存储容量达PB级。华为3Com内部资料基本概念、发展背景——磁带库（二）一个磁带库的总容量大小由最大槽数和每盘磁带容量共同决定。非压缩总容量＝每盘磁带非压缩容量×最大槽数。华为3Com内部资料基本概念、发展背景——磁带库的发展1987年StorageTek自动磁带库问世早期磁带库多个磁带机的物理集合上个世纪80年代集成各种管理功能近20年提出智能化磁带库、加入WORM技术、ISCSI磁带库及虚拟磁带库出现。华为3Com内部资料基本概念、发展背景——磁带库分类（一）从应用角度分：大型机自动磁带库使用专有技术的磁带机，与其服务的大型机直接连接开放系统磁带库使用开放式磁带机，也有为了提高整体磁带库性能而采用专有技术磁带机和开放式磁带机混装的情况。这种类型的磁带库可以直接与服务器连接，也可以连接到存储区域网中。华为3Com内部资料基本概念、发展背景——磁带库分类（二）按照容量大小分为：初级－容量在几百GB到几TB。中级－容量在几TB到几十TB。高级库－容量在几十TB到几百TB甚至更高。华为3Com内部资料第一阶段：内置磁带机用来对操作系统和小文件进行备份，磁带机内只能放置一盘磁盘，所以备份数据量很大时，需要工程师频繁更换磁带。第二阶段：使用自动加载机备份数据仍然是一对一的备份形式，即一台服务器连接一台Autoloader，但相对于内置磁带机可以同时放置多盘磁带，Autoloader自动更换磁带。第三阶段：通过以太网和SAN做集中的备份将服务器中的数据通过以太网或SAN做集中备份。这种备份方式大大减少了备份设备的数量和工程师的工作量，提高了生产效率。基本概念、发展背景——开放系统备份经历的三阶段华为3Com内部资料基本概念、发展背景——虚拟磁带库虚拟磁带库，即VTL（VirtualTapeLibrary），指用磁盘作为备份介质，把磁盘当作磁带来写，并且本身能够仿真成物理磁带库的产品。虚拟磁带库在为用户带来备份速度和数据可靠性/可用性方面诸多优势的同时，还可以直接利用现有备份软件的所有的强大管理功能。虚拟磁带库的使用方式与传统磁带库基本相同，目前虚拟磁带库支持SCSI、iSCSI、FC交换网络和FC环路网络。基本上所有的主流磁带库都能模拟，并且可以任意定义磁带库的槽位数、驱动器数等特性。华为3Com内部资料基本概念、发展背景——虚拟磁带库的发展十多年前提出虚拟磁带库的技术概念近几年STK、IBM等主机厂商推出虚拟磁带库设备，同时VERITAS、Bakbone、CA等软件厂商也都推出了相应的软件产品。2002年底纯硬件虚拟磁带库上市华为3Com内部资料基本概念、发展背景——磁带与磁盘对比优势劣势磁带价格低廉离线介质，高安全性容量大、寿命长读写速度较慢容易出现机械故障易损坏，如发霉、粘连磁盘容易管理磁盘阵列提供冗余保护不适于离线保存及归档目录基本概念，发展背景磁带库、虚拟磁带库的原理和应用虚拟磁带库功能介绍磁带库厂商及产品简介华为3Com内部资料磁带库、虚拟磁带库的原理和应用——主要内容磁带读写原理磁带技术DLT数字线性磁带技术DAT数码音频磁带技术AIT先进智能磁带LTO线性磁带开放技术VXA技术磁带机工作原理磁带库接口磁带库的问题虚拟磁带库技术虚拟磁带库架构图虚拟磁带库组件虚拟磁带库技术发展趋势图虚拟磁带库的主要实现方式磁盘到磁盘VTL突破D2DD2D2T备份方案磁带库、虚拟磁带库及磁盘阵列比较表华为3Com内部资料磁带库、虚拟磁带库的原理和应用——磁带读写原理磁带运动时与磁头接触。磁头线圈中通有电流时，磁头间隙附近产生磁场，将磁带上一个很小区域磁化。电流方向改变时，磁化方向也改变，这种磁化由一个方向改变到相反方向通常称磁通翻转。磁带移动时，在磁带上留下一道磁化的痕迹，通常称为磁道。写入过程就是将一串二进制码转换成磁道上对应的一串磁道翻转信号。如，不归零记录就是用一次磁通翻转表示一位二进制“1”，无磁通翻转表示“0”。读出时，每一磁通翻转在磁头线圈中感应出一小电压信号，经读放大器放大和处理，还原为二进制的数字信号。华为3Com内部资料磁带库、虚拟磁带库的原理和应用——磁带技术数据流技术起源于模拟音频记录技术，通过单个或多个静态的磁头与高速运动的磁带接触来记录数据。代表：DLT。螺旋扫描技术起源于模拟视频记录技术，和数据流技术正好相反，磁带是绕在磁鼓上，磁带非常缓慢地移动，磁鼓则高速转动，在磁鼓两侧的磁头也高速扫描磁带进行记录。代表：DAT、AIT。华为3Com内部资料磁带库、虚拟磁带库的原理和应用——DLT数字线性磁带技术（一）DLT（DigitalLinearTape）技术，1985年由DEC公司开发。采用单轴1/2英寸磁带仓，以纵向线性记录法为基础，应用开环的单轴磁带。DLT产品定位于中、高端的服务器市场和磁带库应用系统。目前DLT磁带机的容量从10G到80GB不等，数据传送速度为1.25MB/s～10MB/s，如果硬件采用数据压缩，可以使容量和速度增加一倍。华为3Com内部资料磁带库、虚拟磁带库的原理和应用——DLT数字线性磁带技术（二）SuperDLT（SDLT）技术是昆腾公司2001年推出的格式。在DLT技术基础上结合新型磁带记录技术，使用激光导引磁记录（LGMR）技术，通过增加磁带表面的记录磁道数使记录容量增加。目前，SDLT的容量为160GB，传输速率11MB/s。向下兼容DLT格式。华为3Com内部资料磁带库、虚拟磁带库的原理和应用——DAT数码音频磁带技术最初是由HP和Sony共同开发，以螺旋扫描记录（HelicalScanRecording）为基础，将数据转化为数字后再存储下来。具有即写即读功能，能在数据被写入之后马上进行检测，确保了数据的可靠性。采用硬件数据压缩功能加快备份速度。基于DAT技术的磁带机平均无故障工作时间长达30万小时。DAT（DigitalAudioTape）技术主要应用在用户系统或局域网里。华为3Com内部资料磁带库、虚拟磁带库的原理和应用——AIT先进智能磁带（一）AIT（AdvanceIntelligentTape）采用了多种先进技术。螺旋扫描技术AIT是由多个磁头组成的磁鼓来写入数据的，磁带机中只有磁鼓高速旋转，其它部件，如磁带、伺服机构都是低速运动，这样延长了磁带的寿命，减少磁带变形故障。磁鼓导流槽技术在磁鼓形成空气膜，保护磁带不被划伤。华为3Com内部资料磁带库、虚拟磁带库的原理和应用——AIT先进智能磁带（二）金属蒸发带技术在有限长度的介质上实现高密度磁性材料的附着，避免了过去因为磁粉脱落污染磁头的故障。磁带内存储器技术把磁带的索引区保存到存储芯片上，加快数据搜索效率，减少磁带磨损。AIT-3容量达100GB（未压缩），传送速率12MB/s。华为3Com内部资料磁带库、虚拟磁带库的原理和应用——LTO线性磁带开放技术（一）由HP、IBM、Seagate三家厂商联合制定，结合了线性多通道、双向磁带格式的优点、基于服务系统、硬件数据压缩、优化的磁道面和高效率纠错技术来提高磁带的性能。LTO（LinearTape-Open）技术是一种“开放格式”的技术，格式规范将完整的磁带幅度分解为较小的数据频带，以降低磁带因时间推移而出现老化所产生的影响。磁头的运动通过伺服系统加以控制，以编码形式写入连接每个数据频带两个边缘的伺服频带的信息。华为3Com内部资料方向相反的轨道之间的空间－方向缓冲，用来减少因磁带导向以及伺服性能变化而写入相反方向数据的轨道之间的干扰。LTO技术的增强型逻辑格式实现非常高密度的数据录制。纠错编码能确保在数据读取时8条轨道中有1条轨道损坏、以及在剩余轨道中有1％的数据丢失的情况下，仍然能完成数据的恢复。磁带库、虚拟磁带库的原理和应用——LTO线性磁带开放技术（二）华为3Com内部资料开放线性磁带的盒式磁带记忆功能是一种电子级界面模块，它可嵌入盒式磁带当中，带有4KB非易失性内存，用于存储以及检索有关盒式磁带和数据的信息。驱动器无须请求从磁带上读取任何目录或列表，即可了解数据记录于磁带的什么位置。LTO有两种存储格式－Ultrium格式和Accelis格式。磁带库、虚拟磁带库的原理和应用——LTO线性磁带开放技术（三）华为3Com内部资料磁带库、虚拟磁带库的原理和应用——LTO线性磁带开放技术（四）高速开放磁带格式ultrium－提供大容量存储。4/8个信道磁头以及闭环伺服技术保证高速传输速度；高容量的实现是通过将开放线性磁带技术应用于新的数据盒式磁带，该磁带的设计是为了最大限度地增加磁带表面区域数量。第一代第二代第三代第四代容量(GB)100200400800传送