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磁带库备份(双机热备份)

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磁带库备份(双机热备份)  第1张

磁带库备份(双机热备份)  第2张

大家都很熟悉谈论物理磁带库,但未必真正了解。她在备份领域的起步与终结,我们今天还能看到磁带库;但随着云备份、对象存储产品和技术的普及,物理磁带库的市场会越来越小;正因为如此,我们对物理磁带库技术和产品的了解非常有限。个人认为纵观备份的历史,没有物理磁带库的备份(一般用于离线备份)似乎是不完整的。所以今天谈物理磁带库也是对我之前备份系列文章《备份解决方案知识深度全解决方案一文》的完善和补充。

物理磁带库是一种存储设备,包含一个或多个驱动器、许多插槽、一个条码阅读器和一个用于装载磁带的自动机械臂。美国先进数字信息公司(ADIC被Quantum收购)有一系列标量产品,是自动化磁带库,具有高性能和可扩展性。另外,目前市面上常见的物理磁带库有IBM、HP、SUN(StorageTek)等。

磁带库备份(双机热备份)  第3张

磁带机一般指单个驱动器产品,通常由磁带机和磁带组成。它是一种经济、可靠、大容量、快速的备份设备。采用高纠错编码技术和写后读通道技术,提高数据备份的可靠性。根据装带方式的不同,一般分为手动装带和自动装带。

磁带库是一个基于磁带的备份系统,它像自动磁带加载器一样提供自动备份和数据恢复功能。它可以在驱动器管理软件的控制下实现连续备份、自动搜带、智能恢复、实时监控和统计。整个数据存储和备份过程完全无需人工干预。

数据备份时,机械臂将磁带移动到物理磁带库中的插槽或磁带机,备份软件通过智能管理机械臂实现整个备份过程。例如,磁带机可以从磁带读取数据,也可以向磁带写入数据。通过邮件插槽或导入/导出插槽在物理磁带库中添加或移除磁带,而无需打开物理磁带库的检修门。此外,在物理磁带库中移动磁带时,物理磁带库的每个物理组件都有一个要寻址的地址。

备份开始时,机械臂会根据指令将磁带装入磁带机。装入磁带后,需要一些时间进行磁头定位和磁头信息验证。收到备份数据后,磁带机会首先将数据存储在其内部缓存中。然后,数据将按块写入磁带。物理磁带库通常具有条形码标签功能,条形码读取器会自动计数物理磁带库中的磁带,以确认哪些磁带位于哪些位置。条形码通常是磁带标签的一部分,信息记录在介质的开头,用于唯一标识磁带。

物理磁带库主要用于大容量数据存储和读取,是一种节约成本的解决方案。缺点是读取速度慢,因为经常涉及磁带的机械操作。由于物理磁带库的顺序访问速度慢且容量大,因此物理磁带库主要用于备份或最终用于数据归档。因为磁带库支持扩展插槽和驱动器,所以用户可以以非常低的成本扩展磁带库的容量和性能。

多通道磁带库还支持物理磁带库分区,即将磁带库中的磁带机和插槽分配给不同的应用平台。分配的驱动器和插槽只能由分配的主机使用。但是,机械臂可以控制所有的驱动器和插槽,根据先到先控制的原则,访问由所有主机控制。

物理磁带库所需的插槽(磁带)数量与要备份的数据量密切相关。通常,磁带库型号和插槽数量是根据备份介质的容量选择的。物理磁带库所需的驱动器数量(磁带机只有一个驱动器)与备份时间窗口有关,一个驱动器的备份速度有限。通常我们需要根据备份数据量和备份窗口计算备份率,根据备份率匹配磁带库中的驱动器数量。磁带库驱动器的常见接口类型是FC或SAS接口类型;物理磁带库还支持其他高级功能,如高级报告、磁带运行状况检查、链路冗余等。此外,有必要说明磁带的类型(数据磁带和清洗磁带)和配置原则。通常,磁带的数量等于插槽的数量,清洗磁带的数量等于驱动器的数量。

从Quantum Scalar系列规格可以看出,磁带插槽数是可选的,不同产品支持的插槽数也不尽相同;驱动器的数量也可以按需配置。标量i6000的未压缩容量可以达到70+PB,压缩后容量会更大。

磁带库内部配置的大多数磁带机接口都是光纤接口。一般我们建议将机器人接入光纤交换机,然后交给备份服务器使用。无论机器人采用哪种连接方式,都可以支持目前业界主流的备份管理软件的连接结构,如Veritas NetBackup、NetWorker等。其工作原理简述如下:

1.备份服务器根据策略执行备份任务。

2.备份服务器通过以太网向该任务对应的主机(业务主机)发送指令。

3.主机收到指令后,反馈状态正常,可以执行备份任务,并告知备份服务器需要准备几盘磁带。

4.备份服务器向磁带库的机械臂发送查询信息,以确认是否有相应的可用磁带,并查询空闲的磁带机是否可用。

5.磁带库根据需要将可用磁带加载到磁带机(驱动器),并将可用磁带和足够的磁带机信息反馈给备份服务器。

6.该备份服务器将反馈信息通知主机,并开始将数据直接写入磁带驱动器中磁带;此时,备份服务器会将相应的磁带机标记为独占,并禁止其他主机操作。

7.写入数据后,主机会通知写入索引数据的备份服务器,并给出退出此磁带并释放磁带机以供其他主机使用的指令。

传统的物理磁带库技术,从最早的磁记录设备和磁带机设备,到今天的智能磁带库设备,经历了几次革命。经过长时间的发展,磁带技术主要包括以下技术。

DAT(数字音频磁带)技术也可以叫数字音频磁带技术,也叫4mm磁带机技术。它最初是由惠普和索尼开发的。该技术基于螺旋扫描记录,将数据转换为数字数据,然后存储。早期的DAT技术主要用于记录声音,后来随着这项技术的不断完善,用于数据存储领域。8mm技术由Exabyte于1987年开发。它采用螺旋扫描技术,特点是磁带容量大,传输速率高。它以较高的价格提供了相对高容量的存储解决方案。

DLT(数字线性磁带)技术起源于1/2英寸磁带驱动器。1/2英寸磁带机技术很早就出现了,主要用于实时数据采集,如程控交换机上交通信息的记录,地震设备振动信号的记录等等。DLT磁带是由DEC和Quantum公司联合开发的。由于磁带的巨大尺寸,DLT磁带机全部采用5.25英寸的全高格式。由于容量大,DLT产品主要定位于中高端服务器市场和磁带库系统。

LTO(线性磁带开放)技术,即线性磁带开放协议。它是由惠普、IBM和希捷在1997年11月联合制定的。它结合了线性多通道和双向磁带格式的优点,基于服务系统、硬件数据压缩、优化磁道表面和高效纠错技术,提高了磁带的容量和性能。LTO技术有两种存储格式,分别是高速开放磁带格式Ultrium和快速访问开放磁带格式Accelis,可以满足不同用户对LTO存储系统的要求。

AIT技术(Advanced Intelligent Tape)拥有螺旋扫描、金属蒸发带等先进技术,数据保护性能出众。AIT发展到现在的AIT-3。目前,开发AIT技术的索尼和专注于在AIT技术上开发产品的Spectra Logic都在大力推动AIT产品的采用。AIT通过螺旋扫描记录,而LTO(线性磁带开放)、DLT(数字线性磁带)和SDLT(超级数字线性磁带)是线性记录。像录音机一样,磁头是固定的,磁带通过磁头直线运动。

VXA技术是Exabyte公司开发的磁带备份技术。VXA技术不依赖磁头和磁道的精确位置来保证读写的可靠性。不像流式磁带设备需要昂贵的高精度组件和精密的机械部件来定位轨道。VAX通过使用更多的包格式的数据来无空间隙地扫描磁带上的数据记录区域,并且已经从VAX-1发展到VAX-2。

然而,随着云存储、云备份等技术和产品的出现,磁带机技术的局限性日益显现。无论选用怎样的高速磁带机,其速度仍然远远达不到人们的理想要求。随着业务的快速增长,物理磁带库的机器人定位时间和备份设备必需的磁带定位时间,使得人们对快速数据检索的渴望在很长一段时间内无法实现。

1.磁带故障率高,数据容易丢失,并且无法保证恢复。数据备份的最终目的是在数据由于人为或物理原因丢失时恢复数据。由于磁带库中磁带介质固有的不密封,以及物理磁带库中磁带缺乏容错保护机制,备份业务中涉及到的磁带组中的任何磁带都会出现卡死、磨损、发霉、卡住等现象。,这将导致整个备份不可恢复。

2.磁带库是精密机械设备,故障率高,维护成本高。由于物理磁带库是一个非密封的机械设备,其核心部件如磁带机、机械手、输送机等都是机械易损件,受灰尘、温度、湿度等因素影响较大。据统计,物理磁带库的故障率依次为磁带机、磁带、机械手。机械手的故障不仅会终止所有备份,还会导致严重的停机。

3.备份和恢复过程既复杂又漫长。虽然磁带本身的读写速度也在提高,但是诸如磁带抓取、介质装载、机械定位等机械动作。在备份和恢复过程中是不可避免的,并且等待时间很长。同时,备份和恢复通常涉及多磁带搜索,应用系统* * *延长待机时间,导致业务系统长时间无法正常工作。

4.安装和日常维护极其复杂。尤其是在搬迁过程中,大型物理磁带库所需的设备严格水平定位和重新连接的过程极其复杂。同时,由于机械臂是一个敏感的机械部件,对包装和搬运的要求更高,进一步增加了设备使用和维护的复杂性。

随着物理磁带库在备份速度和维护方面的不足,虚拟磁带库技术也取得了很大的进步。目前主流存储厂商基本都支持虚拟磁带库。在这里,我们将从数据备份性能、可靠性、安全性、管理和兼容性等方面对物理磁带库和虚拟磁带库进行简要分析。

就数据读写性能而言,物理磁带库的整体性能取决于磁带机的数量和磁带机支持的标准。虚拟磁带库采用虚拟化技术,虽然备份软件会发现虚拟磁带库中有多个磁带机,但备份或数据恢复的性能超过磁带机。因此,虚拟磁带库的性能不是由模拟的磁带机标准决定的,而是由控制系统和后端磁带系统决定的。

在数据可靠性方面,物理磁带库采用磁带克隆进行数据保护,否则数据会因磁带损坏而丢失。虚拟机可以采用后端存储RAID技术,磁盘损坏不会影响存储的数据。

在保密性方面,物理磁带库采用特殊的数据格式存储数据,磁带可以从磁带库中取出进行异地存储,因此具有更高的安全性;虚拟机磁带库产品有两种,一种是真正的虚拟磁带,另一种是使用文件系统(NFS或CIFS)中的文件,以磁带格式存储文件。第一类产品除了不能带出库外,安全性与物理磁带库相同,第二类产品由于文件系统的存在,可能会被病毒或思想破坏。

在数据可恢复性方面,物理磁带库由于磁粉脱落、粘贴、消磁、磁头污染等原因,需要再次恢复数据时无法获取数据;虚拟磁带库使用磁盘阵列存储数据,具有良好的数据可恢复性。

系统可靠性方面,物理磁带库中有大量的机械部件,要求机械运动精度相当高,所以磁带库本身的系统可靠性不会很高;但是,虚拟磁带系统的唯一机械部分是磁盘。RAID技术使虚拟磁带库比物理磁带库更加可靠。

在可管理性方面,物理磁带库基本上都有图形化的管理界面,整个磁带库系统,包括机械手和磁带机,都可以通过一个界面进行管理。虚拟图书馆产品还可以通过独特的界面管理系统。

在软件兼容性方面,磁带库基本支持各种备份软件,很多备份软件都有高级功能;虚拟磁带库一般采用黑盒管理,对于一些备份软件来说不是很好。

在数据迁移方面,物理磁带库的数据迁移有两种方式:一种是通过备份软件的磁带复制或归档功能,将一个磁带库中的数据复制到另一个磁带库中,与磁带格式无关。第二种是将介质从库中取出,放入另一个磁带库中。虚拟磁带库可以通过备份软件将虚拟磁带中的数据复制到物理磁带库的磁带介质中;也可以通过虚拟磁带库的拷贝功能拷贝和迁移数据,但是只有通过备份软件的拷贝,备份软件才能指导数据的来源。

IBM的TS和Quantum的Scalar都支持LTFS (Linear Tape File System),即可以通过LTFS直接访问磁带上的文件。此外,大多数虚拟磁带库支持OpenStorage Tape(OST)技术,这是Symantec NetBackup的API。存储设备供应商提供安装在NetBackup媒体/主服务器上的存储和软件插件。

NetBackup服务器使用此插件与智能存储设备进行通信。NetBackup使用这个插件来查询存储设备。这些功能包括单实例存储、优化的脱离主机复制等。借助OpenStorage,NetBackup服务器(基于主机复制)可以对光纤通道网络上的智能硬盘设备执行高速备份。同时,VTL通过用硬盘模拟物理磁带,在NBU上给出了一个新的硬盘视图。

OpenStorage提供共享存储功能,多个NetBackup服务器可以访问同一个虚拟磁带库。消除固定的磁带大小限制,平衡负载和性能,并在NetBackup服务器和VTL服务器之间平衡存储利用率。对于每个备份作业,NetBackup会选择可用的最大VTL设备存储空。

在NetBackup服务器上配置OpenStorage,创建逻辑存储单元(LSU),并将LSU添加到NetBackup服务器上,在NetBackup服务器上创建存储单元和磁盘池,实现NetBackup介质间基于主机的远程复制。

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