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磁带存储技术综述

2004-05-24 邓永红 湖南邵阳电视台 依马狮网


    以IBM发明的世界上第一台磁带驱动器IBM 726为标志,磁带技术问世已50多年了。在今天瞬息万变的IT领域,优胜劣汰法则被演绎得淋漓尽致。磁带,一个诞生了半个世纪的技术,蜂拥而至的新技术似乎足以让它淘汰。然而,它没有!50年的风雨历程,它战胜了来自各种新崛起的技术的挑战,起起伏伏,终以其独有的魅力向人们证实它的不可替代性。
    一种技术能否长久的一个重要因素在于它的应用。数据的高速增长带来了存储领域的兴旺,数据的重要性又促使存储应用不断拓展,而这些都为磁带技术的发展带来了前所未有的大好机遇,并使竞争进一步加剧。
    据统计,目前,在全球的数字信息中,有90%的数字信息被存储在可移动的存储设备上,磁盘中存储的信息量只占10%,而可移动的存储设备主要是指磁带设备。另据Millward Brown IntelliQuest 2001年的调查数据,目前,有85%的公司采用磁带作为备份设备,大约有15%的公司出于对速度的考虑,把磁盘当做其主要的备份设备,然而在这15%的公司中,仍有84%的公司之后会把数据进一步备份到磁带中去。如此一算,就有98%的公司在使用磁带。据分析,在导致数据丢失的基本因素中,单纯以磁盘为基础的备份方式只能避免其中约占41%的硬件、软件和电源方面的问题,而这种方式对于由人为失误、病毒、黑客入侵以及自然灾害引起的约59%的数据丢失则无法完全避免。因此,用户在搭建存储系统时,只有根据需求,选择相应的磁带和磁盘存储设备,才能最有效地实现应用的高可靠性。正是由于磁带在数据保护等方面表现出的重要性,使磁带市场呈现出前所未有的繁荣。

    一  磁带与磁盘的比较
    磁盘是重要的存储设备,它有许多优点,速度快、高可用是其中最主要的特点。磁盘作为一种存储媒体,天生就比磁带显的更加灵活。磁盘是可线性扩展的,也就是说当磁盘容量增长时,整个数据集的性能与容量的增长是可以预期的。而且对磁盘的访问操作系统的支持极为强大和全面。
    但在数据保护和数据迁移应用中,磁带的优势非常明显,它主要集中在两方面,一是具有高可靠性,它是实现脱机备份的最有效的手段,而这种独立的脱机备份杜绝了数据丢失的一切可能性;二是成本低,虽然磁盘存储的成本一再降低,不断对磁带存储构成威胁,但至今一台典型磁带库每GB的成本较之一套RAID系统还是要低得多,它们之间的比例大约是1比4,而且磁带存储的平均成本甚至每MB仅半美分。

    二  目前主流磁带机的介绍
    磁带机可以说是各类磁带设备中的关键部件,而磁带格式则是磁带机的核心所在。因此,多年来,磁带格式一直是磁带领域最引人注目的焦点,成为磁带机厂商较量的阵地,不断增大单盘磁带的容量、加快磁带传输率则是厂商手中的“法宝”。
    磁带格式是指磁带中数据的记录方式。当前,主流的磁带格式主要分为线性记录和螺旋记录两大阵营,两种技术各有所长,代表了当前磁带机技术的两大发展方向。具体如下:
    1.主流线性记录磁带机
    DLT(数字线型磁带)技术最早由DEC公司于1985年开发,主要应用于VAX小型机系统,之后被Quantum公司购买。DLT以纵向曲线型记录法记录数据,具有大容量、高速度的特点,使用单轴1/2英寸磁带仓,主要应用于中、高端数据库存储和磁带库中。DLT磁带机的本机容量为10GB~40GB,非压缩数据传输速率为1.25MB/s~6MB/s。
    Super DLT第一代产品SDLT 220的本机容量为110GB,近3倍于DLT磁带系列产品,其传输速率为11MB/s(非压缩),则是DLT的2倍。2002年7月,SDLT 320磁带产品也已问世,它将每盘磁带的容量提高到160GB,传输速率达到16MB/s(非压缩)。
    LTO(线性磁带开放协议)是由HP、IBM和Seagate于1997年制定并投资数百万美元联合研发出的磁带技术。它每隔18~24个月即推出下一代产品,并具有向下兼容性,以保护用户的投资。按照最初的计划,LTO有两种格式,即Ultrium和Accelis。目前已经推出的是Ultrium格式,它采用单轴1/2英寸磁带,其第一代产品本机最大容量为100GB、传输速率最大15MB/s,HP Surestore Ultrium230、IBM LTO 3580 Ultrium就是其中的代表产品。Ultrium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,以提高磁带的能力和性能,广泛应用于高端服务器、大型数据库等领域。LTO技术面世后受到业界极大关注,并得到磁带设备厂商的广泛接纳和认可,有超过30家介质生产厂商获得了LTO的授权生产许可证。
    SLR(可扩展线性记录)是TANDBERG公司针对DDS市场推出的产品。它在线性技术的基础上又加上数据磁带驱动器,通过使用多重快写,数据并行输入电路,使速度提高和容量增加成为可能。SLR所使用的记录方式仅有两个运动部件(磁头和驱动电机),磁带不需要被拉出磁带盒,对磁带介质磨损小。它采用低成本的双通道双组RWW(边写边读)磁头组件,可以在数据备份的同时进行读校验,节省了1/2的读写工作时间。磁带机内部内置传输自动调节设计装置,可以根据系统性能自动调节传输率,以缩短备份时间。SLR技术具有磁带装卸检索速度快的优势,并有良好的扩充性,向下兼容,用户可以获得一个具有良好持续性的存储技术,保证了用户的数据安全与投资。
    2.主流螺旋扫描磁带机
    DAT(数字音频磁带)技术最初由HP公司和Sony公司联合开发,以螺旋扫描技术为基础,将数据转化为数字后再进行存储。早期的DAT技术主要用于对声音的记录,随着技术的不断完善,之后,DAT又被应用于数据存储领域,涉及所有的服务器平台,从PC服务器到Unix服务器,为企业环境提供了灵活的存储解决方案。DAT技术从DDS-1一直发展到DDS-4,目前存储容量最高为40GB,搜索全部磁带的时间小于1分钟。据悉,在不久的将来,HP的DDS-5磁带机就会面世。
    Exabyte Mammoth-2是最新一代8mm磁带机产品,它采用螺旋记录方式,显著提高了磁带记录密度和备份速率。它能容纳60GB非压缩数据,平均加载时间仅17秒,快速走带装置可以很容易找到需要的数据。它也是目前世界上备份速率最快的磁带机之一,可以提供12MB/s的备份速率。Mammoth-2所使用的225m数据磁带的开始部分采用了Exabyte独家SmartClean技术的清洗带,可以免除用户清理磁鼓之劳,而记录磁带采用的是AME(高级金属蒸发磁带),具有记录密度高、性质稳定的特点,可以高速记录,读写寿命大于2万次,并可长期保存
    Sony AIT(先进智能型磁带)磁带机采用螺旋扫描技术,从AIT-1开始,目前已经发展到AIT-3。AIT-3提供高达100GB(压缩后为260GB)的数据存储容量和12MB/s(压缩后为31MB/s)的传输率。其中采用了一系列Sony独特的技术,如螺旋扫描系统控制磁带以一个较低的速度经过高速旋转的大尺寸磁鼓,磁鼓上的超金属磁头在磁带上形成密度很高的记录轨道;先进的伺服精密寻道系统继承了Sony在广播级录像机中应用的技术,允许磁带上的高密度记录和访问。Sony独特的AME(先进金属蒸镀)磁带也能够保证出色的记录密度和耐用性。 
    Exabyte VXA-2是Exabyte公司推出的VXA磁带机的第二代产品。VXA-2显著提高了容量和性能,同时完全兼容VXA-1的读和写。VXA-2磁带机可以12MB/s的传输速度记录160GB的数据(压缩后),平均数据压缩比为2:1。VXA-2有三个接口选项可供选择,包括Ultra2 Wide SCSI、IDE/ATAPI和FireWire,并提供广泛的计算机平台和操作系统支持。VXA采用其独创的数据包格式高级读/写体系,提供了确保数据100%恢复的高可靠性设计,无空隙扫描技术与主机数据速率匹配避免了磁带磨损和拉扯,保证了数据能在任何VXA磁带机上恢复。

    三 磁带库
    虽然信息化建设中越来越强调备份的重要,但是存储备份市场的发展却遵循自己独特的发展道路。磁盘→刻录机→磁带机→Au

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