Ленточное хранилище данных. Надежное хранение информации. На каких носителях хранить электронные данные? Базовые способы записи

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

Ленточный архив, безусловно, надёжный и простой способ защитить информацию, но он не лишён недостатков, прямо вытекающих из его ленточной природы, в основном эти трудности связаны с восстановлением маленьких файлов:

• 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.

* прим.: решается грамотным ПО, умеющим мультистрим-запись.

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

Если бы меня попросиили коротко описать все преимущества дисковых бэкапов, то я не задумываясь бы ответил: скорость, надёжность, масштабируемость и гибкость.

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

Вопрос масштабируемости системы предлагаю рассмотреть на примере HP StoreOnce B6200 :

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

За широчайшие возможности по резервному копированию отвечает специализированное ПО - HP Catalyst . HP Catalyst – это программный агент, который устанавливается на медиа-сервер (сервер резервного копирования), на котором работает ПО резервного копирования HP DataProtector или Symantec NetBackup и Backup Exec. HP Catalyst производит дедупликацию данных прямо на медиа-серверах, задействуя функционал этого ПО и уже дедуплицированные данные отправляет на систему HP StoreOnce. Это позволяет добиться высоких скоростей резервного копирования, так как несколько медиасерверов способены обработать гораздо больший поток, чем одно выделенное целевое устройство. Например, топовая система HP B6200 может записывать данные сдедупликацией со скоростью до 40 ТБ/час, а с использованием HP Catalyst – уже до 100ТБ/час.

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?

Мы не призываем полностью отказаться от проверенной временем технологии: вы можете установить HP Store Once как промежуточное звено между пользовательскими системами и долгосрочным архивом, что позволит уменьшить время ожидания ежедневного бэкапа, проводить частичный бэкап изменённых частей больших файлов, не перезаписывая ленточный массив полностью, ускорить работу по резервному копированию и восстановлению данных, а на ленту писать всё то, что может пригодиться в долгосрочной перспективе и не требует частого доступа. Стример или стриммер (от английского streamer) - это запоминающее устройство, основанное на магнитной ленте с последовательным доступом к данным. По своему принципу действия стример похож на обычный магнитофон.

Применяется для операций резервного копирования и архивирования данных с жестких дисков на магнитную ленту. Основными преимуществами стримера являются большая ёмкость (до 900 Гб) и невысокая стоимость информационного носителя (картридж), надежность и стабильность работы. К недостаткам стримера относятся низкая скорость доступа к данным из-за последовательного доступа и большие размеры.

Накопители на магнитной ленте называют также устройствами внешней памяти последовательного доступа, так как удаленные фрагменты данных могут быть прочитаны только после считывания предшествующих им (менее удаленных) данных. Все файлы, размещенные на сменной кассете, будут сохраняться без каких-либо потерь независимо от того, включен компьютер или нет. В качестве носителей информации применяются сменные кассеты различного размера с магнитной лентой емкостью от 20 Мбайт до 2 Гбайт.

На магнитной ленте имеются технологические отверстия. В месте установки кассеты имеется небольшое зеркальце и два фотодатчика (инфракрасный излучатель и инфракрасный приемник). Датчик-излучатель посылает инфракрасный луч на это зеркальце, а датчик приемник принимает отраженный от зеркальца сигнал. Когда кассета вставлена в стример, полотно магнитной ленты перекрывает инфракрасный луч. Вблизи конца ленты луч проходит через технологическое отверстие, отражается и попадает на приемник. Стример останавливает свою работу. Если инфракрасный излучатель или приемник загрязнены, то стример по окончании ленты может не остановиться и тогда произойдет "слет" кассеты накопителя.

История:

В ЭВМ, выпускавшихся до момента появления и широкого распространения жестких дисков, накопители на магнитной ленте (НМЛ), аналогичные стримерам, использовались как основной постоянный носитель информации (ПЗУ). В дальнейшем, в мейнфреймах НМЛ стали использоваться в системах иерархического управления носителями для хранения редко используемых данных. Некоторое время они достаточно широко применялись в качестве съёмного ЗУ при переносе большого количества информации.

9-дорожечная лента

Широкое распространение ленточных накопителей было связано с большими ЭВМ и, в частности, мейнфреймами IBM. Начиная с представленного в 1964 году семейства IBM System/360, в фирме IBM был принят стандарт 9-дорожечной ленты с линейной записью, который впоследствии распространился также в системах других производителей и широко использовался до 1980-х годов. В СССР этот стандарт магнитных лент абсолютно доминировал, благодаря использованию ленточных накопителей семейства ЕС ЭВМ, в том числе и в составе компьютеров других архитектур.

Аудиокассета

В домашних персональных компьютерах 1970-х и начала 1980-х годов (вплоть до середины 1990-х) в качестве основного внешнего запоминающего устройства во многих случаях использовался обычный бытовой магнитофон или, изредка, специальные устройства на его основе с автоматическим управлением. Эта технология была недостаточно приспособлена для компьютерных нужд, зато была весьма дёшева и доступна для домашнего пользователя (т.к. сам аудиомагнитофон у многих из них уже имелся).

Технология QIC

В 1990-е годы для систем резервного копирования персональных компьютеров были популярны стандарты QIC-40 и QIC-80, использовавшие небольшие кассеты физической ёмкостью 40 и 80 Мбайт соответственно. Поддерживалось аппаратное сжатие данных. Накопители этих стандартов устанавливались в стандартный 5-дюймовый отсек и подключались к интерфейсу контроллера флоппи-дисков. В дальнейшем появилось большое количество сходных стандартов под торговыми марками QIC и Travan, определяющих носители ёмкостью до 10 Гбайт.

Технология DLT

Технология DLT была представлена фирмой Quantum (англ.) в начале 1990-х годов на основе более ранней технологии CompacTape для компьютеров VAX фирмы Digital Equipment Corporation, ленточное подразделение которой приобрела Quantum. Дальнейшим развитием DLT явилась технология Super DLT (SDLT). Линейка стандартов CompacTape/DLT/SDLT определяет носители физической ёмкостью от 100 Мбайт до 800 Гбайт.

Технология LTO (современный стандарт)

В настоящее время на рынке доминируют стримеры, соответствующие линейке стандартов LTO (Linear Tape-Open).

Ключевые свойства:

• возможность записи до 160GB данных на одну кассету (при сжатии 2:1);

• скорость записи составляет 49.3GB/ч. Т.е. 160GB данных могут быть записаны за 3,2 часа;

• два варианта интерфейса подключения - SCSI или USB.

Интерфейс USB 2.0. позволяет осуществлять подключение устройства в режиме “plug-and-play”. Пользователь может начать процесс резервного копирования уже через 60 секунд после установки стримера на площадке Достоинства и недостатки

Технология хранения данных на магнитной ленте в ходе развития вычислительной техники претерпела значительные изменения, и в разные периоды характеризовалась различными потребительскими свойствами. Использование современных стримеров имеет следующие отличительные черты.

Достоинства:

• большая ёмкость;
• низкая стоимость и широкие условия хранения информационного носителя;
• стабильность работы;
• надёжность;
• низкое энергопотребление у ленточной библиотеки большого объёма.

Недостатки:

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

Базовые способы записи

Существует два базовых метода занесения информации на магнитную ленту в стримерах:

1. линейная магнитная запись;
2. наклонно-строчная магнитная запись.

Линейная магнитная запись

При использовании данного метода записи данные записываются на ленту в виде нескольких параллельных дорожек. Лента имеет возможность двигаться в обоих направлениях. Считывающая головка во время чтения неподвижна, также как и записывающая во время записи. По достижении конца ленты считывающая/записывающая головка сдвигается на следующую дорожку, а лента начинает двигаться в противоположном направлении.Технология по сути аналогична бытовому аудиомагнитофону. Возможно применение нескольких головок, которые работают с несколькими дорожками одновременно (многодорожечный стример). В современных устройствах этот метод доминирует.

Наклонно-строчная магнитная запись

Если используется данный метод, то блок головок записи-воспроизведения (БГЗВ) размещается на вращающемся барабане, мимо которого механизм протягивает ленту, при чтении и записи. Запись при этом ведётся в одном направлении. Данный способ записи предполагает наличие коротких поперечных дорожек на поверхности ленты. Технология по сути аналогична бытовому видеомагнитофону. Наклонно-строчный метод был изобретён, чтобы добиться более высокой плотности записи, чем при линейном методе, без необходимости уменьшения зазора в головках и увеличения скорости движения ленты (однако в настоящее время эти технические ограничения преодолены и в рамках линейного метода).

Подключение:

Современные стримеры, как правило, подключаются через высокопроизводительный интерфейс SAS, обеспечивающий передачу данных со скоростью 3 или 6 Гбит/с. Старшие модели IBM имеют возможность подключения через интерфейс FICON.

Перспективы:

В настоящее время компаниями IBM Research и FujiFilm представлена технология, позволяющая записывать до 35 терабайт данных на ленточном картридже, сопоставимом по размерам с LTO. Открытым, однако, пока остаётся вопрос об обеспечении достаточной пропускной способности интерфейса подключения устройства и блоков самого устройства: современным устройствам LTO-5, ориентированным на подключение по интерфейсу 6 Гбит/с SAS с фактической пропускной способностью 140 Мбайт/с, потребовалось бы около 3 суток для записи 35 терабайт данных.

5 ноября 2013 в 17:44

Лента – все еще лидер в резервном копировании данных

• Информационная безопасность ,
• Блог компании Hewlett Packard Enterprise

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.

В настоящее время нет недостатка в системах страхового копирования данных, но реально приходится выбирать между устройствами с последовательной организацией данных (ленточные накопители) или с произвольным доступом (дисковые накопители). При выборе следует принять во внимание такие факторы, как тип требуемого резервирования и восстановления информации, их номинальная скорость, максимальная емкость носителей и устройства в целом, начальная стоимость устройства и стоимость владения им, надежность всей системы, а также стоимость самого носителя и т. д.

Именно ленточные накопители по-прежнему остаются самым универсальным, дешевым и, как следствие, предпочтительным средством защиты целостности данных. Ряд аналитиков считают, что именно ленточные накопители вступили в третью эпоху своего существования. Напомним, что своему появлению эти устройства во многом обязаны корпорации IBM, которая в 1952 г. выпустила на компьютерный рынок первый ленточный накопитель. Начало второй эпохи - в 1987 г. - связано с появлением автоматизированных устройств; большую роль в их выпуске сыграли корпорации Exabyte и StorageTek. Третья эпоха должна ассоциироваться уже с "разумными" (intelligent) устройствами. Это стало насущной необходимостью, поскольку теперь каждый год в мире создается от 1 до 2 экзабайт (десять в восемнадцатой степени!) данных. Если говорить о цене хранения на ленте, то к 2007 г. она, по некоторым оценкам, должна упасть до 0,0005 цента за мегабайт информации. Это при том, что надежность подобных устройств уже сейчас достигает 200-300 тыс. ч безотказной работы. По прогнозам, в ближайшие пять лет емкость картриджа типового ленточного устройства достигнет 800 Гбайт, а скорость передачи данных превысит 100 Мбайт/с.

Отметим также, что внешние накопители на магнитных лентах часто можно использовать в системах иерархического хранения данных (Hierarchical Storage Management, HSM). В этих системах медленные, но емкие внешние накопители обычно выступают в качестве второго или третьего уровня хранения. Дело в том, что концепция структурированного хранения подразумевает организацию иерархической структуры устройств хранения информации. На первом (верхнем) уровне находятся жесткие диски, а на нижних уровнях - магнитооптические и ленточные накопители. Часть жесткого диска и магнитооптические и/или ленточные накопители объединяются в единый логический диск, на котором обычно хранят редко используемую информацию. Система структурированного хранения может включать в себя как устройства оперативного доступа, работающие без вмешательства оператора (жесткие диски и библиотеки магнитооптических дисков или ленточных носителей), так и одиночные накопители, в которых носители заменяются оператором вручную. Назначение структурированного хранения - удешевление хранения редко используемых данных. При физическом перемещении файла между устройствами разных уровней его логическое местоположение в файловой системе сервера остается неизменным. Приложения обращаются к файлам по их логическому местоположению. На носители более низких уровней обычно перемещаются файлы, к которым пользователи не обращались в течение определенного времени. Перемещение файлов в системе структурированного хранения организуется таким образом, чтобы объем свободного пространства на дисках серверов поддерживался на заданном уровне.

Эволюция страхового копирования

Вообще говоря, существует два подхода к вопросу резервирования данных: можно резервировать информацию, хранящуюся на сервере, или же обеспечить соответствующими средствами рабочие места клиентов. В первом случае, как правило, сохраняется вся находящаяся на сервере информация, в том числе и пользовательские данные. Объем информации, которая становится недоступной в случае аварийного останова системы или по причине стихийных бедствий, обычно исчисляется десятками и сотнями гигабайт.

Второй подход, заключающийся в сохранении данных с каждой рабочей станции, обычно не применяется в крупных корпорациях (за исключением особых случаев). Дело в том, что обычно речь идет о небольшом объеме информации (быть может, десятки мегабайт). Однако из практики известно, что большинство сотрудников не любят тратить время на организацию процесса резервирования своих данных. Поэтому лучше все же потребовать от пользователя хранить свои данные на сервере. В этом случае администратор системы несет ответственность только за те данные, которые хранятся на сервере, а для резервирования критически важной информации на некоторых рабочих станциях используется специальное оборудование.

В базовой схеме копирования (рис. 1) каждый сервер соединен с собственным устройством страхового копирования (обычно со стримером через шину SCSI). Напомним, что стример позволяет обслуживать только один носитель и не имеет никаких средств автоматизации подачи и смены картриджей/кассет. В этом случае от администратора требуется загрузить приложение для страхового копирования на каждый сервер. Контроль работы приложения по этой схеме также выполняется локально. Носители для каждого устройства заменяются вручную, что требует постоянного внимания со стороны персонала.

Рис. 1. Базовая схема страхового копирования.

С появлением в программном обеспечении агентов страхового копирования ленточные накопители уже необязательно непосредственно присоединять к каждому серверу. Такие программные агенты передают данные через сеть на один из серверов, который занимается страховым копированием. Так реализуется централизованная схема копирования (рис. 2). Использование автоматизированных ленточных библиотек высокой емкости облегчает решение проблемы больших объемов информации и ручных операций при смене носителей для страхового копирования.

Централизованная организация позволяет сократить затраты на обслуживание резервного копирования и управление им, повысить эффективность использования аппаратных компонентов системы, уменьшить количество устройств копирования. Она обеспечивает единообразие процесса создания резервных копий для всей информационной системы, мониторинг самого процесса и диагностику возникающих проблем, облегчает проверку возможности восстановления с резервных копий.

Централизация ресурсов и выполнение копирования по сети могут устранить ряд недостатков предыдущих систем, но, к сожалению, вносят собственные. Наиболее очевидный из них - это конфликт обычного сетевого трафика (электронная почта, файловый сервис, служба имен и т. д.) с трафиком системы резервного копирования (для сравнения в таблице приведены скорости передачи данных для основных сетевых протоколов). Выполнение копирования в специально отведенные интервалы времени может показаться привлекательным, но при этом приходится приостанавливать рабочие процессы на время копирования. С появлением компаний, которым необходимо поддерживать круглосуточную доступность своих информационных систем (это, к примеру, телекоммуникационные компании и Интернет-провайдеры), выделение определенного времени только для копирования стало неприемлемым.

Скорости передачи для различных протоколов

Будущая модель организации памяти в системах уровня всего предприятия рассматривается сегодня как некоторая дополнительная услуга для пользователей в сети. В этой модели диски, ленты, оптические устройства памяти и ПО рассматриваются не как отдельные компоненты, а как составные части интегрированного решения. Для устранения проблем, связанных с конфликтом трафиков, можно использовать копирование по сетям хранения данных (рис. 3). При этом локальные сети освобождаются от передачи больших объемов копируемых данных. Кроме того, устройства, разделяемые в сетях хранения данных, позволяют выполнять копирование непосредственно с дискового массива на устройство страхового копирования, снижая нагрузку и на управляющий сервер. Использование сетей хранения данных (Storage Area Networks, SAN) стало новым этапом развития систем резервного копирования.

Вообще говоря, появление сетей хранения данных сильно отразилось на средствах резервного копирования. Наиболее привлекательные характеристики SAN в данном случае - это высокая пропускная способность сети (этот фактор еще более существен при централизации хранения данных, росте их объема и разнообразия), ее независимость от локальной сети (стремление уменьшить возможные потери данных заставляет чаще выполнять резервное копирование, увеличивая при этом нагрузку на сеть), возможность размещать узлы на большом расстоянии друг от друга (необходимое условие при защите от пожара и т. п.). Существует возможность разгрузить не только локальную сеть, но и серверы, если передавать данные непосредственно с дисковых массивов на устройства резервного копирования.

Технология Fibre Channel, базовая при организации SAN, обладает рядом преимуществ в качестве интерфейса устройств массовой памяти. Одно из основных достоинств этой технологии - высокая скорость передачи информации. В частности, Fibre Channel обеспечивает максимальную пропускную способность передачи данных 100 Мбайт/с и связь на расстоянии до 500 м при использовании многомодовых кабелей. Организация интерфейса по принципу петли с разделяемым доступом (Fibre Channel Arbitrated Loop) допускает одновременное подключение до 127 устройств.

Автоматизация процедур

Потребность в страховом копировании привела к появлению самых разнообразных средств его выполнения, как аппаратных, так и программных. Существует множество форматов записи, моделей картриджей, устройств записи, роботизированных библиотек; кроме того, имеются как простейшие средства управления копированием, так и самостоятельные системы, позволяющие управлять операциями защиты данных в масштабах большой корпорации с распределенными филиалами. Есть несколько типов устройств, в той или иной степени позволяющих автоматизировать работу системы резервного копирования или повысить скорость передачи данных: это стекеры (stackers), автозагрузчики (autoloaders), массивы RAIT (Redundant Arrays of Independent Tape) и библиотеки RAIL (Redundant Arrays of Independent Libraries).

Cтекер представляет собой устройство с одним накопителем и несколькими носителями. Носители помещаются в корпус стекера заранее и подаются в накопитель в строго определенном порядке. Они устанавливаются в специальных лотках, а для подачи носителей в накопитель служит специальный механизм, называемый роботом. Стекеры применяются главным образом для резервного копирования, когда вся копируемая информация не помещается на один носитель. Они плохо подходят для архивации, так как для них сложно организовать популярные схемы ротации носителей. Надо заметить, что стекеры пользуются все меньшей популярностью, большинство администраторов предпочитают иметь дело с автозагрузчиками и библиотеками.

Автозагрузчик во многом похож на стекер. Он также имеет один накопитель и несколько носителей, устанавливаемых в его корпус. Однако носители могут подаваться в накопитель в произвольном порядке, поэтому данное устройство может использоваться не только для резервного копирования, но и для архивирования и в системах HSM.

Автозагрузчик.

Библиотека представляет собой хранилище с большим количеством носителей. Библиотеки обычно имеют несколько накопителей, вследствие чего скорость обмена информацией значительно повышается. Загрузка носителей в таких библиотеках может происходить по двум разным схемам. Согласно одной из них, любой носитель может быть загружен в любой накопитель, тогда как другая схема предполагает, что за накопителем закрепляется определенная часть общего хранилища носителей. Выпускаемые некоторыми производителями библиотеки можно объединять друг с другом в одно общее устройство.

Автозагрузчики и библиотеки выпускаются практически для всех популярных типов устройств хранения на магнитных лентах. Библиотеки эффективны для централизованного резервного копирования (большой емкости) гетерогенных серверов на общую систему хранения. Основные достоинства в этом случае - очень высокая скорость копирования и восстановления информации (до сотен гигабайт в час), большая емкость (до десятков терабайт), надежность хранения и минимальная удельная стоимость хранения (в расчете на один мегабайт данных).

Массив независимых накопителей состоит из нескольких приводов лент в одном корпусе, причем каждый из них обслуживает один-единственный носитель. Схема работы RAIT аналогична дисковому массиву RAID. RAIT значительно повышает производительность операций резервного копирования и архивирования, поскольку накопители работают параллельно. Кроме того, RAIT обеспечивает повышенную отказоустойчивость, так как он ориентируется на спецификации RAID. Основные недостатки массивов RAIT связаны с невысокой емкостью и невозможностью ротации носителей. Технологию RAIT можно реализовать и программными методами, за счет группирования нескольких автозагрузчиков или библиотек.

Методы страховки информации

В основе всех способов, программ и устройств, предназначенных для защиты и восстановления критических данных, лежит принцип записи и хранения избыточной информации.

Резервное копирование

Под резервным копированием обычно понимают создание копий файлов с целью быстрого восстановления работоспособности системы в случае возникновения аварийной ситуации. Эти копии хранятся на носителях (которые нередко называют резервными) определенный срок и затем перезаписываются. Таким образом, с ростом объема информации число резервных носителей увеличивается относительно медленно. Резервному копированию, как правило, подлежат данные, часто требующиеся пользователям. Эти данные можно определить по тому, какой период времени прошел со дня последнего обращения к их файлам. Для надежной защиты данных рекомендуется иметь по три резервные копии последних редакций файлов.

Резервное копирование может быть полным, инкрементальным и дифференциальным. При полном копировании создается копия всех данных, подлежащих резервированию. Недостаток этой процедуры - она требует много времени и ведет к большому расходу магнитной ленты, а достоинство - самая высокая надежность и относительно быстрое восстановление информации из одной полной копии (поскольку для этого достаточно только одного записанного образа). Полное копирование служит отправной точкой для других методов.

При инкрементальном копировании дублируются лишь те файлы, которые были созданы или изменены после последнего полного, дифференциального или инкрементального копирования. Иными словами, при использовании инкрементального копирования первая запись на ленту - это полная копия. При второй записи на ленту помещаются только те файлы, которые были изменены со времени первой записи. На третьем этапе копируются файлы, модифицированные со времен второго этапа, и т. д. Это самый быстрый метод копирования, требующий минимального расхода магнитной ленты. Однако восстановление информации при инкрементальном копировании самое длительное: информацию необходимо сначала восстановить с полной копии, а затем последовательно со всех последующих. Тем не менее это самый популярный метод резервного копирования, поскольку полное восстановление информации - все-таки достаточно редкая процедура в нормально работающей системе.

При дифференциальном копировании дублируются только файлы, созданные или измененные со времени проведения последнего полного копирования. И чем больше это время, тем дольше будет осуществляться дифференциальное копирование. Иными словами, первая запись на ленту -это опять-таки полная копия. На последующих этапах копируются только файлы, которые изменились со времени проведения полного копирования. Само копирование в этом случае занимает больше времени, чем инкрементальное копирование. В случае краха системы администратору для восстановления данных придется задействовать последние полную и дифференциальную копии.

Обычно для достижения компромисса между продолжительностью резервного копирования данных и временем их восстановления выбирается схема, согласно которой раз в неделю проводится полное копирование и ежедневно - инкрементальное. Главная проблема при инкрементальном и дифференциальном копировании - это выбор критерия для проверки факта изменения файла. К сожалению, ни один из известных критериев не может полностью гарантировать это условие.

Самый распространенный способ - использование архивного атрибута файлов (archive). При создании или модифицировании файла прикладные программы автоматически выставляют данный атрибут. При резервном копировании он принимает прежнее значение. Поэтому теоретически система резервного копирования может таким образом определить, что файл еще не копировался на ленту. Но ряд прикладных программ принудительно восстанавливают этот атрибут при работе с файлами. Таким образом, система резервного копирования будет считать, что у файла есть копия на ленте, хотя это и не так. В результате может получиться, что файлы останутся вообще без резервных копий. В некоторых случаях можно сравнивать время последнего обращения к файлу или время его модификации с каким-то эталонным временем, например, временем предыдущего копирования. К сожалению, и этот критерий не идеален, хотя, как правило, он более эффективен, чем контроль за архивным атрибутом. Проверка размера файла используется еще реже, у этого способа еще больше недостатков, чем у других критериев. Конечно, лучшим вариантом был бы одновременный учет нескольких или всех названных критериев. Но такой подход могут предложить только самые мощные системы резервного копирования.

Архивирование

Под архивным копированием обычно понимают процесс создания копий файлов, предназначенных для бессрочного или долговременного хранения. Это процесс получения "слепка" файлов и каталогов в том виде, в котором они располагаются на первичном носителе (обычно диске) в данный момент времени. Носители, на которые переносятся данные, называют архивными. Периодическое проведение архивного копирования позволит иметь копии нескольких разных версий одних и тех же файлов. Впрочем, особо важные файлы иногда помещают в архив независимо от времени их последней модификации. Обычно считается, что для надежности хранения нужно иметь 2-3 архивные копии всех редакций файлов, подлежащих архивированию.

В принципе архивное копирование тоже может быть полным, инкрементальным и дифференциальным, однако процесс архивирования обычно организован так, что делаются только полные копии, к которым, как правило, через определенное время добавляют инкрементальные. Дифференциальное архивное копирование обычно не встречается. Как показывает практика, количество архивных носителей на предприятии довольно быстро растет.

Набором носителей информации называется группа резервных или архивных носителей, периодически используемая в процессе копирования. Для повышения надежности хранения информации не следует помещать более одной копии одного и того же файла на один носитель или набор носителей. Таким образом, чтобы иметь, например, три копии, нужно задействовать три разных набора носителей. При этом для защиты данных от всевозможных катастроф и стихийных бедствий один из наборов следует хранить в удаленном месте.

Отметим, что в отличие от резервного копирования архивирование обычно выполняется над данными, ассоциированными с конкретным проектом, а не с системой в целом.

Для архивов характерен очень большой объем хранимой информации, поэтому система архивирования должна обеспечивать быстрый и удобный поиск файлов по версиям и времени создания, а также поддерживать автоматическое удаление файлов по прошествии заданного времени. Здесь поддержка автоматических библиотек еще более важна, чем в случае резервного копирования.

Как правило, резервное копирование и архивирование лучше всего выполнять ночью и в нерабочие дни. Это позволяет максимально ускорить процесс копирования и не накладывает на пользователей специфических ограничений. Дело в том, что, хотя многие серьезные программы резервирования могут обрабатывать открытые файлы, их резервное копирование значительно замедляет весь процесс. Кроме того, резервное копирование сильно загружает процессоры серверов, заметно снижая производительность сети.

Схемы ротации

Хотя резервное копирование и архивирование опираются на одни и те же принципы и, более того, любой программный продукт позволяет выполнять как функции резервного копирования, так и архивирования, тем не менее оба эти процесса имеют свои особенности. Если цель резервного копирования - сохранить текущее состояние системы, то при архивировании задача состоит в долгосрочном хранении информации, чтобы данные можно было извлечь, даже если они созданы и месяц, и год назад. Нередко архивирование предполагает перенос всех данных по завершении какого-то проекта на внешние носители, чтобы освободить место на винчестерах. Поэтому при страховом копировании важно выработать надлежащую схему ротации носителей информации с тем, чтобы можно было не только быстро сохранить данные или восстановить информацию, но и чтобы носители на каждом временном этапе содержали полный архив данных.

Смена рабочего набора носителей в процессе копирования называется их ротацией. В настоящее время наиболее широко используется несколько схем ротации, например, "дед-отец-сын" (grandfather-father-son) или "ханойская башня" (Tower of Hanoi). Простая ротация подразумевает, что некий набор лент используется циклически. Например, цикл ротации может составлять неделю, тогда отдельный носитель выделяется для определенного рабочего дня недели. Полная копия делается в пятницу, а в другие дни - инкрементальные (или дифференциальные) копии. Таким образом, для недельного цикла достаточно иметь пять носителей (если копирование происходит только в рабочие дни и емкости одного носителя хватает для копии). После завершения цикла все повторяется сначала, и запись производится на те же самые носители, хотя иногда полные (пятничные) копии сохраняют в качестве архива. Недостаток данной схемы - она не очень подходит для ведения архива, даже если сохранять полные копии, поскольку количество носителей в архиве быстро увеличивается. Кроме того, запись (во всяком случае, инкрементальная/дифференциальная) проводится на одни и те же носители, что ведет к их значительному износу и, как следствие, увеличивает вероятность отказа.

Схема "дед-отец-сын" имеет иерархическую структуру и предполагает использование комплекта из трех наборов носителей. Раз в неделю делается полная копия дисков компьютера, ежедневно же проводится инкрементальное (или дифференциальное) копирование. Дополнительно раз в месяц проводится еще одно полное копирование. Набор для ежедневного инкрементального копирования называется "сыном", для еженедельного - "отцом", для ежемесячного - "дедом". Состав ежедневного и еженедельного набора постоянен. В ежедневном наборе свой носитель (их может быть несколько, если объем информации превышает объем одного носителя) закреплен за каждым рабочим днем (кроме пятницы), а в случае еженедельного набора - за каждой неделей месяца по порядку (т. е. данный набор должен содержать не менее четырех носителей). Ежемесячные носители обычно заново не используются и откладываются в архив. Таким образом, по сравнению с простой ротацией в архиве содержатся только ежемесячные копии плюс последние еженедельные и ежедневные копии. Недостаток данной схемы состоит в том, что в архив попадают только данные, имевшиеся на конец месяца. Как и при схеме простой ротации, носители для ежедневных копий подвергаются значительному износу, в то время как нагрузка на еженедельные копии сравнительно невелика.

Схема "ханойская башня" призвана устранить некоторые из перечисленных недостатков, но, правда, имеет свои собственные. Схема построена на применении нескольких наборов носителей, их количество не регламентируется, хотя обычно ограничивается пятью-шестью. Каждый набор предназначен для недельного копирования, как в схеме простой ротации, но без изъятия полных копий. Иными словами, отдельный набор включает носитель с полной недельной копией и носители с ежедневными инкрементальными (дифференциальными) копиями. Специфическая проблема схемы "ханойская башня" - ее излишняя сложность.

Еще одна схема ротации называется "10 наборов" и, как следует из названия, рассчитана на десять наборов носителей. Период из сорока недель делится на десять циклов. В течение цикла за каждым набором закреплен один день недели. По прошествии четырехнедельного цикла номер набора сдвигается на один день. Иными словами, если в первом цикле за понедельник отвечал набор номер 1, а за вторник - номер 2, то во втором цикле за понедельник отвечает набор номер 2, а за вторник - номер 3. Такая схема позволяет равномерно распределить нагрузку, а следовательно, и износ между всеми носителями.

Заключение

Как полагает большинство экспертов, дальнейшее развитие средств страхового копирования пойдет по пути сокращения времени выполнения операций сохранения и восстановления информации, повышения надежности хранения данных и расширения возможностей масштабирования, а также обеспечения большей совместимости и лучшей управляемости. Продолжающаяся тенденция к централизации обработки и хранения данных потребует повышения производительности и надежности используемых систем. Экспоненциальный рост объема цифровой информации станет серьезным испытанием для сетей передачи данных и систем ввода-вывода. Тем не менее широкое внедрение сетей хранения данных и интеллектуальных накопителей позволит эффективно решать возникающие задачи.

Cтраница 3

Сердечник с обмоткой устанавливается в металлическом корпусе, играющем роль магнитного экрана, и заливается смолой. В корпусе, там, где находится рабочий зазор, делается отверстие для обеспечения контакта головки и ленточного носителя записи.  

Наиболее ответственной операцией является монтаж кристалла к выводам рамки. Особенность метода - возможность создания автоматизированного оборудования, которое может быстро и точно подавать, в монтажную зону кристаллы и ленточный носитель.  

Для медного носителя, а также для алюминиевого при нанесении на балочные выводы слоев, смачиваемых оловянными припоями (например, Та - Ni), присоединение выводов осуществляется групповой пайкой, для чисто алюминиевых выводов - последовательной сваркой каждого вывода. Производительность операции монтажа с помощью полимерных носителей, если и уступает производительности монтажа методом перевернутого кристалла, тем не менее она в 5 - 7 раз выше, чем при обычном проволочном монтаже. При использовании ленточных носителей электрические контакты получаются прочнее в 7 - 10 раз, исключается влияние оператора, в связи с чем в 2 - 3 раза возрастает надежность операций присоединения.  

Выбор полимеров для ленточных носителей достаточно широк, однако полиимид является, за исключением стоимости, наиболее подходящим материалом, так как позволяет производить операцию термокомпрессии и эвтектическую пайку кремния с золотом при температуре около 673 - 723 К, обеспечивает высокие механические свойства. При сборке дешевых схем в корпуса используется майлар или композиция поли-эфирстекловолокно. Сборка БИС и СБИС на ленточных носителях, которые прошли перед их монтажом на плату полный цикл испытаний и контрольных проверок, находит все более широкое применение не только в МЭА специального назначения, но и в аппаратуре широкого народнохозяйственного значения.  

Производство массовой электронной аппаратуры автоматизируется. Это относится к производству как элементов, так и печатных узлов. В производстве применяется метод сборки ИМС на ленточном носителе с групповой приваркой выводов. Он основан на использовании рамки выводов, вытравленной из медной ленточной фольги и наносимой на перфорированную синтетическую (по-лиимидную пленку) пленку шириной 8, 16, 35 или 70 мм. Кристаллы с ИМС автоматически подаются на ленту, и выводные рамки привариваются к контактным площадкам ИМС. Таким образом достигается производительность сборки ИМС 1 - 2 тыс. в час.  

Устойчивость к термоударам обусловлена близостью ТКЛР полиимидной пленки и алюминиевого основания, эластичностью пленки, компенсирующей разницу ТКЛР пленки и кремниевого кристалла. Бескорпусные БИС монтируются непосредственно на полиимидную пленку и крепятся с помощью клея МК-400. Пример знакоместа на полиимидной плате для монтажа бескорпусных БИС на ленточном носителе (см. рис. 1.20) представлен на рис. 8.89, а.  

Внедрение Процесса Управления Мощностями поможет предотвратить как ненужные инвестиции, гак и проведение изменений мощностей случайным образом, так как последний аспект может особенно отрицательно сказаться на предоставлении услуг. В настоящее время стоимость ИТ складывается не столько из вложений в мощности средств ИТ, сколько из управления ими. Например, избыточное увеличение емкости дисковой памяти влияет на резервное копирование на внешний ленточный носитель, так как поиск архивируемых файлов в сети займет больше времени. Этот пример ил - пострирует важный аспект Процесса Управления Мощностями: качественное Управление Мощностями является, вероятно, наиболее важным фактором для изменения восприятия (и реального положения) ИТ-организации: не как группы, увеличивающей накладные расходы, а как поставщика услуг.  

Столь большой разнобой в номенклатуре учетных единиц отрицательно сказывается на унификации учета фондов, особенно в международном масштабе. В связи с этим во всем мире интенсивно ведутся поиски унифицированных стандартных учетных единиц. Международная организация по стандартизации (ИСО) в 1974 г. предложила считать стандартизированными единицами том (для книг, брошюр, периодических изданий, рукописей), рулон (для ленточных носителей информации), физическую единицу (для плоских микроформ), а также площадь, занимаемую произведениями печати и рукописями на библиотечных полках.  

При организации массивов типа RAID 1 или RAID 5 не исключается необходимость архивного хранения данных, речь идет лишь о том, что при возникновении неисправности дисков система может продолжать выполнение основных функций. Но реально во всех вариантах требуется оперативная замена неисправного элемента. Для АБИС такая оперативность, с нашей точки зрения, не столь значительна. В ГПНТБ СО РАН организована автоматизированная система архивации данных на ленточный носитель. Устройство записи - стример Ultrum 215 фирмы Hewlett Packard - обеспечивает запись на ленточные картриджи от 100 до 200 (режим сжатия) Gb. Формируемый таким образом архив, гарантирует относительно быстрое восстановление как информационных ресурсов и пользовательских данных, так и восстановление системных дисков.  

Бескорпусные микросборки обычно устанавливают на теплоотво-дящее металлическое основание ячейки или индивидуальные металлические шины. Размеры плат микросборок составляют от 16X7 5 до 48X30 мм, от этих размеров зависит шаг их установки. На печатные платы (а также в микросборки и гибридные микросхемы) могут устанавливаться безвыводные керамические кристаллодержа-тели или кристаллы бескорпусных микросхем. Такие кристаллы могут поставляться на ленточных носителях, представляющих собой основание, на котором установлен герметизированный кристалл и нанесен рисунок соединений, который обеспечивает коммутацию между печатной платой и кристаллом. Перед установкой часть ленты с кристаллом и соединениями вырезают и затем устанавливают на плату. Использование ленточного носителя кристаллов значительно облегчает автоматизацию монтажа, особенно когда требуется соединение с большим числом выводов.