磁盘阵列虚拟带库磁带库#

1、磁盘阵列在计算机发展的初期，大容量硬盘的价格还相当高，解决数据存储安全性问题的主要方法是使用磁带机等设备进行备份，这种方法虽然可以保证数据的安全，但查阅和备份工作都相当繁琐。1987年，Patterson、Gibson和Katz这三位项目师在加州大学伯克利分校发表 了题为A Case of Redundant Array of Inexpensive Disks（廉价磁盘冗余阵列方案）的论文，其基本思想就是将多只容量较小的、相对廉价的硬盘驱动器进行有机组合，使其性能超过一只昂贵的大硬盘。这一设计思想很快被接受，从此 RAID技术得到了广泛应用，数据存储进入了更快速、更安全、更廉价的新时代。虽然

2、磁盘阵列技术很早的便被提出，但因为那时硬盘还不是影响整个计算机性能的瓶 颈，且搭建磁盘阵列的成本较高，并且磁盘阵列技术并不成熟，所以开始时RAID方案主要针对SCSI硬盘系统，多用于服务器或者银行等对硬盘容量和性能要求较高的行业。1993年，HighPoint公司推出了第一款IDE-RAID控制芯片，能够利用相对廉价的IDE 硬盘来组建RAID系统，从而大大降低了 RAID的门槛”。从此，个人用户也开始关注这项 技术，因为随着计算机各个配件技术的迅猛发展，硬盘已经慢慢成为发展最为缓慢”和最缺少安全性的设备，而用户存储在其中的数据却常常远超计算机的本身价格。在花费相对较少的情况下，RAID技术可

3、以使个人用户也享受到成倍的磁盘速度提升和更高的数据安全性。1 / 1490年代中期以后随着互联网和计算机技术的高速发展，网络用户的数据量急剧上升,虽然硬盘的容量越来越大、存取速度不断加快，但对于某些用户，如电视台的计算机播出系 统、证券交易等，传统的直接硬盘存储方式已难以满足它们对海量数据存储的需要，更无法确保数据的一致性、安全性、可靠性以及数据的可管理性。因此，磁盘阵列技术和产品大量的涌现并最终走向了个人用户。定义及技术介绍磁盘阵列是指将多个类型、容量、接口，甚至品牌一致的专用硬盘或普通硬盘连成一个 阵列，实现以某种快速、准确和安全的方式来读写磁盘数据，从而达到提高数据读写速度和安全性的一种

4、手段。其最大特点是数据存取速度特别快，可提高网络数据的可用性及存储容量，并将数据有选择性地分布在多个磁盘上，从而提高整个网络系统的数据吞吐量。现在个人电脑市场上的IDE-RAID控制芯片主要出自 HighPoint和Promise公司，此外还有一部分 来自AMI公司。磁盘阵列所利用白技术基础是RAID技术。RAID是Redundant Array of InexpensiveDisk的缩写，意为廉价冗余磁盘阵列。它主要包含RAID 0RAID 7等数个规范，它们的侧重点各不相同，常见的规范有如下几种：RAID 0 : RAID 0连续以位或字节为单位分割数据，并行读/写于多个磁盘上，因此具有很

5、高的数据传输率，但它没有数据冗余，因此并不能算是真正的RAID结构。RAID 0只是单纯地提高性能，并没有为数据的可靠性提供保证，而且其中的一个磁盘失效将影响到所有数据。因此，RAID 0不能应用于数据安全性要求高的场合。2 / 14COPYRIGHT 199 IS. 1*97；1999 ADVANCED COMPUTER & NETWORK CD UPC RATI ONRAID 1 :它是通过磁盘数据镜像实现数据冗余，在成对的独立磁盘上产生互为备份的数据。当原始数据繁忙时，可直接从镜像拷贝中读取数据，因此RAID 1可以提高读取性能。RAID 1是磁盘阵列中单位成本最高的，但提供了很高的数据

6、安全性和可用性。当一个磁盘失效时，系统可以自动切换到镜像磁盘上读写，而不需要重组失效的数据。RAID 0+1COPYRIGHT 箝 1996. 1M7B 1MB, 1999 ADVANCED COMPUTER & NETWORK COHPORATJONRAID 0+1:也被称为 RAID 10标准，实际是将 RAID 0和RAID 1标准结合的产物，在连续地以位或字节为单位分割数据并且并行读/写多个磁盘的同时，为每一块磁盘作磁盘镜像进行冗余。它的优点是同时拥有 RAID 0的超凡速度和 RAID 1的数据高可靠性，但是CPU 占用率同样也更高，而且磁盘的利用率比较低。智能虚拟带库提高备份性能信

7、息数据量的日益庞大使传统数据备份介质已经受到激烈的挑战，备份窗口的长度已不能适应企业对备份系统的要求。另一方面，技术的日益更新， 磁盘的价格也在不断的走低，磁盘与磁带的价格差变得不是很明显，这些变化使利用快速磁盘作为备份介质成为可能。将磁盘做为备份介质是传统备份系统的一次革新，解决了传统备份系统的备份窗口（速度）、机械故障、共享、维护等无法满足应用需求的问题。这是因为虚拟磁带库对于其它系统来说，就像真实的、自动化的物理磁带库/机设备一样，差别仅是数据存储在磁盘上。这样，大多数数据中心都会明显的感受到备份比传统方式进行的更3 / 14快。基于磁盘备份方式的分类利用磁盘来加速数据备份并避免传统备份

8、介质的缺点，达到了真正意义上的备份系统的革 新，取代了数据存储起始阶段的基于磁带备份的机制。根据备份最终目的不同以及最终备份数据的备份机制不同，可以分为如下几类基于磁盘备份的虚拟磁带库应用：基于文件系统的虚拟磁带库备份基于虚拟磁带库的备份基于虚拟磁带库及自动归档的备份基于文件系统的虚拟磁带库备份基于文件系统的备份使用JBOD、磁盘阵列或 NAS等存储设备上的文件系统作为主备份目标器，即在文件系统上生成一个文件以虚拟其磁带库，这种方法可以看作为D2D （磁盘到磁盘）的备份。这种模式只能简单地替代磁带作为备份介质存储备份数据，备份软件在卷一级上虚拟出磁带库，使备份服务器对其进行读写操作。因为在某些

9、行业中，备份的数据还需要保存一定的时间期限。因此，还需有第二步操作：将备份到虚拟带库中的数据迁移到物理带库中，即D2T （磁盘到磁带）。如图1:4 / 14第一米符佻股务器 包含名吩飘竹的数拼自机 目录及数据即的管理SCSI、iSCfl或FC第二步鼎（据以域图刊这一拧的拷贝，金 叼郛遮片中的教弼三|保存他 为小建依.也可以将是笛中 品付别随吊后的三田回收.SCSI H文件系统的方式善检到超 盘中.（备份照务褂将嵯薇做为临 时的数据覆冲及快速的数提 恢复优点:直接可以备份或恢复文件，无需等待机械手或驱动器加载/卸下磁带。备份的速度得以提高，备份软件以顺序的方式将数据写入磁盘，不会受到磁带驱动备份

10、 速率的影响。备份到磁盘不存在磁带机所需的机械手维护、磁头清洗等操作。缺点：将磁盘阵列或 NAS作为备份解决方案前必须要考虑传统磁盘存储与备份软件的兼容问 题，如VERITAS 、 Legato、CA等。尽管它们在适合的时候能够将数据写入到磁带中，但不能在 一个卷写满后自动跨越到另外一个卷中，因为传统的文件系统最大容量为2TB。in Box”当磁盘卷写满时，备份任务就会被停止，而且备份时磁盘不能和磁带一样提供 的压缩功能。文件系统的方式会增加备份服务器的负载，在长期备份中存在出现大量碎片的可能，降 低了备份的效率。基于虚拟磁带库的备份5 / 14这种方法是将磁盘与仿真软件结合起来，将磁盘虚拟成

11、磁带库，使备份服务器对此磁盘的操作如同操作一个磁带库一样，使磁盘代替磁带作为第一次备份操作中存储数据的设备，这就是利用磁带库仿真软件将磁盘虚拟成磁带库的另外一种应用（ VTL）。备份的数据存储到虚拟带库后，如果要长时间保留备份的数据，备份软件则通过自身拷贝或克隆的方法将数据转存到物理的磁带中。（如图2）各出出已樵卡出叫Gg* 叶，不小1鼻证中的歌潮-4 小力怏:土展曼.仁司手心匕3再府用务环一一效整声胎4科他!- VTLlit. T m片到；，占恰尔干耳*1说卷*力也im汽1r；打击4力瑞通借旧飞心 布八一: T殴出这亿工造VTUtl；崎包作尤在储b, *枕广忤向奥伯愕1 誉服得荐匕以电算自养

12、道 吁H埔昌子,因为数据从VTL到磁带的过程都是通过备份软件操作的，这在一定程度上增加了备份服务 器的数据传输压力。优点：基于磁盘的备份提高了备份性能，而且不会改变原有备份环境。虚拟带库能够跨越磁盘进行数据存储，不会受到磁盘卷大小的限制。虚拟带库可以多次删除或写入文件到磁盘中，避免了出现碎片的情况。缺点：需要对备份软件进行配置，或将备份软件升级到某一相应版本，以支持将备份的数据从 虚拟带库中拷贝到物理带库。基于虚拟磁带库及自动归档的备份6 / 14图3所示的是虚拟带库的另外一种应用。 利用VTL厂商提供的功能，将数据直接从 VTL设 备拷贝到物理磁带中，这种方法因为数据从虚拟带库到物理带库的过

13、程中不经过备份服务器， 因 此备份软件无需具有数据搬迁的功能，也不参与数据搬迁的过程。JJ J厂於词HU门.t fJfcrt ，-3d.E:4-d-! L f得卡*V I福avi.j打巴产京箝肝的.Ji%+ 阵中的景嘉山vrvr it就布克 势、瞥什坦布中箭小晟厉VTL期就强般价以小J-苫7” FTY：楫P1 #鱼.索一胎fr 4图中这种 D2D2T （磁盘到磁盘到磁带）的虚拟磁带库应用可以有效减少备份窗口并加速数 据恢复，同时也无需备份软件有数据搬迁功能。优点：此种D2D2T的虚拟带库应用可以无缝集成到现有备份环境中，原有备份任务及策略无 需改动，如同VTL就是原来连接的物理磁带库一样。VT

14、L解决方案美国飞康软件公司的虚拟带库软件正是属于第三类应用的一款虚拟带库（VTL ）软件解决方案，由该公司IPStor企业版软件作为核心，能够对备份资源进行整合管理，并增强备份操作的 可靠性，加快恢复速度。VTL解决方案可将基于行业标准的高速磁盘仿真为虚拟磁带机/磁带库供给iSCSI/IP或FCSAN架构上的备份服务器。飞康软件公司的 VTL软件解决方案能够支持市场中主流的磁带机、磁带库及经过资质认证7 / 14的由SONY、HP、 Legato、VERITAS等厂商提供的备份软件。它可以通过基于IP的增量复制提供集中化管理，也可按照策略在对等或由多到一的环境中, 通过IP网络复制虚拟磁带匣。

15、飞康公司新版VTL新增功能选项全双工故障切换选项：可将两个VTL专用管理器配置成为双活机群（ HA）,通过其故障切换和故障回复功能消除单点故障（SPOF）,提高可用性。IBM 3494磁带库支持选项：使VTL专用管理器可以连接到旧M 3494 磁带库并对从物理磁带中导出或导入虚拟磁带进行管理。IBM iSeries支持选项：支持 旧M iSeries 和 AS/400系统连接到 VTL专用管理器。基于主机备份的选项：允许将被认证的备份软件直接安装到VTL专用管理器上，消除了对专用服务器的需求。 NDMP备份支持选项：允许被认证的备份软件和基于行业标准的NAS设备，利用NDMP协议通过IP网络执

16、行备份和恢复。三步体验降低成本的增强型备份系统为了提高系统的备份性能，降低备份窗口的长度以及用户对于备份设备如磁带库、磁带机和备份介质的大量投入，昆腾推出了基于磁盘的增强型备份系统（EBS） DX100 和 PX720。昆腾所提供的的 DX100和PX720增强型备份系统解决方案整个项目的部署执行需要经历以 下三个步骤（下文中测试数据由昆腾提供）：步骤1:性能和可靠性测试在安装DX100之后，用户首先将部分备份任务移到新的平台上，并将备份目标从旧磁带库转移到DX100。在随后执行的备份操作中，备份任务在DX100上执行的性能会比磁带明显提高。8 / 14a步骤1在恢复测试中，采用从10个不同的

17、备份任务中读取数据的方式。因为采用了磁盘方式，DX100能够从存储阵列中直接提供读取路径，而磁带库因为需要先装载并定位磁带介质，而后 才能以磁带的速度传输数据，因此需要较长的时间才能完成。阶段1的最后一步是测试备份的可靠性。测试人员选择在最近一次备份中执行失败的磁带， 强迫DX100不仅需要备份数据，同时还要写入磁带。备份任务需要在失败发生前将数据通过磁 带写至介质结尾。测试时由DX100执行备份任务，备份应用确认数据成功地被写入磁盘，并且没有错过备份窗口。作为后台操作，DX100通过VERITAS应用中的标准介质转移功能，将备份写入巴坏”的介质。磁带写操作失败后，数据被转移到另外一个磁带上完

18、成了备份。这一测试表明，通过自动转移错过备份窗口的磁带机或介质错误的威胁，满足用户对于备份可靠性的要求。步骤2:改进架构环境在第二阶段，额外部署的DX100和PX720将与原有的存储解决方案协同工作。9 / 14a步骤2在这个阶段中，用户可以体会到更多的性能改善，以及由磁带中运行更少的备份所带来的介质成本降低。随着新购进磁带数量的减少，用户也减少了用于介质管理的额外开支。同时，这样的解决方案也减少了用户对于磁带库与磁带机的投入，降低了初始硬件购买量和购买ISV软件许可的成本，还包括每年硬件的维护服务成本、物理介质的成本和连接主干交换 机的成本。步骤3:整合原有低容量磁带因为用户仍有大量数据需要

19、采取磁带方式进行存储，新磁带的购买会带来大量的成本投入。在这一阶段中，用户应首先对现有存储磁带进行分析，并对每月将增长的磁带数量进行预估。随后，用户可以通过一些存储管理软件，如 VERITAS NetBackup软件中的标准介质拷贝功 能，将原有磁带整合成 Super DLTtape介质，提高单一介质存储容量。其次，通过将 DX100整合到现有存储网络中，通过大容量的磁盘备份降低对于新存储介质 的需求。介质成本的节省是昆腾增强型备份系统特色之一，而且在每一个阶段执行过程中，用户都可以体会出该解决方案在操作和成本节省上的优势。EBS的优势10 / 14无需改变不同于D2D解决方案，EBS无需改变

20、任何备份策略，很容易部署到现有的SAN环境中。EBS的安装操作无须特殊的过程和技术，客户只要凭借一般的数据保护应用集成经验，就可以 应用。节省成本EBS系统从三个方面节省了成本：减少了磁带库的槽位数量和磁带机的数量，减少了ISV软件许可成本（取决于磁磁带库的大小），减少了用于数据保护应用的介质。备份性能备份应用提供商花费了多年的时间优化磁带备份，以实现在同一个磁带库上运行多个数据 流，通过SAN设备备份数据以及在 SAN中共享设备，控制数据传输率以匹配磁带性能，并且采取了很多其它的优化技术。EBS系统直接提供了提高性能的工具，且无须改变任何备份应用，这意味着它在性能和其 它基于磁盘的备份应用上

21、均优于磁带。执行的可靠性基于磁盘的备份避免了磁带备份方式的一些风险。磁带介质所引起的错误得以消除。兼容性问题EBS与数据保护类的ISV应用软件兼容，因为 EBS的操作如同磁带，而非磁盘。用户可以 将EBS系统集成到诸如 VERITAS SAN 共享存储管理软件中，保证软件间的互操作性。NetVault+RAID=虚拟带库随着信息时代的数据爆炸增长，越来越多的企业开始关心数据的存储和备份。面对市面上各种各样的 备份软件和存储设备，如何选择合适又经济的备份解决方案是各企业所面临的严峻问题。Bakbone和太科集团整合了 NetVault和RAID，希望用低成本的实现方式为中大容量数据需求的用户提供

22、最佳的存储及备 份解决方案。NetVault和RAID整合形成的虚拟磁带库解决方案，尤其适合于电信、金融、保险每天有很 大的数据流量，而这些数据又是需要经常访问的用户。b简单的结合/b在这个解决方案中，主要利用了 RAID的大容量和NetVault的虚拟带库功能。NetVault的虚拟带库 功能可以将大容量的 RAID虚拟成实际的磁带库模式进行管理和操彳用户可以将数据备份到这些RAID上去，但不妨碍业务的操作，就像在本地硬盘上操作一样，从而可以有效地保护用户的数据。同时，用户 还可以在业务不进行的时候，将RAID上的数据备份到真正的磁带上，使数据的安全性得到进一步的加强， 同时不影响应用服务器

23、的工作。NetVault软件可以运行在现有的大多数操作系统。11 / 14虚拟带库的工作原理图首先，虚拟磁带库应用了大容量、高容错性的磁盘阵列。因为磁盘阵列是很多个硬盘的集合，所以它 实际上是一个大的硬盘，对于有很大数据流量的企业来讲，RAID 是一个理想的选择。同时，不同规格的RAID也使用户可以根据自己的需求选择最符合自己安全需求的产品。因为用户的业务量很大，所以就可 以将这些需要实时操作的大容量的数据通过NetVault暂时先写入到RAID上进行保存，从而实现即时访问。其次，专业的存储备份管理软件。Bakbone 作为一家专业的存储备份解决方案提供商，其提供的NetVault是一套真正模

24、块化架构的备份管理软件。通过简单的图形用户界面就可以对各项工作进行操作。 而且可以根据用户的需求，自动提交各项备份任务，从而减少用户的工作量，提高用户的工作效率，节约 成本，并保护有用的数据信息。因为 NetVault具有虚拟带库的特性，可以将磁盘直接作为备份的工具， 将正在进行的业务数据进行存储，而不妨碍业务的进程，其速度能达到 68MB/S ,大大快于将数据直接备 份到磁带设备上。而且，为了将数据能更加安全地保护起来，NetVault的虚拟带库的功能还可以将存储到磁盘上的数据直接备份到磁带设备上，这样不但不影响业务的进行，而且也可以使重要的数据得到更有效 的保护。止匕外，可以长久保存数据的

25、磁带库。存储在磁盘阵列上的数据，如果要进行长久的保存，可以将其上 面的数据直接转移到带库的磁带上去。因为磁盘阵列的容量是有限的，而且磁盘介质的保存也不是很稳定，所以用户需要将磁盘阵列上的数据直接迁移到磁带上，这样可以节约占用系统的时间。而且，利用磁带的 备份可以将数据进行更好的保护，和长时间的保存，这样数据的安全性就可以更好。b高性价比的应用/b如图所示，用户搭建虚拟带库的工作是这样完成的：将 RAID所在的系统上安装 NetVault备份管理 软件，接着安装 NetVault虚拟带库的插件。安装完虚拟带库的插件以后，就可以在RAID上根据磁盘的大小和用户的实际需求创建相应的虚拟带库。也就是将

26、磁盘虚拟成带库的形式，设置相应的驱动器、槽位 以及每个介质的容量，并且可以按照像真正的带库那样进行管理和操作。这样，用户可以将网络上需要保 护的数据通过NetVault备份到RAID上，并在备份窗口将需要的数据备份到已经建立的虚拟磁带库上。 如果用户还想在业务空闲的时间里将RAID上的数据备份到真正的磁带上去，就可以在备份窗口中 Option选项中的Duplicate 子选项中进行选择即可，此时数据可由RAID上直接导入到相连接的磁带上，当然用户也可以设置计划，在规定的时间里将数据备份到磁带上。通过简单的图形用户界面，可以由NetVault自动完成各项工作。止匕外，用户还可以根据自己的需求更改

27、虚拟带库的大小和形式，使之更适合于用户的 需求。在这个虚拟带库的应用中，用户可以获得下面的好处。首先，数据取用快捷方便。因为数据是存储在 磁盘阵列上的，所以在对这些数据进行操作的时候，效率就会很高，就和用户在自己的硬盘上进行操作时 一样，并可以保证数据的一致性、完整性。其次，在进行备份时，先将数据存储到磁盘阵列上，再将盘阵上的数据备份到磁带上去。这样做的好 处是：一方面，数据可以很快速地从盘阵转移到磁带上，从而减少系统的占用。另一方面，可以制定策略 在一个时间里进行备份，简化备份工作。最后，管理的统一性。因为使用专门的备份服务器，所以用户在进行网络备份时，可以对客户端上的 数据存储和备份通过

28、NetVault简单、全面、实用的图形用户界面进行集中的管理，可以在有错的情况下， 很容易侦错、纠错。 磁带库 磁带是所有存储媒体中单位存储信息成本最低、容量最大、标准化程度最高的常用存储介质之一。它互换12 / 14 性好、易于保存，近年来，因为采用了具有高纠错能力的编码技术和即写即读的通道技术，大大提高了磁 带存储的可靠性和读写速度。根据读写磁带的工作原理可分为螺旋扫描技术、线性记录（数据流）技术、 DLT技术以及比较先进的 LTO技术。根据读写磁带的工作原理，磁带机可以分为六种规格。其中两种采用螺旋扫描读写方式的是面向工作组级 的DAT （4mm）磁带机和面向部门级的 8mm磁带机，另外

29、四种则是选用数据流存储技术设计的设备，它 们分别是采用单磁头读写方式、磁带宽度为1/4英寸、面向低端应用的 Travan和DC系列，以及采用多磁头读写方式、磁带宽度均为 1/2英寸、面向高端应用的 DLT和旧M的3480/3490/3590 系列等。磁带库是基于磁带的备份系统，它能够提供同样的基本自动备份和数据恢复功能，但同时具有更先进的技 术特点。它的存储容量可达到数百 PB,可以实现连续备份、自动搜索磁带，也可以在驱动管理软件控制下 实现智能恢复、实时监控和统计，整个数据存储备份过程完全摆脱了人工干涉。磁带库不仅数据存储量大得多，而且在备份效率和人工占用方面拥有无可比拟的优势。在网络系统中

30、，磁 带库通过SAN （Storage Area Network ,存储区域网络）系统可形成网络存储系统，为企业存储提供有力 保障，很容易完成远程数据访问、数据存储备份或通过磁带镜像技术实现多磁带库备份，无疑是数据仓库、ERP等大型网络应用的良好存储设备。虚拟带库已经产生很长一段时间了，它在整个存储架构中处于某些产品之间的补充位置。但是，最近听到这样一种观点：虚拟带库将取代带库。笔者认为此观点值得商榷。虚拟带库原理虚拟带库最初的产生是在大型机领域，主要是因为传统磁带备份的某些局限性造成的： 备份速度低、各种机械故障以及复杂的维护工作等。后来，此项技术被应用到开放系统领域。虚拟带库的主要应用领域是使用大型磁带库做数据保护或者归档的用户，作为磁带库的前端用以提高系统性能（备份与恢复效率同时提高）。以前的情况是 “D2T（Disk to Tape） ”， 现在变成了 “D2D2T（Disk to Disk to Tape）”，而从用户感受的角度来看，仍然是“D2T为何要模拟磁带？曾经有位读者提出这样一个问题：既然是高性能的磁盘数据管理与较低性能的磁带备份 之间的缓冲设备，为什么不采用数据复制的方式将数据直接拷贝到中间设备中呢？也就是说，当这种磁盘备份产品出现时，为什么还要把这个中间设备模拟成磁带库的形式呢？为了弄清这个问题，我们需要详细分析一下典型存储应用过程中，数