备份系统硬件介绍

在信息系统的安全保护措施中，数据备份是最基础也是最重要的手段。备份系统是通过硬件设备和相应的管理软件共同实现的。本文将向读者介绍备份系统的硬件部分，希望对用户选择驱动技术和硬件备份产品有所帮助。硬件备份产品的介质包括磁介质和光介质2种，由于企业信息系统最常用的备份介质是磁介质，因此我们将更多的注意力Focus在它身上。备份设备类型在选择备份设备时，根据用户需要备份数据量的大小、对备份速度的要求、对自动化程度的要求等，我们可以选择不同档次的设备。备份设备是多种多样的，主要分为磁带机、自动加载机、磁带库;而磁带库又分为入门级、企业级和超大容量等几个级别。磁带机（又称磁带驱动器，简称带机），是读写磁带的基本设备。它通过SCSI线缆与服务器直连，相当于服务器的外设，分为内置和外置2种。一台带机一次只能容纳一盘磁带，需要人工换带，自动化程度低。一般只用于单台服务器备份，适合于数据量非常小的企业。如果企业希望通过预先制定的备份策略，实现备份过程和备份介质的自动化管理，减少系统管理的工作量，则需要购买能够容纳多盘磁带的设备，即自动加载机或带库。自动加载机内一般能够容纳4~20盘磁带。它与带库的主要区别在于不是通过机械手抓取磁带，而是通过一个简单的自动传送装置移动磁带，并且只能配一台磁带驱动器。因此实现成本较低，但功能也受到限制。它虽然能够支持自动备份，但仍然属于低端的备份设备，适合于单台服务器或小型网络。磁带库（常简称为带库）是专业的备份设备，它主要由库体、磁带驱动器、磁带槽位、磁带交换口、控制面板、机械手和电子控制单元组成。库体内的大部分空间用于放置磁带，一台或多台驱动器安装在库体内专门的位置，用于读写磁带。带库工作时，机械手在管理软件和电子控制单元的控制下移动，通过安装在机械臂上的条码读取器寻找相应的磁带，然后将其抓取到驱动器内;读或写操作完成后，再由机械手将磁带取出，放回磁带槽位。由于带库内可安装多个驱动器，因此能够支持并发的多任务;对于一个大的备份任务，也可以分配到多个驱动器上并行读/写，从而大大提高备份效率，有效地缩小备份窗口。当然这些功能需要备份管理软件的支持。一般具有几十个磁带槽位的带库属于入门级，几百个槽位的属于企业级，几千个槽位的则属于超大容量带库。企业级以上的带库还支持一些复杂的功能，如分区管理、磁带混装和级联扩展等。另外，随着SAN技术和LAN-free备份方式的推广，越来越多的企业将带库连接到SAN上作为共享的存储资源。因此带库厂商也非常重视带库对SAN的支持，很多企业级带库不仅提供光纤通道接口，还增加了SAN环境下的管理功能。驱动技术简介为了帮助读者更好地了解带库，我们有必要先介绍一些磁带驱动技术方面的知识。磁带驱动技术是指磁带驱动器遵循的标准，它规定了数据格式、记录方式、定位方式、走带路径、校验方式、压缩算法、介质尺寸、介质生产工艺以及驱动器的接口标准等等。在驱动器和磁带的生产过程中，都必须遵从某一种驱动技术的标准。只有采用相同标准生产出来的驱动器和磁带才能一起工作。每个磁带驱动器都对应着某个特定的磁带驱动技术，例如SonyAIT磁带机采用的就是AIT技术，而Quantum的DLT磁带机采用的是DLT技术。但是磁带库本身与磁记录技术则没有任何必然的联系，也就是说一台带库可以支持多种不同的磁带驱动器，甚至可以支持混装。带库能够支持多少种驱动技术，反应了它的开放性。一般来说，企业信息系统都非常注重开放性，防止在系统扩展时受到某种技术和产品的限制。但是在一些特殊领域，则可能由于行业特点或行业习惯一直沿用某种产品，而不是非常重视开放性。目前主流的磁带驱动技术包括Quantum公司的DLT和SuperDLT，IBM、HP和Seagate共同制定的LTO,STK的9840、9940，IBM的3590，Exabyte的Mammoth-2，Sony的AIT-2、AIT-3、DTF、DTF-2等。了解一种磁带驱动技术最主要的指标是数据传输率和单盘容量，因为这直接关系到做一次备份所需的时间和介质数量。查看这2个指标时要注意区分厂家给出的数值是未压缩模式下的还是在2：1或更高压缩比下的;另外还要注意区分峰值数据传输率和持续数据传输率的不同，峰值传输率是指瞬间可达的最大传输率，它不能反映带机的整体性能，我们真正应该关心的是持续传输率。反映带机性能的另一个指标是载入时间，是指将一盘磁带插入带机、至带机准备好、再到可进行读写操作所需的时间，一般为几秒到几十秒。相对于备份任务所需的全部时间，载入时间是非常微不足道的。但当带库用于数据迁移（StorageMigration）系统时，由于需要频繁交换磁带，带机的载入时间长短就显得比较重要了。除了容量和性能外，一般用户比较关心的要算可靠性了，特别对那些需要带机高负荷工作的系统，可靠性就更为重要。衡量可靠性的一个最常用指标是MTBF（平均无故障时间），它是指带机在出现故障之前平均的正常工作时间。这一指标并不是通过实测得到的，而是综合了影响带机运作的各种因素，以一定的公式计算得出。目前主流的驱动技术其MTBF都可达到十几万到几十万小时。带机内部的稳定性，与磁头设计、走带路径造成的张力和磨损等因素有关，有兴趣的读者可通过研究带机内部的结构、工作方式、校验方式等，更深入地了解和比较各种磁带驱动器的优劣。表1简单对比了几种主流磁带驱动技术，供大家参考。单盘容量（GB）持续传输率（MB/s）记录方式介质类型介质寿命（年）LTO10015线形MP30SuperDLT11011线形AMP>3099406010线形AMP15-30359020/40/6014线形AMP15-30AIT-310012螺旋扫描AME>30DTF-2200/6024螺旋扫描AMP>30Mammoth-26012螺旋扫描AME30带机、带库厂商及产品备份设备的生产厂家很多，每个厂家都有着较长的产品线，由于篇幅所限，我们不可能列举。这里主要介绍那些国际知名的、国内有影响力的带机和带库原厂商及其主打产品。目前，带机正在朝快的数据传输速度和高的单盘磁带存储容量方向发展，具有主流驱动技术的带机厂商包括Quantum、Exabyte和Sony等。Quantum带机在中档产品中占据了市场大部分份额，但其中很大一部分走了OEM的销售渠道。其自动加载机SuperLoader可将多个备份目标集中到一个共享的自动系统中，降低处理成本，而基于磁盘(备份介质是磁盘)又具有磁带海量特性的近线备份设备DX30可显著缩短备份与恢复时间。Exabyte的磁带驱动技术包括8mmMammoth和VXA技术，VXA是定位低端的新的磁带技术，它以包的格式读写数据，并可对磁带上的数据记录区进行无空隙扫描，具有高质量、高可靠性、低成本等性能特点。其中VXA-1带机专为苹果机设计的存储方案;VXA-2同样具有较高的性价比，并具有12MB/S传输速率及160GB容量，与VXA-1向下兼容。这里我们有必要讲一讲Sony的基于AIT技术的带机产品：AIT-1、AIT-2和AIT-3,其中AIT-3是高性能和大容量的新存储方案，容量(未压缩)为100GB，速率为12MB/S，而且能够与AIT-1、AIT-2完全读和写逆向兼容，并具有分层磁头、创新性的磁带内存储器(MIC)驱动器接口系统等多项专利技术，提高磁轨密度和存储速度。磁带库厂商相对品牌较多，用户的选择空间也更大一些。目前主流的磁带库厂商主要有STK，Quantum，Exabyte和IBM等。在带库厂商中，市场份额最大的当属美国存储技术公司(StorageTek，STK)。STK目前最主要的产品线是L系列，包括L20、L40、L80、L180、L700、L5500，从最小20磁带槽位到最大5500磁带槽位。在其入门级产品上，支持LTO、DLT和SuperDLT等开放技术，只有在高端产品上才同时支持其自身拥有的9840、9940驱动技术。Quantum拥有DLT、SuperDLT技术，其用户基础和发展前景都很好。其P系列的主打产品P4000和P7000分别可以支持几百槽位和十几个驱动器，适合于企业级用户;M系列是模块化的产品，可根据用户系统需求的增长灵活扩展带库的容量和性能，M1500可从20槽位扩展到200槽位，M2500则可从100槽位扩展到300槽位，非常适合于那些快速发展的中小企业。美中不足的是，ATL对超大容量的解决方案不是非常理想，在这一部分市场上的竞争力较弱。8mm是安百特(Exabyte)公司的独立技术，具有速度快、容量大、可靠性高、价廉、体积小等特点，主要用于带库，其8mm带库的智能机械臂系统可任意存取磁带，采用模块化设计，产品线全，从VXA自动化/驱动器产品系列AutoPak230/115/110、VXA-1/1到MammothTape自动化/驱动器产品系列X200/80/430M/215M/EZ17、M2/Mammoth/Eliant820,容量从单盘（非压缩）33GB到整库12TB,涵盖由低到高的用户市场，可实现无人值守自动数据存储管理，适用于服务器备份、网络备份、自动归档、分级存储管理及图形图像等领域。IBM，众所周知，生产和销售所有IT类产品，当然也包括带库产品。IBM的带库和带机产品大体可分2个系列：用于IBM环境的和用于开放环境的。如IBM的3494、3575等带库只支持其专用的驱动器，开放性差，虽然这些带库产品也支持HP、SUN等主流服务器平台，但实际上几乎只用在IBM环境中。随着SAN技术的普及，追求开放性和互联性成为存储行业的潮流。结合LTO驱动技术的投产，IBM为其开放存储系统解决方案推出了新的带库系列一一3583和3584。表2列出了上述带库生产厂家部分产品的参数。表2主流带库产品参数表厂家产品型号磁带槽位最大驱动器数驱动技术类型是否可级连STKL2010、202DLT8000SDLTLTOUltrium9840、9940否L4020、404否L8040、60、808否L18017410否L700678、134424、40是L55005500（单台）80是QuantumM150020-200（10模块）20DLT8000SDLTLTOUltrium是M2500100-300（3模块）18是P4000171-322（单台）10是P7000399-679（单台）16是IBM3583726LTOUltrium否35842481（6模块）72是3494160-6240323490e、3590是ExabyteX200X80430M215M20080301510842Mammoth-2、MammothMammoth-2、MammothMammothMammoth—2Sony产品选购指南了解了带库和驱动技术这些背景知识后，当我们真的建设备份系统、购买备份设备时，需要考虑和考查哪些问题呢？首先，要选择符合应用特点的驱动技术。前面已经讲过比较驱动技术时主要考虑哪些方面，但事实上每种技术都有它的特点和优点，不是能够通过简单的参数对比就能比出高下的。真正需要采购时还是要结合实际需求，根据应用特点确定驱动技术的哪一项或哪几项指标比较重要。例如，对于备份和归档的数据量非常大的应用系统而言，选用单盘容量大的磁带驱动技术，从长远角度看是可以有效降低介质成本和管理成本的;而对于需要时常访问归档数据的信息系统，则应注重驱动器的载入时间和读写速度，从而有效降低用户的等待时间。另外在考虑驱动技术自身特性的同时，要考虑其成熟性和发展性。选定驱动技术之后，就可以根据需要备份的数据量、信息系统对备份窗口的要求以及采用何种备份策略等因素，确定所需带库的容量和备份速度，从而基本确定可供选择产品的范围。从备选产品中进行第二轮筛选，则要具体分析每个产品的功能和特点，看它是否具备某项您需要的功能，是否有某项缺点恰好影响您的使用。例如，某大型企业网上运行着多个应用系统，希望做集中的数据存储和数据备份，由于应用和数据类型的多样化，可能需要采用不同的磁带格式进行备份，这时带库的分区管理功能和对混合介质的管理功能就是必不可少的。筛选过后留下的产品基本都能满足需要，这时当然取决于性价比