Ленточные накопители: фантастические твари мира архивирования

Развитие твердотельных накопителей идет невероятными темпами, а использование лент для хранения данных может показаться архаизмом. Но только не тем людям, которые работают с архивированием и резервным копированием огромных массивов данных. В нашей практике ленточные накопители продолжают использоваться, они остаются лучшим решением для целого ряда задач заказчиков. И в этом посте я расскажу о том, как используются современные ленточные накопители и чем они отличаются друг от друга.

Если говорить об основных законах, в мире ничего не меняется кардинально. Информации как становилось больше с каждым годом, так и становится. А в дополнение к этому в растет количество угроз для информации. Одни только атаки Ransomware, приводящие к блокировке данных, по прогнозам аналитиков останутся одной из основных угроз для компаний в ближайшем времени. Наверное поэтому мы, как системный интегратор, продолжаем получать запросы на организацию больших и надежных хранилищ данных. Они могут использоваться как для архивирования, так и для резервного копирования по схеме “3-2-1”. Например, оперативная информация может бэкапироваться на быстрые диски по протоколу SAN или на NAS-устройство, вторая копия данных уходит на сетевые ресурсы, а наименее востребованная информация — как раз на ленты.

Но почему ленты?

Аргументов в пользу ленточных накопителей сегодня все еще достаточно много:

• Это надолго. Ведь ленточные накопители считаются самыми надежными из распространенных накопителей (срок хранения от 15 до 30 лет).

• Большой объём. Ленточные накопители обладают наибольшим объемом: картриджи стандарта LTO-9 имеют физический объем 18ТБ и могут вмещать до 45ТБ при сжатии информации.

• Низкая стоимость. Стоимость хранения данных ($ за гигабайт) для ленточных накопителей значительно ниже, чем для любых других типов накопителей.

LTO - универсальный стандарт

Сегодня самым распространенным (и практически единственным) стандартом ленточных накопителей стал стандарт LTO (Linear Tape-Open). Он появился в 2000 году, и изначально разрабатывался компаниями IBM, Hewlett-Packard и Quantum. Позже к этому стандарту присоединились другие производители. Поэтому картриджи и приводы (накопители) LTO разных производителей полностью совместимы.

За прошедшее время сменилось несколько поколений LTO. Сейчас (2022 год) последним является девятое поколение – LTO-9. 

Картриджи девятого поколения имеют 18TB физической ёмкости. Информация может записываться на картриджи со сжатием (упаковкой). Считается, что в коэффициент сжатия общем случае составляет 2,5:1, поэтому иногда для картриджей указывается их ёмкость с учетом сжатия, например – 45ТБ для картриджей LTO-9.

Стандарт LTO регламентирует для приводов поддержку чтения на 2 поколения назад и записи на 1 поколение назад. Поэтому привод LTO-9, например, умеет читать картриджи LTO-9, LTO-8 и LTO-7, а писать на картриджи стандартов LTO-9 и LTO-8.

Картриджи

В устройствах LTO используются картриджи (кассеты) следующих типов:

• RW (англ. ReWritable) — лента для многократной записи.

• WORM (англ. Write Once, Read Many) — картриджи со специальной электронной схемой, допускающей только однократную запись и многократное чтение.

• UCC (англ. Universal Cleaning Cartridge — чистящие картриджи), совместимые со всеми устройствами, для проведения технического обслуживания привода (чистка головок чтения/записи привода).

Магнитная лента картриджа содержит по своей ширине несколько сотен (и даже тысяч) дорожек. За один проход головки привода захватывают несколько десятков дорожек. Таким образом, чтобы полностью пройти всю ленту (весь картридж), требуется несколько десятков или даже сотен проходов. На торце картриджа может быть наклеена метка (label) - штрих-код, который маркирует картридж и используется в библиотеках для выбора картриджа (о библиотеках см. ниже). Наработка на отказ одного картриджа – около 250 циклов (полных проходов чтения/записи всей ленты). Наработка на отказ чистящих картриджей – 50 циклов.

Приводы

Приводы LTO состоят из лентопротяжного механизма и головок чтения/записи. Приводы различаются по:

• стандарту LTO. Стандарт LTO требует от приводов читать картриджи на 2 поколения назад и записывать на 1 поколение назад. Поэтому привод LTO-9, например, умеет читать картриджи LTO-9, LTO-8 и LTO-7, и писать на картриджи стандартов LTO-9 и LTO-8.

• интерфейсу подключения. Приводы LTO имеют один из двух интерфейсов подключения: SAS 6Gb или FC 8Gb. Более быстрых стандартов не бывает, т,к. привод не может писать быстрее, и использование быстрого интерфейса не требуется.

• форм-фактору. Приводы бывают двух форм-факторов: FH и HH. Привод форм-фактора FH (Full-Height) занимает два стандартных отсека 5,25”. Привод HH (Half-Height) занимает только один такой отсек. Раньше приводы FH были более производительными, но сейчас разницы в производительности уже нет.

Типы устройств

Все устройства хранения на магнитной ленте можно разделить на несколько типов:

• внутренние;

• внешние одиночные приводы;

• автозагрузчики;

• библиотеки.

Внутренние приводы

Внутренние приводы (Internal tape drive) устанавливаются непосредственно в корпус сервера или компьютера. Последнее время они почти не используются, так как в стоечных серверах перестали делать отсеки 5.25”, а в случае напольных серверов конечные пользователи предпочитают использовать другие носители: внешние диски или USB-накопители.

Внешние одиночные приводы

Внешние одиночные приводы (Standalone tape drive) выполнены в виде отдельного выносного корпуса. Они бывают только с подключением SAS, и подключаются с помощью SAS-кабеля к SAS HBA, установленному в сервере. По необходимости картридж заменяется вручную. Устройство не устанавливается в стойку и существует только настольном варианте.

Автозагрузчики

Внутренние и внешние одиночные приводы не имеют автоматизации. Каждый раз пользователь должен вставлять и вынимать картриджи самостоятельно. Автозагрузчик (autoloader) – это устройство с одним приводом и автоматизированной системой хранения картриджей. Система может хранить несколько картриджей в магазинах. Внутри устройства робот-автомат выбирает картриджи из магазинов и вставляет в привод для чтения или записи.

Обычно на картриджи наклеиваются штрих-коды (label) – метки. По этим штрих-кодам робот-автомат различает картриджи (считывает фотоэлементом), а управляющее программное обеспечение ведет по этим штрих-кодам каталог (какая информация хранится на каждом картридже) и отдаёт соответствующие команды роботу.

Автолоадеры обеспечивают автоматизацию процессов резервного копирования, и поэтому применяются в тех случаях, когда объём информации не очень высок (для больших объёмов используются библиотеки), но требуется частое резервное копирование.

Приводы, которые устанавливаются в автолоадеры, могут иметь интерфейс SAS либо FC 8Gb.

HPE StoreEver 1/8 Autoloader Tape Library

Это видео наглядно показывает устройство автозагрузчика HPE StoreEver 1/8 Autoloader Tape Library: в стоечном корпусе 1U по бокам расположены магазины на 4 картриджа каждый, а в середине - дорожка, по которой передвигается робот. С помощью фотоэлемента он считывает метки на картриджах, выбирает нужный, и доставляет его в привод, который расположен в задней части автозагрузчика. Так как приводы могут быть разных стандартов LTO и с разным типом подключения (FC или SAS), устройство продаётся без привода. Привод нужно покупать отдельно.

Библиотеки

Если автозагрузчик всегда имеет только один привод чтения/записи, то библиотека рассчитана на использование нескольких приводов. Кроме того, они обычно рассчитаны на большее количество картриджей и имеют возможности расширения путём подключения модулей расширения с картриджами и дополнительными приводами.

Например, головной блок библиотеки начального уровня HPE MSL 3040 (на фото) имеет 40 слотов под картриджи, а с помощью шести модулей расширения количество картриджей можно увеличить до 280 штук. Кроме того, каждый модуль расширения может также содержать приводы, и их количество может быть увеличено до 21 штуки (3 штуки в головном блоке библиотеки и по 3 штуки в каждом из 6 модулей расширения). Приводы, которые устанавливаются в библиотеку, могут иметь интерфейс SAS либо FC 8Gb – причем в одной библиотеке могут использоваться приводы с разными интерфейсами.

HPE StoreEver MSL3040 Tape Library

Это видео наглядно показывает устройство и принцип работы библиотеки HPE StoreEver MSL3040 Tape Library: в стоечном корпусе 3U по бокам расположены магазины общей вместимостью 40 картриджей. Посередине корпуса, как и в автозагрузчике - дорожка, по которой передвигается робот. С помощью фотоэлемента он считывает метки на картриджах, выбирает нужный, и доставляет его в один из приводов, установленных в задней части библиотеки. Так как приводы могут быть разных стандартов LTO и с разным типом подключения (FC или SAS), устройство продаётся без привода. Привод нужно покупать отдельно. Библиотека может расширяться дополнительными корпусами (до 6 штук), каждый из которых может содержать как картриджи, так и приводы.

Производители

Все основные производители серверного оборудования предлагают ленточные накопители начального уровня стандарта LTO. Однако эти накопители не являются их собственными разработками, а производятся для них одним-двумя производителями по OEM-соглашениям. Это хорошо заметно по одинаковой конструкции и даже внешнему облику устройств:

Автозагрузчики:

• HPE MSL 1/8 Tape Autoloader

• IBM TS2900 Tape Autoloader

• Dell TL1000 Tape Autoloader

• Lenovo IBM TS2900 Autoloader*

• Fujitsu ETERNUS LT20 S2 Tape System

*Lenovo продаёт ленточные накопители под брендом IBM.

Библиотеки:

• HPE MSL 3040 Tape Library

• IBM TS4300 Tape System

• Dell ML3 Tape Library

• Lenovo IBM TS4300 Tape System*

• Fujitsu ETERNUS LT140

*Lenovo продаёт ленточные накопители под брендом IBM.

Типовые схемы подключения

Вариант 1

Серверы связаны по сети Ethernet. Один из серверов выполняет роль сервера резервного копирования (back-up server): к нему напрямую подключен ленточный накопитель, и на нём работает соответствующее программное обеспечение. Резервное копирование информации с любого сервера на ленточный накопитель идёт только через этот back-up сервер.

Использование внешнего одиночного привода оправдано, когда требуется копировать небольшие объёмы информации, и заменять картриджи нужно не очень часто. При больших объемах информации лучше использовать автозагрузчики или библиотеки.

Вариант 2

На рисунке ниже у заказчика есть сеть хранения (SAN, Storage Area Network) на технологии FibreChannel, в которой присутствует система хранения MSA 2060 (где у заказчика лежат важные для ведения бизнеса данные) и ленточный автозагрузчик (для резервного копирования). Сохранность данных и бесперебойный доступ к ним имеют решающее значение для бизнеса: любая поломка ведёт к простою бизнеса и следовательно - к убыткам. Поэтому серверы осуществляют доступ к данным на СХД через два дублирующих друг друга коммутатора. В случае поломки одного из них серверы сохранят доступ к данным.

Для резервного копирования используется автозагрузчик (ленточная система с одним приводом) с подключением по FС. Так как привод только один, отказоустойчивость отсутствует: в случае выхода из строя правого коммутатора доступ к автозагрузчику будет потерян. Кроме того, серверы потеряют доступ к данным на автозагрузчику в случае выходя из строя его привода. Насколько это критично - решает для себя сам заказчик.

Вариант 3.

Следующая схема - с полным дублированием. Вместо автозагрузчика на этой схеме присутствует библиотека с двумя приводами. Один из приводов подключён к левому коммутатору, второй - к правому. В случае выхода из строя одного из приводов или коммутаторов серверы сохранят доступ к данным на ленточном накопителе.

Заключение

Как вы видите, современный мир ленточных накопителей весьма разнообразен и продолжает развиваться. А опробованные схемы подключения позволяют предложить пользователям интересную альтернативу резервированию данных на жесткие диски. Конечно, ленты обычно используются в комплекте с другими видами накопителей, но о таких, более сложных методах организации создания резервных копий с использованием ленточного сегмента, мы поговорим в одном из следующих постов.