Технология Super DLT

Андрей Борзенко

В крупных корпорациях обычно хорошо понимают необходимость резервного копирования информации и ее восстановления после сбоев. Важность этого начинают осознавать и на предприятиях малого бизнеса, поскольку обеспечение надежности хранения информации - один из факторов успешного продолжения деятельности компаний.

Основными стимулами к повышению производительности ленточных устройств среднего и старшего класса являются рост использования Интернета и распространение корпоративных интрасетей, увеличение числа серверов, необходимых для роста данных сетей, а также ужесточение требований к хранению информации и ее восстановлению в случае аварий. Спрос на системы резервного копирования и хранения данных особенно подстегивается все более активным использованием таких приложений, как мультимедиа, видео по запросу, звуковое информационное наполнение, ПО для обработки изображений и т. п.

Существует множество технологий резервного копирования и хранения информации на магнитных лентах. Согласно прогнозам IDC, совокупный объем рынка накопителей с магнитными лентами шириной 4 и 8 мм, а также на базе технологии DLT к 2002 г. составит 2,9 млрд. долл. Значительный рост в данной области прогнозируют и другие консалтинговые фирмы. Например, ожидается, что объем рынка устройств DLT в 2003 г. приблизится к 2 млрд. долл.

Историю развития технологии DLT обычно ведут с 1984 г., когда при разработке системы резервного хранения данных компьютера MicroVAX II инженеры решили объединить преимущества накопителей с катушками на полудюймовой ленте, используемых в мэйнфреймах, с системами, в которых применялись носители в виде картриджей. Они предложили в качестве сменного носителя для новой системы небольшой картридж: в нем, в отличие от известных уже картриджей QIC, была только одна катушка с лентой. Роль приемной катушки исполнял механизм самого привода, что позволило сэкономить место в картридже и благодаря этому значительно увеличить длину ленты.

В основе устройства DLT лежит многоканальный метод работы с лентами: высокая скорость работы с лентами достигается за счет одновременного чтения или записи нескольких головок устройства. Так, при двухканальной записи производительность реально увеличивается вдвое, а при четырехканальной - в четыре раза. Усовершенствована также схема поиска данных на ленте. Все файлы проиндексированы, сведения о них хранятся на ленте и считываются в память после установки картриджа. Формат записи на ленту позволяет очень быстро находить архивные файлы.

Накопитель DLT

Большая емкость ленты DLT объясняется несколькими основными причинами. Во-первых, в DLT используется полудюймовая лента вместо 4- и 8-миллиметровых, предусмотренных в других стандартах. Во-вторых, лента практически полностью заполняет картридж. В отличие от накопителей с 4- и 8-миллиметровыми лентами, которые имеют две катушки (причем одну пустую), у картриджа DLT только одна катушка (причем полная). Вторая находится внутри самого устройства DLT. Она подхватывает конец ленты, как это делает обычный катушечный магнитофон.

Современные DLT-стримеры построены по технологии Symmetric Phase Recording (SPR). Разный угол наклона магнитного зазора головки при записи соседних треков позволяет существенно уменьшить взаимные магнитные помехи между соседними дорожками, благодаря чему сокращается зазор между ними.

В DLT-устройствах применяется также уникальная многоуровневая схема обнаружения и коррекции ошибок. Каждые 64 Кб данных на ленте сопровождаются 16-килобайтным ЕСС-кодом Рида - Соломона. В свою очередь для каждых 4 Кб данных предусмотрен 16-разрядный избыточный циклический код (CRC) и 16-битовый код обнаружения ошибок (EDC). Кроме того, все логические записи сопровождаются 16-разрядным кодом CRC. Для обеспечения целостности информации записываемые данные сразу же считываются головкой чтения и сравниваются с поступившими от компьютера. При обнаружении несоответствий фрагмент немедленно заносится на следующий участок ленты.

На производительности стримеров также сильно сказывается сбалансированность внутренней и внешней скоростей передачи данных. Если система не в состоянии освоить поступающие со стримера данные, привод будет останавливаться. Справиться с проблемой помогает использование высокоскоростных интерфейсов SCSI и наличие большого адаптивного буфера.

Позиции Quantum

Корпорация Quantum (http://www.quantum.com) смогла разглядеть большие перспективы технологии DLT и с 1994 г. начала активно работать в этой области. Она представила устройство DLT4000, позволившее резко повысить не только емкость, но и производительность и надежность. Оно реализовало двухканальную запись, формат которой предусматривает 128 треков при линейной плотности данных 82 Кбит на дюйм. В новом картридже DLTtape IV были увеличены длина ленты на 600 футов и плотность записи. На одной кассете теперь можно было хранить 20 Гб информации, а воспользовавшись быстродействующими алгоритмами сжатия данных DLZ, - 40 Гб. Скорость чтения-записи несжатых данных составляет 1,5 Мб/с, с компрессией - до 3 Мб/с. Среднее время доступа к файлу, включающее поиск и перемотку ленты, не превышает 70 с. Для соединения с компьютером используется быстрый интерфейс Fast SCSI-2 с пропускной способностью в синхронном режиме 10 Мб/с. О надежности накопителя DLT4000 свидетельствует средняя продолжительность безотказной работы MTBF (Mean Time Between Failure) при полной нагрузке - 200 тыс. ч. Ресурс головки чтения-записи равен 10 тыс. ч, а лента должна выдержать не менее 1 млн. проходов.

Библиотека DLT

Накопитель DLT7000 до недавнего времени был безусловным лидером среди DLT-устройств: емкость одной кассеты повысилась до 35 Гб (70 Гб с компрессией), а скорость передачи данных могла достигать 5-10 Мб/с. В этом устройстве впервые применена технология SPR, благодаря которой удалось увеличить плотность дорожек до 416 треков на дюйм (формат записи - 208 треков). Кроме того, в нем также впервые применена четырехканальная схема записи-чтения, значительно увеличивающая быстродействие. В стримере используется интерфейс Fast/Wide SCSI-2 с пропускной способностью до 20 Мб/с. Среднее время доступа к файлу удалось уменьшить примерно до 60 с. DLT7000 отличается и большей надежностью. При наработке на отказ 200 тыс. ч ресурс головки повышен до 30 тыс. ч. Характеристики ленты остались без изменений.

В августе прошлого года корпорация Quantum анонсировала новый накопитель - DLT8000. Технологические изменения позволили увеличить емкость хранения до 40 Гб (80 Гб со сжатием), а скорость передачи данных у этой модели примерно на 20% больше, чем у DLT7000. Ее удалось довести до 6-12 Мб/с. Новые накопители полностью совместимы с приводами DLT4000 и DLT7000, в которых используются картриджи DLTtape IV. Накопитель DLT8000 может читать и записывать кассеты DLTtape III и DLTtape IIIXT.

Quantum уверенно лидирует на рынке DLT. Прибыль от этого бизнеса по результатам финансового года составила 1,2 млрд. долл. За отчетный период было продано 449 тыс. накопителей. Всего в мире на 50 млн. DLT-картриджей приходится примерно 1,5 млн. DLT-устройств, что составляет около 80% стримеров среднего уровня (mid-range). За время работы компании на этом рынке емкость носителей возросла в 154 раза, а производительность - в 40 раз.

Особенности новой технологии

И вот в конце сентября подразделение DLTtape & Storage Systems Group (DSSG) корпорации Quantum объявило о выпуске первой модели накопителя следующего поколения - DLTtape 220N, основанного на современной технологии - Super DLT. Незадолго до этого корпорация Maxell анонсировала новый картридж - Super DLTtape I.

Главная особенность SuperDLT - технология Laser Guided Magnetic Recording (LGMR). Данные в SuperDLT пишутся на одной стороне магнитной ленты, а информация о положении головок чтения-записи - на обратной. Благодаря использованию лазера удается очень точно позиционировать головки и соответственно очень близко располагать дорожки на ленте. Еще одной инновацией Super DLT стала система синхронизации POS (Pivoting Optical Servo), которая будет работать со встроенной серводорожкой, нанесенной на ленту еще в процессе производства, что исключает необходимость переформатирования ленты. Кроме того, к базовым технологиям Super DLT можно отнести: AMP (Advanced Metal Powder) - применение металлического порошка, обеспечивающего запоминание больших объемов данных; MRC (Magneto Resistive Cluster), кластер магниторезистивных головок, и ERP (Enhanced Partial Responce) - усовершенствованный вариант метода PRML (Partial Response Maximum Likelihood), разработанного Quantum совместно с Lucent/Bell Labs.

Автозагрузчик DLT

Отметим, что магниторезистивная головка считывания представляет собой резистор, сопротивление которого меняется в зависимости от напряжения магнитного поля, причем амплитуда сигнала практически не зависит от скорости изменения поля. Это позволяет намного надежнее считывать информацию с ленты и в результате значительно повысить предельную плотность записи. Основной недостаток индуктивных головок - сильная зависимость амплитуды сигнала от скорости перемещения магнитного покрытия и высокий уровень шумов, затрудняющий обнаружение слабых сигналов.

В свою очередь метод PRML (максимальное правдоподобие при неполном отклике) основан на ряде положений теории распознавания образов. Для обеспечения надежности при традиционном декодировании амплитуда, частота или фаза считываемого сигнала должны были значительно меняться. В частности, при записи подряд двух или более совпадающих разрядов их приходилось специальным образом кодировать, что снижало плотность записи. В методе PRML для декодирования применяются шаблоны, с которыми сравнивается считанный сигнал. Это позволяет повысить плотность записи данных на 30-40%.

Благодаря тому, что магнитное кодирование данных осуществляется на одной стороне ленты, а лазерное кодирование служебной информации - на другой (для позиционирования ленты и контроля скорости), отпала необходимость в оснащении системы отдельной магнитной головкой для управления перемещением ленты. Головки объединяются в группы (кластеры), что позволяет резко повысить емкость ленты.

Особо следует сказать о встроенном микропрограммном обеспечении. Оно управляет такими важными функциями и параметрами, как коммуникации по шине SCSI, обнаружение и коррекция ошибок, сжатие данных, скорость ленты, форматирование данных. Кроме того, микропрограммное обеспечение реализует функции протокола SCSI (включая сообщения, команды и параметры).

На одном картридже для модели Super DLTtape 220N хранится 110 Гб данных в неуплотненном виде (220 Гб с компрессией), а скорость передачи данных достигает 11 Мб/с (22 Мб/с с компрессией). Плотность записи составляет 896 треков на дюйм, максимальная скорость по шине SCSI в пакетном режиме - 80 Мб/с, среднее время наработки на отказ при 100-процентной нагрузке - 250 тыс. ч. Использование технологии Super DLT обеспечивает обратную совместимость с накопителями DLT8000, DLT7000 и DLT4000, а также картриджами типа DLTtape IV.

Стоит отметить, что корпорация Compaq, которая является OEM-партнером Quantum, выбрала технологию Super DLT для своих систем архивирования и резервного копирования среднего и высшего класса. Новая технология будет применяться в серверах Compaq и ее решениях StorageWorks. Кроме того, до недавнего времени все решения DLT активно поддерживали такие компании, как Breece Hill Technologies, Compaq, Dell, Exabyte, Hewlett-Packard, IBM, StorageTek, Tandberg Data и др.

Quantum намерена выпустить несколько поколений стримеров на основе усовершенствованной архитектуры Super DLT. Они будут иметь емкость от 100 Гб до 1 Тб, а скорость передачи неуплотненных данных от 10 до 100 Мб/с. Уже на первом этапе для серверов крупных корпораций планируется продавать устройства со скоростью передачи данных более 16 Мб/с.

Super DLT vs. LTO

Войны форматов не являются чем-то новым в области накопителей на магнитных лентах. Как известно, еще весной 1998 г. была приоткрыта завеса над технологией, получившей название LTO (Linear Tape Open). Ее "родителями" стали три крупнейшие компании, работающие на рынке накопителей - IBM, Hewlett-Packard и Seagate Technology. Данная технология объединила преимущества линейных многоканальных двунаправленных форматов записи с улучшенными сервосистемой, компрессией данных, размещением дорожек, коррекцией ошибок, производительностью и надежностью. Ее особенность - многоканальная серпантинная запись с высокой плотностью (до 100 Мбит на квадратный дюйм).

Напомним, что LTO предусматривает два формата - Accelis (для быстрого доступа к информации) и Ultrium (для заполнения большого объема памяти с максимальной скоростью). Устройства, поддерживающие последний формат, уже доступны на рынке. В частности, формат Ultrium предусматривает использование однокатушечного картриджа вместимостью до 100 Гб информации (200 Гб с компрессией). На ленте предусмотрено место для 384 дорожек данных, которые распределены на четыре области по 96 дорожек. Скорость передачи данных может составлять 10-20 Мб/с.

Высокая целостность данных при записи достигается благодаря двухуровневой коррекции ошибок. Алгоритм контроля и коррекции ошибок позволяет надежно восстанавливать информацию даже при потере данных одной из восьми дорожек. Кроме того, существует возможность чтения во время записи RWW (Read While Write), а следовательно, верификации данных в реальном масштабе времени. Динамическая перезапись сбойных блоков обеспечивает качественное копирование информации при выходе из строя одной или нескольких головок. Сдвоенная сервосистема гарантирует (за счет избыточности) нормальное функционирование накопителя в случаях выхода из строя одной из них или повреждения части сервоинформации, записанной на магнитной ленте.

Обе технологии (Super DLT и LTO) в первую очередь нацелены на B2B-порталы, а также крупные компании, входящие в Fortune 500, поскольку они предлагают достаточную емкость и производительность. В пользу Quantum свидетельствует успех предыдущих DLT-устройств. Кроме того, из триумвирата LTO только Seagate Technology не производит DLT-стримеров. Более того, аналитики из Dataquest/Gartner Group полагают, что в самое ближайшее время конкуренция между учредителями LTO существенно обострится, поскольку все они начнут выпуск продукции, нацеленной на один и тот же сегмент рынка.

Со своей стороны консорциум LTO наносит удар по наиболее уязвимым позициям Super DLT. Пока это уникальная технология и Quantum является единственным изготовителем подобных устройств. LTO, напротив, - открытая архитектура, доступная для лицензирования всем. Кроме трех основателей LTO изготавливать эти накопители будет также Fujitsu Siemens Computers, а еще несколько фирм займутся выпуском носителей.

С другой стороны, LTO имеет несколько форматов, ни один из которых не совместим с представленными сегодня на рынке. А вот технология Super DLT обратно совместима с огромным количеством проданных DLT-приводов и катриджей. Это обеспечивает безболезненную модернизацию нынешнего парка техники, причем совместимость с существующими DLT-лентами означает, что записанные сегодня катриджи можно будет считать и завтра.

Делать какие-либо выводы пока еще рано. И LTO, и Super DLT имеют достаточно преимуществ для укрепления своих позиций на рынке. Технологии резервного хранения информации продолжают совершенствоваться. Например, несмотря на все достижения в области повышения надежности и обработки ошибок, дальнейшие улучшения здесь также необходимы. Немало усилий требует и приведение возможностей ленточных накопителей в соответствие с сегодняшними скоростями передачи данных, также необходимо повышение интеллектуального уровня устройств и совершенствование средств управления ими. Дальнейшее движение по этому пути должно привести в частности к созданию более эффективных продуктов управления хранением данных на базе Web.

Статья опубликована в PC Week/RE № (267)45 от 12/5/00, стр. 26
Перепечатывается с разрешения автора.