Телевизор 

Стримеры — ПИЭ.Wiki. Преимущества ленточных накопителей

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.

Данных.

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 устройства записи (стримера).

Базовые способы записи

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

  • линейная магнитная запись;
  • 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 магнитная головка во время чтения неподвижна, так же, 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 («Helical Scan»)

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. В зависимости от используемого формата записи лента проходит вокруг БВГ под некоторым углом, причём ось самого цилиндра БГЗВ также наклонена под небольшим углом к ленте. Лента при записи-чтении движется в одном направлении. Данный способ записи предполагает наличие наклонных дорожек на поверхности ленты. Аналогичная технология применяется в видеомагнитофонах . 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).

История

Магнитная лента была впервые использована для записи компьютерных данных в 1951 году в компании Eckert-Mauchly Computer Corporation на ЭВМ UNIVAC I . В качестве носителя использовалась тонкая полоска металла шириной 12,65 мм, состоящая из никелированной бронзы (называемая Vicalloy). Плотность записи была 128 символов на дюйм (198 микрометров / символ) на восемь дорожек.

9-дорожечная лента

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

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 (например, Commodore Datasette). Эта технология была недостаточно приспособлена для компьютерных нужд, зато была весьма дёшева и доступна для домашнего пользователя (так как сам аудиомагнитофон у многих из них уже имелся). Для промышленных ПК использовались стримеры, такие, как TEAC MT-2ST c кассетами CT-500H, CT-600H 50 и 60 Мб соответственно.

Технология DDS

Технология LTO

Картридж LTO

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

Представленный фирмой IBM стример LTO-5 TS2350 оснащён, помимо двух интерфейсов SAS, также интерфейсом Ethernet. Однако в настоящее время (июнь 2010-го) этот интерфейс не может использоваться, он объявлен зарезервированным для будущих версий прошивок .

Технология IBM 3592

В 2015 году эти же компании побили мировой рекорд по плотности записи на магнитную ленту, достигнув показателя в 123 млрд. бит на квадратный дюйм (около 19 млрд. бит на кв. см.). Таким образом, ёмкость стандартного 10-сантиметрового картриджа может достигать 220 терабайт .

В 2017 году IBM Research анонсировала очередной рекорд плотности записи - 201 гигабит на кв. дюйм (чуть больше 31 гигабита на кв. см.), доведя возможный объём картриджа до 330 терабайт

Ленточные накопители информации (стримеры) относятся к внешним ЗУ и предназначены для долговременного хранения больших объемов информации (десятки гигабайт). Данные накопители относятся к ЗУ с последовательным доступом к данным. В ЗУ с последовательным доступом (SequentialAccess) каждый блок записанной информации имеет свой адрес. Для обращения к нему накопитель должен сначала найти маркер начала блока, а затем последовательным холостым чтением блока за блоком дойти до требуемого места на носителе и только тогда производить операции считывания или записи. При этом для обращения к следующему блоку каждый раз возвращаться на начало необязательно, поскольку эти данные сохраняются в виде служебной информации в памяти компьютера, но необходимость последовательного сканирования блоков (вперед или назад) является неотъемлемым свойством накопителей с последовательным доступом.

Стримеры уступают по ряду характеристик (времени доступа, скорости передачи данных) дисковым накопителям информации. По этой причине стримеры в ПК не нашли широкого применения, в основном они применяются в качестве вторичных накопителей информации, используемых для резервного хранения информации (для создания архивов данных). Стримеры подразделяются на внутренние, устанавливаемые в системный блок компьютера, и внешние (переносные) по отношению к системному блоку. Различаются они между собой по конструктивному исполнению. Подключаются ленточные накопители информации к системной шине компьютера через соответствующий интерфейс.

Конструктивно стример состоит из устройства записи и считывания информации и носителя информации (магнитной ленты). Стримеры называют также цифровыми магнитофонами для хранения данных.

В стримерах для записи и считывания информации используется электромагнитный способ. В основе данного способа лежит взаимодействие магнитного носителя информации (ленты) и магнитных головок – миниатюрных электромагнитов, располагаемых у поверхности движущегося магнитного носителя. Принцип записи и считывания аналогичен принципу, используемому в НГМД и НЖМД.

В настоящее время производителями ленточных накопителей и их компонентов являются фирмы Hewlett Packard, Sony, Seagate, Iomega, Imation и т. д.

Устройство записи и считывания в ленточных накопителях состоит из лентопротяжного механизма, электромагнитных головок записи и считывания, электронных блоков управления и передачи данных и т. д. Все эти компоненты накопителя размещаются в едином корпусе, который вставляется в соответствующий отсек системного блока компьютера. Внешние накопители выполнены в виде функционально законченного отдельного устройства.

В стримерах используется лентопротяжный механизм, аналогичный лентопротяжному механизму, применяемому в магнитофоне. Лентопротяжный механизм в основном работает в двух режимах: старт-стопном и инерционном. В настоящее время применяется инерционный режим, при котором длина отрезка магнитной ленты, проходящей мимо электромагнитной головки при остановке или перезапуске, превышает длину промежутка между блоками информации, записанными на ней. По этой причине после остановки лентопротяжного механизма ленту необходимо перемотать назад, и только выполнив эту операцию, можно перейти к следующему этапу работы с лентой. Данный режим обладает значительными преимуществами перед старт-стопным режимом при передаче больших объемов данных, поскольку магнитные ленты могут обрабатываться на значительно более высокой скорости. Кроме того, при инерционном режиме промежутки между блоками информации могут быть очень короткими, поэтому плотность данных, записываемых на ленту фиксированной длины, может быть значительно больше по сравнению со старт-стопным режимом. Однако у этого режима имеется существенный недостаток, который состоит в сравнительно большом времени повторного позиционирования электромагнитных головок. Это время может составлять от 0,1 до 2 с. Время доступа варьируется в пределах от 10 до 70 с. Поэтому стримеры, у которых лентопротяжный механизм использует инерционный режим, применяются в основном для резервного копирования и архивирования данных с НЖМД.

Скорость передачи данных зависит от модели стримера и составляет от единиц до десятков мегабайт в секунду. Конкретные технические характеристики стримеров определяются моделью дисковода и приводятся в соответствующей технической документации на данную модель.

Обмен информацией между устройством записи и считывания стримера и МП компьютера осуществляется через контроллер накопителя, который входит в состав электронного блока накопителя. В качестве интерфейсов в стримерах в настоящее время используются интерфейсы IDE/ATAPI (Integrated Disk Electronic/Attachment Packet Interface) и SCSI (Small Computer System Interface).

В качестве носителей информации в стримерах используются магнитные ленты, которые являются аналогом обычных музыкальных магнитных лент. Информация на лентах записывается последовательно на соответствующие дорожки. Современные ленточные накопители используют не отдельные бобины с лентой, а специальные кассеты – картриджи. Они различаются по внутреннему устройству и по ширине самой ленты. Параметры картриджей стандартизированы. При записи информации на ленту контроллер стримера с помощью соответствующего программного обеспечения сжимает записываемую информацию.

Существуют следующие стандарты на картриджи: четвертьдюймовые картриджи QIC (Quarter Inch Cartridge), Travan, 4– и 8-милиметровые картриджи DAT (Digital Audio Tape), DSS (Digital Data Storage) и 8-милиметровые картриджи DLT (DigitalLinear Tape).

Этими стандартами определяются правила взаимодействия (интерфейс) между компьютером и стримером, формат магнитной ленты, необходимое количество магнитных головок, методы кодирования данных на ленте, коды и алгоритмы коррекции данных и т. д.

Стандарт QIC предписывает использование линейной записи данных на магнитную ленту и в качестве интерфейса для обмена данными стримера с МП предполагает использование интерфейса, который применяется для накопителей на гибких дисках. По этой причине такое соединение имеет низкое быстродействие. Картриджи данного стандарта могут записывать информацию объемом до нескольких десятков гигабайт.

В настоящее время усилия компаний, продвигающих на рынке стандарт QIC, направлены на то, чтобы запись на ленте стримера одного производителя могла читаться на стримере другого производителя.

Стандарт Travan разработан на основе стандарта QIC. В качестве интерфейса используется интерфейс SCSI-2. Картриджи данного стандарта могут записывать информацию объемом до нескольких десятков гигабайт. Этот стандарт, разработанный компанией Imation, поддерживается большинством ведущих компаний, работающих в области производства стримеров (Hewlett Packard, Seagate, Sony, Iomega и т. д.). Внутри картриджа находится магнитная лента длиной 228 м и шириной 0,315", изготовленная из феррооксидного материала.

Стандарт DAT разработан фирмой Sony для цифровой аудио– и видеозаписи. В отличие от линейной записи, применяемой в стримерах на основе стандарта QIC, в устройствах на основе стандарта DAT используется технология спирального сканирования. Такая технология используется в видеомагнитофонах. В стримерах стандарта DAT применяется магнитная лента шириной 4 и 8 мм. При спиральной записи головка вращается относительно облегающей ее при движении ленты с большой линейной скоростью, что повышает плотность записи данных на магнитную ленту. Информационный объем картриджей на основе стандарта DAT достигает нескольких гигабайт, средняя скорость обмена несжатыми данными не превышает 1,5 Мбайт/с.

В технологии, базирующейся на стандарте DLT, используется запатентованная головка считывания/записи с шестью направляющими роликами. Информационный объем картриджей на основе стандарта DLT достигает нескольких сотен гигабайт, скорость обмена несжатыми данными находится в пределах от 10 до 40 Мбайт/с.

Запись информации на магнитную ленту и считывание информации с нее должны производится на предварительно отформатированную магнитную ленту, т. е. на ней должна быть создана физическая и логическая структура. В ленточных накопителях информации формирование физической и логической структуры магнитной ленты реализуется в процессе записи на нее данных. Эти структуры создаются с помощью программ, которые входят в комплект поставки конкретного типа стримера. Эти программы реализуют процедуры записи, считывания и удаления информации с магнитного носителя стримера.

Надежное хранение информации - проблема, знакомая большинству современных предприятий, при разрешении которой всегда встает вопрос: как при относительно небольших затратах получить качественный результат? Хранение документации в электронном виде обеспечивает не только ее сохранность, но и беспрепятственную доступность в реальном режиме времени.

Для долговременного и надежного хранения архивной информации в электронном виде применяются различные типы носителей информации. Главное требование, предъявляемое к таким носителям, это исключение возможности физически внести изменения в архивные данные или удалить их. Информационный носитель должен обеспечивать однократную запись и при этом иметь возможность многократного считывания информации. Этим требованиям соответствует информационный носитель типа WORM – Write Once, Read Many (один раз записать, много раз считать). К другим основным требованиям, предъявляемым к информационным носителям, относятся долговечность и максимальная емкость хранения архивных данных.

Жёсткие диски.

Применение жестких дисков позволяет организовать так называемое «оперативное» хранилище архивных данных, которое предоставляет постоянный on-line доступ к архивным документам. Ядром такого хранилища является многоуровневая архитектура архивного хранения данных, в которой часто запрашиваемые архивные данные хранятся на «быстрых» жёстких дисках с внешним интерфейсом Fibre Channel (FC) или Serial Attached SCSI (SAS), а редко запрашиваемые архивные данные хранятся на «медленных» жёстких дисках с внешним интерфейсом Serial ATA (SATA) и NL-SAS.

Бытует мнение, что системы резервного копирования - это обуза для IT бюджета, а для IT подразделения, так сказать, лишняя головная боль. Но… Производители систем хранения данных (СХД) на жёстких дисках всех уровней всё-таки рекомендуют использовать в составе таких решений системы резервного копирования на ленточные носители, с помощью которых создаётся копия данных, из которой, в случае отказа в работоспособности СХД, можно будет восстановить данные.

Ленточные носители.

Основное предназначение ленточных носителей - это создание резервных копий оперативных данных (backup). На основе ленточных носителей можно также организовать архивное хранение информации. Решения на ленточных носителях предоставляют неоперативный (near-line) доступ к архивной информации. Основой такого решения является роботизированный накопитель на ленточных носителях. На сегодняшний день, объёмы хранения данных на одном ленточном носителе в формате LTO-5 составляет 1,5 ТБ (3 ТБ с возможностью компрессии данных). Поэтому системы хранения данных на ленточных носителях используются для надежного хранения информации больших объёмов архивных данных. Эти решения имеют и ряд серьезных недостатков. Ленты размагничиваются, рвутся, необходимо постоянно перематывать ленту в картриджах, на поиск конкретного файла затрачивается много времени, пока перемотается лента в картридже до нужного места, недолговечность носителя вынуждает периодически переносить данные со старой ленты на новую ленту. При организации off-line хранения, картриджи с архивными данными необходимо хранить в помещениях с определёнными требованиями к окружающей среде или в специализированных шкафах.

Оптические носители.

Для организации долговременного хранения архивных данных необходимо использовать накопители на оптических дисках. Такие накопители обеспечивают выполнение всех требований, предъявляемых к архивному хранилищу и хранению архивных данных. Высокая надежность, длительные сроки хранения архивных данных, бесконтактная работа с носителями, аутентичность и неизменяемость архивных данных, быстрый произвольный доступ к архивным данным, высокая емкость оптических носителей, организация off-line хранения архивных данных являются важными параметрами при выборе в пользу оптических носителей.

На сегодняшний день самым популярным форматом записи на оптический носитель является Blu-ray формат, который обеспечивает высокую плотность архивирования до 100 ГБ на каждый оптический носитель. Поддержка WORM на аппаратном уровне позволяет хранить, записанные на оптические носители, архивные данные, которые впоследствии невозможно удалить или изменить. А «открытый» формат записи типа UDF позволяет считывать архивную информацию в любом устройстве, которое поддерживает работу с такими оптическими носителями. Основная задача - хранить редко запрашиваемые и не изменяемые архивные данные. Практика показывает, что объём таких данных составляет около 80% всего объёма данных, хранящихся на оперативном (on-line) хранилище. При этом, 20% этих архивных данных никогда не будут востребованы. Отправляя такие данные в архивное хранилище на основе оптических носителей, Заказчик может освободить до 80% объёма хранения на оперативном (on-line) хранилище, что повлечёт за собой уменьшение объёмов и размеров «окна» резервного копирования.

Решения на оптических носителях предоставляют неоперативный (near-line) доступ к архивной информации. Объём хранения архивных данных в накопителе на оптических носителях и количество считывающих устройств определяется согласно техническому заданию. Поддерживаются различные типы построения архивных решений, вплоть до «зеркалирования» архивных данных между территориально распределёнными накопителями на оптических носителях. Бесконтактная работа с оптическими носителями позволяет исключить возможность повреждения рабочих поверхностей оптических носителей. Обеспечивается обратная совместимость с предыдущими типами оптических носителей типа CD\DVD. При организации архивного хранения данных на основе накопителе на оптических носителях не требуется создавать резервные копии этих данных.

Преимущества и недостатки

Жёсткие диски

  • Оперативный доступ к архивной информации
  • Произвольный доступ к архивной информации
  • Популярность решения
  • Высокое энергопотребление
  • Дороговизна решения
  • Требуется создавать резервные копии архивных данных
  • Минимальные «сроки» жизни (максимум 3 года)
  • При выходе из строя механической части жёсткого диска, данные восстановить практически невозможно
  • Не предназначены для организации off-line хранения

Ленточные носители

  • Большие объёмы хранения архивных данных
  • Высокая скорость записи информации на ленточные носители
  • Низкое энергопотребление
  • Высокая совокупная стоимость владения
  • Минимальные «сроки» жизни (в среднем до 5 лет)
  • «Закрытый» формат записи информации на ленточные носители
  • Низкое время доступа на чтение (минимум 5 мин)
  • Потеря информации при воздействии электромагнитного излучения
  • Возможность механического повреждения (разрыв ленты)

Оптические носители

  • Энергонезависимость оптических носителей
  • Срок хранения архивной информации от 50 лет
  • Поддержка функции WORM на аппаратном уровне (неизменяемость архивных данных)
  • Возможность организации off-line хранения архивных данных
  • «Открытый» формат записи (UDF) на оптические носители
  • Низкая совокупная стоимость владения
  • Низкое потребление электроэнергии

Заключение

Большинство специалистов в сфере построения архивных решений сходятся во мнении, что для архивного хранения информации с возможностью оперативного доступа к ней лучше всего применять многоуровневую структуру архивного хранения данных. Основным критерием в выборе решения должна быть не дешевизна, а механизм сохранения и защиты архивных данных, который реализован в этом решении. Перед тем, как сделать окончательный выбор, необходимо проверить всё оборудование и программное обеспечение на совместимость.

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.