【技术文章】
| 近线存储技术 | |
| 宋小民 | |
| 本文作者宋小民先生，索贝数码集团技术中心工程师 | |
| 一 概述 随着信息技术和广播电视事业的蓬勃发展，音像资料不断增多，记录媒体的需求量越来越大，传统的在线和离线存储系统已难以满足应用的需求，近线存储系统应运而生。 近线存储介于在线存储和离线存储之间，即所谓的分级存储。近线存储系统采用硬盘、磁带和光盘作为存储介质，其中硬盘用于存放数据检索系统，磁带和光盘用于存放大量的数据信息。它通常由存储设备(磁带库或光盘库)和分级存储管理软件(通常安装在设备服务器中)构成，当工作站访问设备服务器数据时，由分级存储管理软件确定其在目标磁带或光盘的位置，然后控制机械手将目标磁带或光盘填入相应驱动器，启动读写操作以完成数据访问。 近线存储系统兼具硬盘在线系统和磁带、光盘离线系统的优点。一方面，近线系统的数据检索部分位于硬盘，其读写速度快；另一方面，近线系统将大量使用频率较低的数据迁移到磁带库或光盘库中，既有离线存储系统数据容量近于无限的优点，又节省在线部分的硬盘空间。 近线存储系统中的关键设备是磁带库与光盘库，其存储容量通常在TB级(1TB=1000GB)甚至PB级(1PB=1000TB)，价格大约在1.5~4美元/GB。由此可见，采用磁带库和光盘库作为关键存储设备，是一种性价比极佳的存储解决方案。 目前磁带库生产厂家有IBM、Sony、STK、ADIC等公司，光盘库生产厂家有JVC、NSM、先锋等公司，其产品的共同特点是技术领先、性能较好及产品线较全等。 近线存储系统中不可或缺还有用于存储管理的分级存储管理软件(Hierachical Storage Manage，HSM)。把使用频率较高的数据存放在硬盘中，而把使用频率较低的数据存放在磁带库和光盘库中，通过分级存储管理软件使数据在不同的层次之间流动。 二 磁带与磁带库 磁带作为一种传统的存储介质，具有技术成熟、开放、容量大、价格低等优点，一直受到广大用户的青睐。 1. 磁带种类、格式及技术指标 按照磁带机记录数据的方式，磁带的种类可以分为线性(数据流)扫描和螺旋扫描。数据流技术通过单个或多个静态磁头与高速运动的磁带接触来记录数据，其缺点是对磁带的张力要求很高、耐用性较差。与之相反，螺旋扫描技术是将磁带绕在磁鼓上，磁带缓慢移动，而磁鼓高速转动，在磁鼓两侧的磁头高速扫描磁带进行记录。 磁带格式从传统的DAT 4mm、8mm、QIC、AIT、3480/3490、DLT发展到现今的高速磁带格式DTF、Supper DLT和LTO。从近线存储对存储介质的容量、性能、使用寿命等要求来看，必须采用高速磁带格式。 a. LTO(Linear Tape-Open)格式 由IBM联合Seagate和HP推出的LTO是一种线性、多通道、双向磁带存储新技术，其特点是集服务系统、数据压缩、优化磁道面、高效纠错技术和提高磁带容量性能等一体。目前，产品规格有Ultrium和Accelis两种；其磁带驱动器接口有LVD SCSI、HVD SCSI和FC。Ultrium是单卷轴规格，专为超高容量备份、恢复及存档应用而设计，自然容量可达100GB，数据传输率为10~ 20MB/s。Accelis采用双卷轴式卡盒，专为特快存取数据应用而设计，具有即时数据查询和搜索功能。 b. Supper DLT(Supper Digital Linear Tape)格式 Supper DLT由DLT格式发展而来，采用线性记录技术。由于磁带体积庞大，Supper DLT磁带机全部是5.25"全高规格，其接口有LVD SCSI、 Ultra 2 SCSI、 HVD SCSI和Ultra SCSI。磁带单盘容量高达110GB，数据传输速率达11MB/s。 c. DTF(Digital Tape Format)格式 DTF是由Sony开发的专用磁带格式，采用螺旋记录技术。其第二代DTF-2磁带的单盘存储容量高达200GB，数据传输速率达24MB/s。它可以配合使用Sony的Ultra SCSI接口磁带驱动器GY-8240UWD和Fibre Channel接口磁带驱动器GY-8240FC。 2. 磁带库 磁带库由数台磁带机、机械手和数盒磁带构成，可实现磁带自动拆卸和装填，也可以在存储备份管理软件的控制下实现智能恢复、实时监控和统计等。下面结合IBM LTO(LTO格式)和Sony PetaSite(DTF格式)两种业界领先的磁带库产品进行介绍。 a. 磁带库的技术指标 磁带库的技术指标包括存储容量、驱动器数量、单盘磁带容量、驱动器存取速率、连接方式和支持的管理软件等。通常，磁带库按照容量大小可分成初级、中级和高级三档。其中，初级磁带库的容量为几百GB至几TB，中级磁带库为几TB至几十TB，高级磁带库为几十TB至几百TB甚至更高。IBM的Ultrium 3584和Sony的PetaSite 8400都属于高级磁带库，为近线存储系统提供了很大的存储空间。表2列出两者的关键技术指标。 另外，磁带库的可靠性也不容忽视。Ultrium 3584和PetaSite 8400的MTBF> 500,000h，MTTR为30min，磁带使用寿命为30年。 b. 磁带库的扩展 在近线存储系统中，磁带库的扩展可分为网络扩展和系统扩展两种方式。网络扩展是指磁带库在网络应用环境中，通过增加磁带库数量而扩展，其特点是与网络结构紧密相关，且可以使用不同厂家、不同型号的磁带库。系统扩展是指磁带库自身的扩展，其特点是与磁带库的设计密切相关，不同厂家的磁带库具有不同的扩展方式。这里着重介绍磁带库的系统扩展方式。 磁带库的系统扩展又分为容量扩展和速率扩展。速率扩展主要是通过增加驱动器数量，并通过存储管理软件将数据分流到多个驱动器中，从而提高数据访问的速率；另外，选择Fibre Channel接口，速率将更高。容量扩展因各厂家不同的产品设计而有所不同，下面以IBM Ultrium和Sony PetaSite磁带库的容量扩展方式为例。 IBM Ultrium 3584的容量扩展采用基本框架叠加扩展框架的方式，最大容量是14~248.1TB(自然)/28~496.2TB(压缩)，配置为一个基本框加上5个扩展框，最大特点是能够同时使用LTO和DLT磁带。 Sony PetaSite 8400的容量扩展采用基本模块叠加驱动器和磁带、连接模块叠加驱动器等方式，支持DTF-2磁带格式，最大容量是26TB~11.2PB(自然)/1.7~29PB(压缩)，配置包括828个磁带驱动器和130~56158盒磁带。 c. 磁带库的典型应用 磁带库的应用十分广泛，通常应用于对数据备份和存储容量要求较高的场合。图1所示为一个企业级近线存储磁带库与SAN和NAS相结合的应用架构。 此架构采用2个Sony磁带库系列：8400和B210S。8400磁带库作为SAN的磁带存储子系统，向一个分级存储网络提供数据备份服务，容量达170TB(自然)/440TB(压缩)，共有4个GY-8240 UWD SCSI接口的磁带驱动器提供高达345GB/h(自然)/547GB/h(压缩)的数据吞吐量。B210S磁带库作为NAS存储的核心，最大容量10.9TB(28.2TB，压缩时)，包含6个驱动器，其中3个是GY-8240 UWD SCSI接口磁带驱动器，用于以太网LAN的数据备份服务；另外3个是GY-8240FC光纤接口磁带驱动器，可与SAN设备直接连接(磁盘到磁带)，提供LAN-free(也称LAN-less)和SERVERless的数据移植增强功能，从而增强服务器和网络的效能。 三 光盘与光盘库 1. 光盘格式及技术指标 通常应用于为满足大容量、高性能的存储需求，目前适用于近线存储系统的光盘存储介质有DVD-R、DVD-RW和DVD-RAM。其中，DVD-R只能写入数据一次，然后用于只读操作；DVD-RW可以多次写入数据，但每次写入时必须是连续的写入操作；DVD-RAM采用随即访问存储方式，可以多次写入数据，且不要求是连续的写入操作。DVD族存储介质的主要技术指标如表3。 2. 光盘库 光盘库是一种可存放几十到几百张光盘、带有机械手和光盘驱动器的光盘柜。它利用机械手从光盘柜中选出光盘并送到驱动器以进行数据读写操作。下面结合JVC的MC7600光盘库予以介绍。 a. 光盘库的技术指标 光盘库的技术指标包括存储容量、驱动器类型、驱动器数量、单盘光盘容量、光盘装载时间、光盘存取时间、接口方式和支持的管理软件等。 另外，光盘库的可靠性也是一项重要的技术指标。JVC MC7600的MTBF >1,000,000h，光盘使用寿命为20年(DVD-RAM)。 b. 光盘库的扩展 光盘库的扩展分为网络扩展和系统扩展两种方式。网络扩展方式与磁带库一样，这里不再重复。系统扩展分为容量扩展和速度扩展。光盘库容量的扩展主要靠增加光盘数量而实现。光盘库速度的扩展主要通过增加驱动器数量，并通过存储管理软件将数据分流到多个驱动器中，从而提高访问数据的速率。 c. 光盘库的典型应用 光盘库主要应用于对数据储存和检索有较高要求的场合，如电视台、广告机构、多媒体摄影工作室、多媒体电子图书馆和视频点播(VOD)等。其典型应用架构如图2所示。 此架构采用SAN存储区域网络结构，光纤网作为数据传输的主干以支持高带宽的网络流量，存储服务器挂接一个磁盘阵列和光盘库以构成近线存储系统，两个LAN对应不同的应用系统，应用系统中的数据可以存取到LAN服务器，也可以向SAN中的光盘库存取。 |
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| 来源：《世界广播电视》 | |