“古董级”储存技术——LTOLTFS磁带技术

姓名：孙宾

学号：17011210280

学院：通信工程学院

转自：微信公众号EDN电子技术设计

【嵌牛导读】本文介绍早期的存储技术，并与现在存储技术进行对比

【嵌牛鼻子】LTO/LTFS

【嵌牛提问】古董级的存储技术在当今还有用处吗

【嵌牛正文】

只要与技术有关，对于看来似乎是过时的技术也“永远不要说不可能”。等到有一天“改朝换代”了，它可能会“卷土重来”，甚至变得更可用或更具吸引力，成为解决新问题的好办法。

不会吧？我们现在是一脚踏进时光机了吗？大家都知道“磁带”是……“古董级”技术了啊！现在所有的储存应用不是都采用固态硬盘(SSD)或硬盘驱动器(HDD)内存吗？

答案说对也不完全对。最近在《华尔街日报》(The Wall Street Journal)上有一篇文章——“企业寻求传统技术对抗新的威胁”(Companies Look to an Old Technology to Protect Against New Threats)中提到，许多公司为了预防万一，再度将数据储存于磁带上。这并不仅仅是一种轶事趣闻：市场上还有一些强力的数据左证磁带单位出货量增加，以及有越来越多的数据量被储存在磁带上。

磁带虽然不像SSD或HDD内存那么容易存取，但这种属性也是它的一项优点，尤其是当遇到“最糟糕”的情况发生时，它能展现其强劲且缓慢恢复的机制。此外，由于磁带无法“联机”，所以黑客也不太可能存取。《华尔街日报》的这篇文章指出，“政府、金融服务公司、医疗保险公司以及其他受监管的产业仍然将磁带作为数字记录的备援系统。现在，还有一些公司开始回头寻求磁带技术，因为黑客在渗透其防范措施方面变得越来越厉害了。”

如果你还停留在磁带就是那种一大卷磁盘的老旧想法，那才真是落伍了；事实上，现在只剩下一些档案磁盘还能幸运地找到播放设备。目前，磁带产业已在易于 *** 作的磁带盒上进行标准化，使其得以在磁带驱动“场”的较大数组配置下，透过机械手臂播放与倒带，如表中所示。甚至在国际磁带储存委员会(Tape Storage Council)的协助下，也开始出现一些标准，致力于定义外形尺寸与格式等等。Tape Storage Council是2012年成立的业界组织，旨在促进磁带储存产业的技术创新与应用。

两项关键标准：LTFS与LTO

磁带技术的两项关键标准是线性磁带文件系统(Linear Tape File System；LTFS)——能让磁带“几乎”像是HDD一样使用；以及1990年代晚期开发的线性磁带开放(LTO)标准，用于作为当时专有磁带格式的替代开放标准。在Tape Storage Council最近发表的“技术进步推动磁带扩展新市场”(Technology Advances Propel Tape to New Markets)报告中，简单扼要地叙述了磁带技术的最新进展与应用。

对于磁带与SDD或HDD的比较并不仅限于安全性；Tape Storage Council认为可靠性和误码率(BER)方面也值得关注。如下图，Quantum LTO-7每1019位出现一次错误，而顶规的HDD平均1016位出错一次，这之间高达3个数量级的差异着实令人印象深刻。磁带和HDD之间的其他性能比较也值得注意，甚至可能破解传统的迷思。

磁带系统同时也是一种微型的模拟讯号、无线传输链路，即使所储存的数据是数字的。从很多方面来看，它类似于RF通道，除了RF被磁场取代为能量传输。此外，它还存在着抖动、讯号噪声比(SNR)、符号间干扰、讯号强度变化等影响RF“无线”链路的所有问题。

当然，读取通道从模拟前置放大器(尽可能靠近读取头本身进行安装)以及可变增益放大器(VGA)开始。但那只是模拟讯号处理的开始，因为先进的磁带系统使用具有部份响应、最大似然(PRML)讯号检测电路的读取信道，从而使实现成功与零错误数据还原的机会最大化(尽管信道不规则)。虽然实体尺度可能远比RF链路更小，但讯号路径区块是类似的。

在此似乎存在有悖于“回到未来”的发展元素。磁带不仅是第一个高密度的数据储存机制(比起HDD更早的多)，也是早期的“业余爱好者”——个人计算机(PC)采用飞利浦的消费级音频磁带盒作为低成本储存媒体(当然是低速且低容量)，透过“开机加载程序”(boot loader)加载 *** 作系统以及储存程序与数据。而今，对于业余爱好和商业应用而言，现在使用磁带并不划算，特别是高密度的HDD价格更合理且可随机存取，但潜在的磁带技术仍然具有至关重要的作用——甚至还有“卷土重来”的发展趋势。

老样子，我想再次重申：只要与技术有关，对于看来似乎是过时的技术也“永远不要说不可能”。等到有一天“改朝换代”了，它可能会“重现江湖”，甚至变得更可用或更具吸引力，成为解决新问题的好办法。

根据装带方式的不同，一般分为手动装带磁带机和自动装带磁带机，即自动加载磁带机。目前提供磁带机的厂商很多，IT厂商中HP(惠普)、IBM、Exabyte(安百特)等均有磁带机产品，另外专业的存储厂商如StorageTek、ADIC、Spectra Logic等公司均以磁带机、磁带库等为主推产品。 自动加载磁带机实际上是将磁带和磁带机有机结合组成的。自动加载磁带机是一个位于单机中的磁带驱动器和自动磁带更换装置，它可以从装有多盘磁带的磁带匣中拾取磁带并放入驱动器中，或执行相反的过程。它可以备份100GB-200GB或者更多的数据。自动加载磁带机能够支持例行备份过程，自动为每日的备份工作装载新的磁带。一个拥有工作组服务器的小公司可以使用自动加载磁带机来自动完成备份工作。磁带存储的工作原理 磁带是磁带存储系统是所有存储媒体中单位存储信息成本最低、容量最大、标准化程度最高的常用存储介质之一。它互换性好、易于保存，近年来由于采用了具有高纠错能力的编码技术和即写即读的通道技术，大大提高了磁带存储的可靠性和读写速度。根据读写磁带的工作原理可分为螺旋扫描技术、线性记录(数据流)技术、DLT技术以及比较先进的LTO技术 1、螺旋扫描读写技术： 以螺旋扫描方式读写磁带上数据的磁带读写技术与录像机基本相似，磁带缠绕磁鼓的大部分，并水平低速前进，而磁鼓在磁带读写过程中反向高速旋转，安装在磁鼓表面的磁头在旋转过程中完成数据的存取读写工作。其磁头在读写过程中与磁带保持15度倾角，磁道在磁带上以75度倾角平行排列。采用这种读写技术在同样磁带面积上可以获得更多的数据通道，充分利用了磁带的有效存储空间，因而拥有较高的数据存取密度。 2、线性记录读写技术： 以线性记录方式读写磁带上数据的磁带读写技术与录音机基本相同，平行于磁头的高速运动磁带掠过静止的磁头，进行数据记录或读出 *** 作。这种技术可使驱动系统设计简单，读写速度较低，但由于数据在磁带上的记录轨迹与磁带两边平行，数据存储利用率较低。为了有效提高磁带的利用率和读写速度，人们研制出了多磁头平行读写方式，提高了磁带的记录密度和传输速率，但驱动器的设计变得极为复杂，成本也随之增加。 3、数字线性磁带技术技术： DLT是一种先进的存储技术标准，包括1/2英寸磁带、线性记录方式、专利磁带导入装置和特殊磁带盒等关键技术。利用DLT技术的磁带机，在带长为1828英尺、带宽为1/2英寸的磁带上具有128个磁道，使单磁带未压缩容量可高达20GB，压缩后容量可增加一倍。 4、线性开放式磁带技术技术： 这是由IBM、HP、Seagate三大存储设备制造公司共同支持的高新磁带处理技术，它可以极大地提高磁带备份数据量。LTO磁带可将磁带的容量提高到100GB，如果经过压缩可达到200GB。LTO技术不仅可以增加磁带的信道密度，还能在磁头和伺服结构方面进行全面改进，LTO技术采用了先进的磁道伺服跟踪系统来有效地监视和控制磁头的精确定位，防止相邻磁道的误写问题，达到提高磁道密度的目的。 磁带的种类 磁带根据读写磁带的工作原理，可以分为六种规格。其中两种采用螺旋扫描读写方式的是面向工作组级的DAT(4mm)磁带机和面向部门级的8mm磁带机，另外四种则是选用数据流存储技术设计的设备，它们分别是采用单磁头读写方式、磁带宽度为1/4英寸、面向低端应用的Travan和DC系列，以及采用多磁头读写方式、磁带宽度均为1/2英寸、面向高端应用的DLT和IBM的3480/3490/3590系列等。 1/4英寸带卷磁带： QIC(Quarter Inch Cartridge：1/4英寸带卷)磁带是一种带宽为1/4英寸，配有带盒的盒式磁带，也叫1/4英寸磁带。它有两种规格，即DC6000和DC2000。其中DC6000磁带的驱动器是5.25英寸，已淘汰。而DC2000磁带的驱动器只有3.5英寸，驱动器价格低，标准化程度高，生产厂家多相互兼容，一盒DC2000磁带的存储容量一般为400MB，是目前应用较多的磁带之一。 数字音频磁带： DAT(Digital Audio Tape：数字音频磁带)磁带，磁带宽为0.15英寸(4mm)，又叫4mm磁带。由于该磁带存储系统采用了螺旋扫描技术，使得该磁带具有很高的存储容量。DAT磁带系统一般都采用了即写即读和压缩技术，既提高了系统的可靠性和数据传输率，又提高了存储容量。目前一盒DAT磁带的存储容量可达到12GB，同时DAT磁带和驱动器的生产厂商较多是一种很有前途的数据备份产品。 8mm磁带： 是一种仅由Exabyte公司开发、适合于大中型网络和多用户系统的大容量磁带。8mm磁带及其驱动器也采用了螺旋扫描技术，而且磁带较宽，因而存储容量极高，一盒磁带的最高容量可达14GB。但品牌单一，种类较少。 1/2英寸磁带： 该类磁带又分为DLT(数字线性磁带)磁带和IBM3480/3490/3590系列磁带两类。由于DLT磁带技术发展较快，已成为网络备份磁带机和磁带库系统的重要标准，又因为容量大、速度高和独一无二的发展潜力，使其在中高备份系统中独占鳌头。DLT磁带每盒容量高达35GB，单位容量成本较低IBM3480/3490/3590系列磁带是由IBM公司生产，每盒磁带的存储容量可达10GB，所对应的驱动系统实际上是一个磁带库，可以存放多盒磁带，其机械手可自动选择其中任意一盒磁带到驱动器上。

大部分的备份应用程序允许查看并调整用于特定产品的BlockSize的大小。以下介绍如何在CAARCserver，VeritasBackupExec和TapeWare中更改BlockSize.所有的DLT产品都优化了使用大的BlockSize。BlockSize指定了写到磁带上的数据模块的大小。CAARCserve(forWindowsNT)查看CA的技术支持文档："NT-AS6:Title:ChangingtheBlockSizeforaDLTdrive" http://support.cai.com/techbases/asnt/NASNT123.htmlARCserveforWindowsNTversion6.x默认为DLT设备设置了16K的write-BlockSize。为了增强性能，在NT的注册表中，做如下改动：运行：Regedt32.exeHKEY_LOCAL_MACHINESOFTWARECheyenneARCserveCurrentVersionTapeEngineDevice#(设备号码相当于需要更改BlockSize的磁带设备，磁带名称可以可以在设备管理器中看到。)点击Edit,选择ADDVALUE:ValueName=DefaultBlockFactorDatatype=Reg_DwordData:6,Hex除了6，如下数值同样可以被选择：0=512(default)1=1,024(1KB)2=2,048(2KB)3=4,096(4KB)4=8,192(8KB)5=16,384(16KB6=32,768(32KB)7=65,536(64KB)更改完成后，关闭应用程序，再打开应用程序开始新的备份任务。VeritasBackupExec(forWindowsNTand2000)启动应用程序：BackupExec.在"Devicestab"中选择DLT1磁带器的属性Properties选择：Configuration对于DLT1设备，更改DLT1的BlockSize为64KB，对于其他DAT，DLT设备，更改BlockSize为32KB。逐一改变其他设备。如果硬件设置更改（比如：SCSIID改变，新磁带设备加入），这个过程还需要再做。TapeWare关于BlockSize有两个要素需要明确。第一、执行OBDR需要一个aBlockSize2048K，如果改动了这个数值，那么灾难恢复不可执行。第二、不同的产品，更改BlockSize会有不同的性能影响。DDS磁带机的BlockSize对于性能影响很小。这样，增加BlockSize只能带来很小的改进，同时影响灾难备份不正常。HP建议保留DDS的默认BlockSize在2048K，不要更改。DLT磁带机使用32或64K的BlockSize时性能最好。而且DLT产品不支持OBDR，所以，可以更改2048K的BlockSize。TapeWare对DLT产品默认使用32K的BlockSize。如果遇到DLT产品的性能问题，可以增加BlockSize到64K来改进备份速度。方法：关闭TapeWare应用程序，停止TapeWare服务。然后，编辑TWTAPDEV.INIFILE：在文本文件的编辑器中打开文件，（比如记事本）找到如下段落：[dltDevices]readToWriteDelay=50deviceBlockSize=32768mediaClass=4developmentLevel=3改变：deviceBlockSize=32768为deviceBlockSize=65536.保存文件，重新启动TapeWare。LTO设备，如果要使用OBDR功能，同样限于2048K,然而，LTO产品处理数据的方式不同于DLT和DDS产品，所以，增加BlockSize的大小不会明显改进性能。Sco中更改BlockSize的大小，命令：SetblksetBlockSize(inbytes)fordeviceGetblkgetBlockSize(inbytes)fromdevice

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