Цифры на магнитной ленте

Многие из сегодняшних пользователей не то что не имеют понятия о том, как работают стриммеры, они их даже не видели ни разу. Спросите у них, что такое накопитель на магнитной ленте. Вам ответят, что это архаичное устройство, относящееся скорее всего к эпохе перфокарт и перфолент. Да что пользователи, и профессионалы уже давно забыли о таких устройствах. Как вы понимаете, сейчас последует фраза о том, что они не правы. Да, это и в самом деле так. Компьютерные технологии - удивительный мир. Здесь "динозавры" просто так не вымирают. Сколько раз за недолгий компьютерный век вещи, казавшиеся принципиально устаревшими, снова появлялись на сцене, чтобы предоставить неожиданно удобный выход из затруднительного положения, когда модные технологии оказываются бессильны.

Вот и снова в скором будущем намечается серьезная проблема. Она связана с объемом информации, накопленном в мировом масштабе.

Океаны информации

Похоже, что информационная индустрия в начале следующего тысячелетия станет самой производительной. Исследования, проводившиеся в развитых странах, показали, что за год количество производимой и хранящейся в компьютерных системах информации увеличивается примерно на 60% (источник - Meta Group). Информация - эта, казалось бы, нематериальная субстанция - становится весьма осязаемой, когда дело касается ее хранения. Общие тенденции развития вычислительных и информационных систем таковы, что эта проблема угрожает уже очень скоро стать едва ли не самой серьезной.

Смотрите сами. От использования отдельных компьютеров мы переходим к работе в сетях. Даже малые компании сегодня едва ли не поголовно располагают локальными сетями. Крупные и средние корпорации с удаленными филиалами и подразделениями организуют эффективное информационное взаимодействие между ними. А Интернет, плещущееся в которой море информации и вовсе доступно любому пользователю? Между тем всю эту информацию требуется где-то и как-то хранить. Причем возможности коммуникаций заставляют ее дублировать, чтобы обеспечить более быстрый доступ к нужным сведениям.

Все больше компьютерных систем и входящих в их состав серверов работает в онлайновом режиме. То есть речь идет уже не о тривиальном хранении файлов, а о как можно более быстром удовлетворении множества обращений за информацией, поступающих в реальном времени. Такие системы не только требуют громадной емкости подсистем хранения данных. Работая круглосуточно, они ставят непременным условием эффективности их использования сокращение до минимума затрат времени на восстановление системы после сбоев. Разумеется, включая восстановление хранимой в них информации в полном объеме.

И еще надо учесть, что информация перестала быть чисто текстовой. Сегодня данные все чаще подаются в графическом, мультимедийном виде. Аудиовизуальное представление значительной части информации - характерная черта современных систем. Благо вычислительных ресурсов компьютеров-клиентов на это хватает. Зато как туго приходится серверам, вынужденным хранить и выдавать громоздкие файлы!

Где же выход

Его долго искать не придется. Есть накопители, емкость которых принято считать бесконечной. Это устройства, в которых применяются сменные носители. В самом деле, количество носителей практически ничем не ограничено, а в сумме это громадные ресурсы для записи и хранения данных.

Наиболее широко сегодня распространены дисковые магнитные, оптические и магнитооптические технологии. Масса разных устройств, богатейший выбор емкости сменных носителей - от 1 мегабайта до 18 гигабайт, удобство пользования, высокая скорость доступа к данным сделали их непременным атрибутом любого компьютера. Эти устройства идеально подходят для хранения больших объемов информации на уровне мощных персональных компьютеров и рабочих станций.

Однако все чаще приходится решать задачу на уровне сетей, серверов, распределенных комплексных систем, в состав которых входят сотни и даже тысячи компьютеров. При централизованном подходе к хранению информации дисковые технологии не всегда соответствуют всем требованиям.

В данном случае уместным чаще оказывается применение накопителей на магнитных лентах с более емкими и дешевыми картриджами. Эти технологии также не стояли на месте, хотя их развитие и не сопровождалось таким шумом, как, скажем, рождение DVD.

Стриммеры сегодня

Менеджеры информационных систем, на плечи которых взвалена забота о хранении данных, уже давно выработали требования к применяемым для этого аппаратным средствам. Во-первых, их мало утешает теоретическая неисчерпаемость накопителей со сменными носителями. Желательно, чтобы каждый отдельно взятый картридж обладал как можно большей емкостью. Понятно почему.

Во-вторых, сегодня от менеджеров требуют обеспечить практически непрерывную работу компьютерных систем и серверов. А раз так, то и накопители должны обладать высокой производительностью. Только тогда можно быстро восстановить работоспособность системы после сбоев. Да и на копирование данных на ленту нельзя тратить слишком много времени. Желательно, чтобы этот процесс почти не требовал вмешательства оператора, а в идеале и вовсе выполнялся автоматически.

Далее, краеугольной остается проблема надежности хранения информации. Ее сегодня очень много, часть записанных данных используется активно, другие файлы могут годами ждать часа, когда к ним обратятся. А посему накопители и носители должны обладать гибкостью, позволяющей их использовать как для оперативного поиска информации, так и для долгосрочного архивирования.

Современные стриммеры в целом удовлетворяют всем этим требованиям. Сегодня наибольший интерес для менеджеров информационных систем представляют два класса ленточных накопителей, отличающиеся принципом записи данных.

Долгое время наиболее доступными и интересными были накопители, в которых запись данных производится наклонно-строчным методом. В таких стриммерах головки чтения и записи размещены на вращающемся с высокой скоростью (порядка 2,000 оборотов в минуту) барабане, вдоль которого с небольшой линейной скоростью протягивается магнитная лента. Этот принцип всем знаком по бытовым видеомагнитофонам и цифровым аудиомагнитофонам DAT. Собственно, последние и послужили основой для создания стриммеров.

Другой способ записи в компьютерной технике применялся намного раньше, но потом отошел на второй план. Сегодня он обрел вторую жизнь, воплотившись в DLT-стриммерах. В этих устройствах данные записываются обычной неподвижной головкой, лента вдоль которой протягивается с высокой скоростью - от 2.5 до 3.8 метра в секунду. Головки в DLT-стриммерах записывают сразу много параллельных треков, расположенных линейно вдоль ленты.

Что лучше - DAT или DLT?

Однозначно ответить на этот вопрос нельзя. В одних случаях более оправданным представляется использование DAT-стриммеров, в других они не могут конкурировать с DLT-накопителями. Принципиально разные методы записи выражаются в существенно отличающихся характеристиках устройств каждого типа. Например, кассеты DAT-стриммеров, заряженные 4-миллиметровой лентой, компактнее, чем DLT-картриджи с 12.7-миллиметровой лентой. Однако и емкость DAT-картриджей меньше.

Но на этом отличия не кончаются. Давайте разберемся по порядку. Наклонно-строчная запись предусматривает плотный контакт ленты с барабаном головок, который она охватывает почти по всей окружности. Высокая скорость вращения барабана, не останавливающегося даже при паузах во время чтения или записи, приводит к повышенному износу ленты. В то же время цифровая линейная запись позволяет упростить схему тракта лентопротяжки. Лента в DLT-стриммерах меньше трется о головку, не закручивается по малому радиусу. Это продлевает срок службы и ленты, и головок. Например, DLT-картрижи фирмы Quantum рассчитаны на 1,000,000 проходов, а ресурс головки составляет 30,000 часов. У DAT-стриммеров ресурс значительно ниже - порядка 2,000 проходов для ленты и 2,000 часов для вращающегося блока головок.

Кстати, меньшее трение позволяет снаряжать DLT-картриджи более тонкой лентой. Ее длина превышает 6 километров. Благодаря этому DLT-картриджи значительно превосходят картриджи DAT по емкости.

Одновременная многодорожечная запись обеспечивает и на порядок более высокую производительность DLT-накопителей. Ожидается, что в скором времени появятся DLT-стриммеры, установившаяся скорость передачи данных в которых достигнет 20 мегабайт в секунду, а на каждом картридже поместится до 200 (!) гигабайт информации. (Эти цифры касаются сжатых с коэффициентом 2:1 данных.)

В общем, сегодня применение стриммеров целиком оправдано в системах с очень большими объемами информации - онлайновых информационных системах, серверах Интернет, корпоративных сетях. Причем для них лучше подходят DLT-накопители, в то время как использование DAT-стриммеров уместно в рабочих станциях, серверах небольших локальных сетей и рабочих групп.

DLT-стриммеры Quantum

Разговор был бы бесполезен без оценки нескольких выпускаемых сегодня моделей. Наверное, для этого лучше всего подойдут DLT-накопители компании Quantum. Эта фирма уверенно лидирует на рынке DLT-стриммеров, ее устройства отличаются от конкурирующих количеством и новизной примененных технологий. Естественно, что это сказывается на характеристиках накопителей.

Выпускаемые Quantum DLT-стриммеры превосходят конкурентов по всем критериям, о которых говорилось выше - по емкости, производительности и надежности. Знакомство с ними полезно потому, что эти технологии, доступные уже сегодня, завтра будут повсеместно распространены.

Чтобы добиться максимальной производительности, Quantum применяет в своих DLT-стриммерах многоканальную запись, при которой одновременно записываются или считываются два или четыре потока данных. Естественно, что при двухканальной записи производительность реально увеличивается вдвое, а при четырехканальной - в четыре раза. Компания усовершенствовала также схему поиска данных на ленте. Все файлы проиндексированы, сведения о них хранятся в логическом конце ленты. В среднем запрашиваемый файл выдается накопителем спустя 45 секунд.

На производительности стриммеров также сильно сказывается сбалансированность внутренней и внешней скоростей передачи данных. Если хост-система не в состоянии "переварить" поступающие со стриммера данные (это уже не фантастика!), привод будет вынужден останавливаться. Справиться с проблемой помогает использование высокоскоростных интерфейсов SCSI и наличие большого буфера.

Quantum славится своими микропрограммами поддержки адаптивно-сегментируемых буферов. Благодаря им винчестеры Quantum входят в число самых быстрых. Эти же подходы компания применяет и в стриммерах. Например, если при передаче данных хост-система запнется, на возобновление чтения стриммеру понадобится порядка 1.3 секунды. Большой буфер позволяет сгладить негативное влияние таких пауз.

Основная черта DLT-накопителей - большая емкость картриджей. Кроме того, что это преимущество проистекает из самого принципа линейной записи, Quantum старается увеличить ее плотность. В новых DLT-стриммерах она использует поворачивающуюся головку - эта технология получила название Symmetric Phase Recording (SPR). Разный угол наклона магнитного зазора головки при записи соседних треков позволил существенно уменьшить магнитную интерференцию между ними. Благодаря чему удалось сократить зазор между треками с 0.003 до 0.00175 дюйма.

В DLT-стриммерах Quantum применяется также уникальная многослойная схема обнаружения и коррекции ошибок. Во-первых, каждые 64 килобайта пользовательских данных на ленте сопровождаются 16-килобайтным ЕСС-кодом Рида-Соломона. Во-вторых, для каждых 4 килобайт данных применяются 16-разрядный избыточный циклический код (CRC) и 16-битовый код обнаружения ошибок (EDC). В-третьих, или, вернее, уже в-четвертых, каждая логическая запись в свою очередь сопровождается 16-разрядным CRC.

Для обеспечения абсолютной целостности информации записываемые данные сразу же считываются головкой чтения и сравниваются с поступившими от хост-системы. При обнаружении несоответствий фрагмент немедленно и автоматически записывается на следующем участке ленты. Производительность от этого не страдает.

Сегодня Quantum предлагает две основные модели DLT-стриммеров - DLT-4000 и более новую DLT-7000. В первой из них реализована двухканальная запись. Емкость картриджа типа DLTtape IV для нее составляет 20 гигабайт без компрессии или 40 мегабайт при использовании быстродействующих алгоритмов сжатия данных DLZ. Формат записи DLT-4000 предусматривает 128 треков при линейной плотности данных 82 килобита на дюйм.

Производительность Quantum DLT-4000 достаточно высока для использования этого стриммера в серверах и онлайновых системах. И не только для резервирования информации, но и в качестве основного накопителя. Установившаяся скорость чтения/записи несжатых данных составляет 1.5 Мбайт/с, с компрессией - до 3 Мбайт/с. Среднее время доступа к файлу, включающее поиск и прогон ленты, не превышает 68 секунд. Для соединения с хост-системой при таких показателях требуется мощный интерфейс. В DLT-4000 использован интерфейс Fast SCSI-2 с пропускной способностью в синхронном режиме 10 Мбайт/с.

О надежности накопителя DLT-4000 говорит расчетная наработка на отказ 200,000 часов. Ресурс головки чтения/записи составляет 10,000 часов, а лента должна выдержать не менее 1,000,000 проходов, что в общем соответствует 15,000 использований картриджа.

Характеристики второй модели еще круче. В Quantum DLT-7000 впервые применена технология SPR, благодаря которой удалось увеличить плотность треков до 416 треков/дюйм (формат записи - 208 треков). Кроме того, в этой модели также впервые применена четырехканальная схема записи/чтения, значительно увеличивающая быстродействие.

Установившаяся скорость записи/чтения несжатых данных у DLT-7000 составляет 5 Мбайт/с, сжатых - 10 Мбайт/с. На таком же картридже, какой используется в модели DLT-4000, помещается 35 гигабайт данных без компрессии или 70 гигабайт с компрессией. Компания применила в этом стриммере интерфейс Fast/Wide SCSI-2 с повышенной до 20 Мбайт/с пропускной способностью. Среднее время доступа к файлу удалось немного уменьшить - у DLT-7000 оно равно 60 секундам.

DLT-7000 отличается также большей надежностью. При наработке на отказ 200,000 часов ресурс головки повышен до 30,000 часов. Характеристики ленты, поскольку в DLT-7000 применяются те же картриджи, остались без изменений.

Инвестиции в будущее

Примечательно, что применение для хранения данных DLT-стриммеров способно послужить примером пресловутой "защиты инвестиций". У нас довольно скептически относятся к этому понятию, что и не требует комментариев - посмотрите, что творится на компьютерном рынке.

Так вот, стриммеры подвержены смене поколений в меньшей степени, чем процессоры или видеоплаты. Модель Quantum DLT-7000 была выпущена три года назад, но за этот сумасшедший по меркам компьютерного прогресса срок отнюдь не устарела. Вы сами в этом убедились, познакомившись с ее характеристиками.

С другой стороны, козырная карта DLT-стриммеров Quantum - полная совместимость с картриджами и форматами записи, применявшимися в предыдущих моделях. В частности, и DLT-4000, и DLT-7000 работают не только с "родными" картриджами DLTtape IV, но и предыдущими - DLTtape IIIХТ и DLTtape III. Таким образом, сделанные давным-давно архивы информации остаются доступными с помощью стриммеров нового поколения. Не нужно их перезаписывать, тратить деньги на новые картриджи и т.д. Согласитесь, это приятно. Особенно если учесть, что срок архивного хранения информации на DLT-картриджах составляет 30 лет. При температуре 20 градусов и относительной влажности 40% демагнизация за год не превышает 5%.

Если хотите, DLT-стриммеры - островок надежности в бурлящем море новейших компьютерных технологий. Как это и должно быть, когда дело касается технологий долгосрочного хранения информации.

В то же время спокойствие - это не застой. В скором времени Quantum обещает выпустить стриммеры нового поколения - Super DLT. Намечается прогресс в производительности и плотности записи данных, связанный, в частности, с переходом на магниторезистивные головки. Совершенствуются и автоматические библиотеки на DLT-картриджах. В них применяются накопители DLT-4000 и DLT-7000, поиск и загрузка лент выполняются роботизированным приводом.

Богатейшие возможности откроются при переходе на иерархические системы управления памятью (Hierarchical Storage Management, HSM), в которых вся доступная память - от самой быстрой оперативной до архивов информации на сменных носителях - рассматривается как единое целое. Информация в HSM-системах автоматически перемещается с уровня на уровень (например, с винчестерных массивов в библиотеки магнитных лент) в зависимости от частоты обращений к ней. В таких системах DLT-стриммерам Quantum тоже найдется достойное применение.

Роман Соболенко