虚拟磁带库 变革数据保护流程

copyking

当数据从用户业务系统中产生以后，就开始面临着严峻的数据保护问题。长期以来，用户已经习惯了采用磁带库进行主要的数据保护工作，但是随着磁带库管理工作中存在的问题日益严重，人们正在尝试新的途径来改善数据保护工作，其中虚拟磁带库（Virtual Tape Library，VTL）是一个十分成功的解决方案。
　　 虚拟磁带库的概念非常简单，它本质上是磁盘阵列硬件设备，但是在软件功能上模拟磁带备份的形式，因此对于存储管理员来讲，它就是一个磁带库，对它的管理如同管理一个物理磁带库一模一样。
　　 可以说，虚拟磁带库已经成为当今存储界最为热门的话题之一，VTL的崛起，正在深刻地改变着传统的备份市场格局和用户的数据保护模式。进入2005年，传统机械磁带库厂家纷纷推出虚拟磁带库作为高端产品系列，VTL成为市场主流的趋势已非常明显。
机械磁带库的缺陷
　　 磁带库是一个机械密集型设备，有用户曾用开玩笑的口吻说：“磁带库厂商不应该属于IT厂商，而应该是机械厂商。”因此，磁带库具有一些作为机械产品而不可逾越的问题。
　　 维护负担高：磁带库的核心部件磁带驱动器为非封闭机械易损件，本身故障率高，灰尘、潮湿等使故障率不可预期，导致设备可用性差。
　　 备份失效率高：采用磁带库进行数据保护的介质磁带为非封闭介质，且磁带库中的磁带之间没有容错保护。备份业务涉及到的磁带组中任一盘磨损、卡带、霉点、粘连等，均会导致整个备份无法恢复。
　　 备份恢复能力不佳：虽然磁带本身的读写速度已有长足提高，但备份恢复时需要抓带、加载、机械定位文件等机械动作，等待时间长，而备份恢复时一般会涉及多带查找，应用端被迫因此延长待机时间。
　　 在用户的数据保护工作中，解决机械磁带库问题的主要方案有磁盘到磁盘（Disk-to-Disk，简称D2D）和VTL。与磁带不同，基于ATA的磁盘阵列比传统的光纤通道磁盘阵列的成本低很多，同时逐渐变得非常流行，它可以方便集成到备份系统中。
　　 D2D将盘阵连接到备份服务器，将文件系统放置其上，使用备份软件的本地功能备份到基于磁盘的目标上。这一过程听上去很简单，但是需要用户改变备份系统的配置；最后的碎片还会引起性能的问题，基于文件系统的目标不能以磁带库的方式进行共享，需要管理员为多个备份服务器进行磁盘阵列的分区。
　　 VTL使得磁盘阵列对于备份/恢复系统来说像是磁带库，这样一来，无须改变配置就可以在备份系统中使用磁盘，而备份系统仍旧认为在向磁带进行备份—只有你知道其中的奥秘。如同物理磁带库一样，VTL可以通过驱动器共享软件来进行共享。此外，大多数VTL在磁盘上存放数据的方法确保了零碎片。
VTL的优势
　　 几乎在机械磁带库发明的同时，VTL概念就已经出现并得到应用。但是，受限于技术局限，长期以来VTL只是作为机械磁带库的缓存，应用也因此而局限于封闭的大型机系统等高端用户群，市场认知度很低。
　　 相对于机械磁带，虚拟磁带库使用了兼容磁带备份管理软件以及传统备份流程，这使得设备的可用性及备份的可靠性都得到了大幅提升。
　　 设备可用性提升：虚拟磁带库用电子化的“机械手”和“磁带驱动器”，代替了机械磁带库中裸露、易损的系列机械装置，基于RAID保护的磁盘阵列具备降级工作能力，且具自动报警和在线热恢复能力。
　　 备份可靠性提升：虚拟磁带库采用基于RAID保护的磁盘阵列，从而将备份的可靠性较常规磁带备份提高了若干量级。封闭式结构的磁盘介质本身的MTBF（平均无故障间隔）一般为开放式结构的磁带介质的5倍以上。
　　 恢复工作极为简便：如果所需数据存在VTL当中，则不会涉及任何机械工作，恢复工作就像磁盘备份的速度一样。
VTL突破D2D
　　 D2D方案包括文件复制、数据镜像、快照等形式。文件复制或镜像不仅使备份数据持续暴露在病毒、人为误删等在线威胁之下，同时也只保留在线数据的最终状态，数据灾难发生后无法恢复历史数据。在较为成熟的快照技术中，镜像式快照消耗容量过大，指针式快照虽然支持类似常规备份的增量快照，但必须捆绑专用软件系统，总体拥有成本过高。
　　 D2D解决方案存在最大的问题，是与文件系统相关的缺陷。结合外接RAID阵列的备份/恢复软件的D2D性能依赖类似NTFS和NFS的文件系统，它们是为了在PC服务器系统中使用而生成的。这些文件系统用来为多个用户管理多个小型文件，在磁带备份应用软件执行较大的写操作时，会发生性能冲突。
　　 大多数D2D RAID阵列使用的通用文件系统对于磁带备份并非是最优化的。与备份系统相关的通用文件系统还存在的另外三个问题：大多数通用文件系统同典型的服务器一样，随着时间变化产生大量文件系统碎片；类似FAT、NFS和NTFS的通用文件系统受到文件系统、分区和单个文件大小的限制；大多数D2D文件系统存在安全性隐患。
　　 VTL在备份过程中超越D2D系统的原因之一是，备份应用软件将备份写到VTL磁盘，这类似以数据流形式写到磁带。另一方面，D2D写单独的文件，在对下一个文件操作前，必须记录每个文件的位置和文件系统的元数据。VTL以数据流形式写而不是以单独的文件形式写，这一方法能够避免受到文件系统所支持的最大文件数目的限制。VTL文件系统的专有特性克服了D2D的通用文件系统遇到的限制问题。
　　 在安全性方面，访问VTL的文件系统和访问磁带类似，用户不能直接访问磁带，被病毒感染的文件也不会感染磁带。
　　 VTL可以提供综合/集中全量备份的好处，在知道了所有文件的位置和发送的时间后，就可以简单地使用指针来建立新的全量备份。使用指针可以建立一个新的虚拟全量备份，来取代从一个虚拟磁带向另一个虚拟磁带拷贝数据。当新的全量备份建立后，可以告诉备份软件全量备份的内容和全量备份所在的“磁带”，然后备份软件会把该全量备份看做和其他全量备份一样。该全量备份还可以用于进一步的增量备份和恢复，并且能拷贝到真正的磁带。
　　 虚拟全量备份除了即时功能以外，在容量方面也具备优势。如果使用备份软件建立了真正的综合全量备份，与通常的全量备份一样，也会占用同样大小的磁盘空间。然而VTL的虚拟全量备份几乎不会占用任何磁盘空间，因为VTL仅仅使用了指针。
应用篇
传统数据保护 问题重重何时休？ 　　

　　 如图1所示，这是一个典型的用户数据保护环境（为了便于说明问题，我们省略了用户冗余系统与容灾系统）。
　　 当数据从关键应用系统中产生以后，不能够直接进行备份。原因在于备份工作一方面会影响业务系统的高效运行，另一方面备份工作经常会出现各类问题而无法成功完成，这时就会造成数据的丢失。因此，用户需要一套性能可以与在线系统相比拟的磁盘系统进行数据复制，然后对复制的数据（与业务系统一致）进行备份。
　　 镜像磁盘系统仍为高端产品，在有些业务系统中镜像系统与业务系统完全一样，因此价格昂贵。传统磁带库在运行中自然存在着各种各样的机械问题。
应用第一步：无缝融入原有系统
　　 如图2所示，使用虚拟磁带库使得磁盘阵列对于备份/恢复系统来说像是磁带库，这样一来，无须改变配置就可以在备份系统中使用磁盘，而备份系统仍旧认为在向磁带进行备份。对于业务系统而言，几乎感觉不到任何改变，在逻辑上，VTL与传统磁带库组成了原有系统中的磁带库，但是把所有虚拟磁带库的优点都集成进来。
　　 在这种情况下，VTL只是通过备份软件把数据块取出，然后模拟成磁带格式将其放到磁盘上，但并不知道数据块中究竟是什么内容。
应用第二步：革掉D2D的命
　　 在图3的情况，VTL的应用发生巨大改变—它特别为存储备份数据而建立了客户化文件系统，该文件系统可以完成快照、复制、指针和各种磁带不能完成的事情。在这种应用情况，VTL完全代替了传统的D2D系统。
　　 这个时候，一旦写完备份后，VTL会检查所写影像，并识别影像的内容。此外，还要决定备份的类型、备份包含的文件（或其他项目）和文件的来源。在这些全部完成后，他们需要建立一个内部数据库——基本上就是备份服务器索引或目录的副本。
　　 VTL不仅代替了D2D系统，还对用户整个数据保护流程进行了变革，在此之前，业务系统数据传送给镜像系统，之后的数据保护工作由镜像系统完成，而采用VTL代替D2D之后，业务系统把数据传输给由VTL和磁带库组成的数据保护系统，由后者完成整个数据保护工作。
产品篇
　　 如前文所提到的那样，VTL首先出现在大型机环境中，由于该领域相对封闭，而且应用并不普遍，因此本文主要介绍开放系统领域的情况。在开放系统中，VTL产品主要有两类，一类是磁盘库管理服务器，另一类是专用纯硬件虚拟磁带库。
磁盘库管理服务器
　　 为了提高VTL备份的应用安全性，部分供应商开始将各色软件VTL模块装入专用服务器（一般称为“磁盘库管理服务器”），或将操作系统和软件VTL模块“固化”在“磁盘库控制器”内。该类型VTL具备“准硬件”包装，但备份磁盘的应用仍受限于文件系统。这种软件硬件化的VTL方案实现了备份管理系统和虚拟磁带模块的解耦，在一定程度上提高了备份数据的安全性，可以作为外设独立使用。但是，核心控制部分仍旧是通过操作系统，逻辑地模拟磁盘的线性化，因此存在一定缺陷。
智能化专用纯硬件虚拟磁带库
　　 2003年，国内著名的存储备份设备制造厂商SOUL推出了具有自主知识产权的智能化虚拟磁带库产品—SureSave VTL。该产品采用自主研发的专用VTL控制器，屏弃了PC服务器架构VTL带来的诸多问题。采用硬件压缩技术，具备多项专利。集专业、安全、智能于一体的设计理念，该产品的出现推动了新一代虚拟磁带库技术的发展。
　　 智能化是SureSave VTL的亮点，使它区别于其他产品走在VTL技术的前列：中文GUI图形管理界面、备份服务器灾难恢复、备份数据Online可视化、模拟NAS、模拟裸磁盘、异地归档等多种功能使虚拟磁带库的可用性一再提升，一些业内人士认为，SureSave VTL的成功应用，是虚拟磁带库技术成熟的标志。

本文来自ChinaUnix博客，如果查看原文请点：http://blog.chinaunix.net/u2/66684/showart_1096724.html