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开放线性磁带技术(LTO™ 技术白皮书
介绍
当今的磁带存储器市场充斥着各种庞杂的存储格式以及技术，这往往使得用户在进行购买时难以作出判断。原始设备制造商以及分析家都同意，目前的这一形势无法很好地为用户提供服务，因而呼吁开放性存储格式的出现。
开放性的存储格式通过为用户提供多种产品以及媒介、以及提供提高来自不同供货商产品兼容性的方法，使用户从中受益。由多种产品来源所形成的竞争性环境还引发了更快速的技术革新和产品性能的改进，并为今后一个时期的数据兼容性以及投资保护提供了可能。对于原始设备制造商而言，这一存储格式缩短了产品验证的周期，并降低了系统配置以及产品计划方面的复杂程度。
IBM、惠普和希捷公司针对市场的开放性存储格式需求，在几家公司的开放线性磁带技术(LTO?)基础上，共同开发出新一代的开放性格式参数。这三家公司所共同开发出的存储格式可用于伺服多种市场领域，并可为多种供货商所支持。这些格式为用户提供了更加清晰明了的技术指南，而且可通过它获得更为广泛的行业支持。
可为一系列的需求提供支持
为了向范围广泛的应用程序使用用户提供服务，以上三家核心技术提供商在设计开放线性磁带技术时，一方面使其能够同时满足从单一服务器到复杂的网络环境范围的广泛存储要求，所采用的存储格式即能够快速地进行数据读取，另一方面，又具有高容量的特性。出于这一原因，围绕这一技术开发出了两种应用技术：Ultrium技术以及Accelis技术。
Ultrium格式磁带是采用开放线性磁带技术的优化，具有更高的容量、更高的性能、以及更为优异的可靠性，能够同时适应单机或自动化环境。Ultrium格式磁带使用单轴盒式磁带，以最大程度提高容量。这种磁带最为适合对应用程序的备份、恢复、以及存档。Ultrium格式磁带将为大容量备份以及存档建立新的基准。
Accelis格式磁带是为了实现数据的快速读取而对开放线性磁带技术所进行的优化，它具有卓越的可靠性。它在磁带的中央位置使用了双轴盒式磁带，以最大限度地减少数据读取时间。Accelis格式磁带的应用领域是自动化环境，并能够保证各种"在线"数据查询以及检索程序的运行需求。
如何使用开放线性磁带的以上两种应用技术，只需要与任何愿意参与开发的供货商签定开放性许可协议，即可获取这些技术。对那些能够满足数据交换需求的产品，应使用商标加以标识。对于这一商标的使用，必须在产品通过了必须的符合性验证程序后，方可予以发放。为验证产品是否符合数据交换规范的测试，应由第三方符合性测试公司进行。对于所有希望使用这一商标的公司，应每年进行一次这样的测试。
为了充分理解这些新格式的优点和功能，应当首先了解使这些技术得以实现的根本，即开放线性磁带技术。
开放线性磁带技术代表了"最优品质"技术
开放线性磁带技术以最佳方式综合了几项技术的优点，从而能够通过应用于Ultrium格式以及Accelis格式而实现其性能的最优化。
开放线性磁带技术就其本质而言属于线性螺旋技术，它在各个方面均证明自己是当前该种类技术最好的一种应用方式。首先，它能够保证更多数量的并行信道。第一代的开放线性磁带技术可同时支持8条信道，而以后的版本将提供16条信道。与此相比较，多数的线性螺旋应用技术最多只能提供4条信道--唯一的例外是IBM开发的Magstar格式。
开放线性磁带技术的开发还利用了当今最为先进的伺服以及磁头技术，这些技术从根本上保证了对于高密磁轨至关重要的高精确度。磁带的轨道数越多，覆盖相邻轨道数据的危险性就越大。开放线性磁带技术将磁轨通过伺服监视器进行编排，并对磁带上的磁头进行控制，从而能够确保精确度并避免发生覆盖现象。
另外，开放线性磁带技术还可提供超过当前任何线性磁带技术性能的实密度（100MB/平方英寸）高能录制。这一高线性密度通过增强的逻辑格式予以支持，它包括对用户数据的多条数据轨道进行紧密跟踪录制，而这些用户数据又通过专为增强型的多轨道运行所设计的真正在不同产品之间使用的纠错编码来加以保护，这一保护措施还可应付偶发性错误率突然上升的情况。这一增强型的逻辑格式还包括：经过改进的数据压缩运算法则、更新的游程长度受限码、对于磁带的故障区域或由坏损的写入磁头写入的数据而进行的数据自动重写、自动停止数据写入磁带的不可靠伺服区域而替代以重新写入磁带、以及使用开放线性磁带技术的盒式磁带记忆功能对陈旧数据予以忽略而精确地启动新的写入操作。最后，数据记录单元通过将数据在伺服频带纵向编码方式进行精确排列。这样，可以快速地搜索新的字段，并极大地简化了错误以及数据恢复过程。
在以下章节当中，将对上述的每一项技术进步进行更为详尽的描述。
创造性的多磁道设计
创新的开放线性磁带技术设计部分基于目前已经使用的线性技术当中的双向、多信道模式。开放线性磁带技术格式规范将完整的磁带幅度分解为比较小的数据频带，以降低磁带因时间推移而出现老化所产生的影响。而这些数据频带又依赖于这些技术的使用：Ultrium格式有4个频带，而Accelis格式则有2个频带。磁头可覆盖一个频带，并先后将每一数据频带写满。在每一个数据频带的顶端和底部是一个伺服频带。当磁头在伺服频带区域内写入和验证数据时，该频带将为磁头提供定位信息。磁头在磁带上的定位过程是磁头、介质、以及系统的伺服要素之间进行动态交互作用的过程。最靠里边的频带最先被写入数据。在磁带的上下两个边缘留有两个称为边缘保护频带的空白区域，以保护写入最外侧频带的数据。
磁头的运动通过伺服系统加以控制，这一控制是通过使用以编码形式写入连接每个数据频带两个边缘的伺服频带的信息来完成的。以编码形式写入伺服频带的信息分为两种。第一种信息是通过增强的计时伺服系统提供磁带位置交叉错误信号。第二种是提供绝对磁带下行（纵向）位置信息，这一信息可保证磁带沿磁轨方向运转，以实现精确的数据处理操作。沿磁带长度确认的位置信息记录为纵向位置标记信息，并经过编码成为计时伺服系统代码。
这一格式规定了每一伺服频带的多种伺服系统位置。伺服位置的数量受所采用格式决定（Ultrium格式为6个，Accelis格式为8个）。两个相邻伺服位置之间的距离与数据轨道之间的距离相符。
数据写入方向相反的轨道之间的空间称为方向缓冲。这一空间是设计用来减少因磁带导向以及伺服性能变化而写入相反方向数据的轨道之间的干扰。
开放线性磁带技术的增强型逻辑格式可允许实现比当前行业所使用的任何线性磁带技术更高密度的数据录制。不同产品之间的纠错编码可在更大数据区域内穿过轨道或沿轨道交替进行。纠错编码的强劲功能足以确保在数据读取时8条轨道中有1条轨道损坏、以及在剩余轨道中有1%的数据丢失的情况下，仍然能够完成数据的恢复。
当某些轨道损坏时，数据损坏字段的动态重写功能可以完成对于磁带某一区域的写入。其强劲功能还可保证在出现一个或更多的写入磁头无法工作的情况下，将所有用户数据作出准确的记录。除了对损坏的数据字段进行重新写入之外，还可通过在伺服位置错误信号不可靠的磁带任何区域自动终止写入操作的方式对数据进行保护。当伺服信号重新恢复其可靠性后，数据还可再次写入磁带。
第一代产品使用了新的游程长度受限码，可通过数据流动循环来可靠地检测格式的性能，例如锁相回路、锁定区域、以及同步信号等。
对于格式性能的可靠探测结果，当结合伺服频带所得到的精确纵向数据使用时，可以超过以前任何一种线性磁带产品的精确度得出磁带上被格式化的字段位置。由此，能够进行快速的搜索操作以及精确地实施错误恢复操作（极大地简化了这些操作过程）。
最后，开放线性磁带的盒式磁带记忆功能是一种电子及界面模块，它可分别嵌入在Ultrium格式或Accelis格式的盒式磁带当中，带有4KB（32Kbits）非易失性内存，用于存储以及检索有关盒式磁带和数据的信息。开放线性磁带的盒式磁带记忆功能使用一种非接触性无线电频率界面，它可以避免使用物理能量或盒式磁带内部的信号联接。开放线性磁带的盒式磁带记忆功能可以允许驱动器无须请求从磁带上读取任何目录或列表，即可了解数据记录于磁带的什么位置。开放线性磁带的盒式磁带记忆功能还能够通过绝对写入许可号码以及序列号码将数据字段进行记录。这一功能简化了确认程序，并可将陈旧的数据予以忽略，即便是遇到最为复杂的环境，也可完成数据的读取以及写入操作。它还可提供用户指定信息。例如，某个用户或许需要为进行担保而存储生产商的数据，或是有关盒式磁带的使用年限的数据，它已记录了多少数据，已经出现了多少临时性错误，以及对多少磁带进行了区分，等等。
新的数据压缩运算法则有两方面的特点。第一个特点是，它是双重模式，一种模式提供行业领先的数据压缩比，另一种数据压缩模式则将已压缩数据或无法压缩数据重新扩展的可能性降低到最小程度。数据压缩的第二个特点是，它使用了嵌入控制符号来描述数据记录的界线以及文件标记，可通过硬件创建持续的压缩数据流。也就是说，计算机软硬件不必为每一个数据记录创建首尾标志，所创建的唯一表格只用于被压缩数据格式化。
两种格式均有益处
Ultrium格式以及Accelis格式都体现了"最优品质"技术的特色，这一技术是由开放线性磁带技术所具备的高级多轨道记录功能、磁头及伺服技术、以及数据高密记录技术所构成的。虽然没有进行特别说明，开放线性磁带技术的性能充分利用了防磁化磁头技术的优越性。防磁化磁头技术的运用增加了并发信道的数量，并提高了开放线性磁带技术更高轨道密度性能。除了开放线性磁带技术以外，Ultrium格式以及Accelis格式都具有其自身的独特性能，这些性能使得它们能够很好地满足相应的市场需求。
Ultrium：更高的性能
Ultrium格式的技术开发商开发这一技术的目的是为了向数据存储行业提供一种高容量、高性能的磁带备份解决方案。通过提高数据存储容量以及数据传送的速度，Ultrium格式所提供的以坚实技术为基础的路径可最大程度地提高存储器的可扩展性。这一技术的第一代产品可在一个盒式磁带中存储100GB以上的数据（大于200GB的被压缩数据），其速度为20MB/秒（被压缩数据的速度大于40MB/秒）。这一性能的实现是通过运用线性数据记录技术，它所采用的是4个或8个信道磁头以及闭环伺服技术。高容量的实现是通过将开放线性磁带技术应用于新的数据盒式磁带，该磁带的设计是为了最大限度地增加磁带表面区域数量，同时仍能保证极小的形状因素。第一代盒式磁带包括600米半英寸磁带，可实现其100GB的本地数据存储容量。新的盒式磁带带有作为数据交换的磁带盒记忆芯片。驱动装置可在数据读取/写入以及定位/重绕操作中提供双向磁带运动。它还带有数据的读取/写入磁头、用来控制磁头的定位装置（磁头传动装置）、用于检测磁带盒的存在及其写保护状态的传感器、以及开放线性磁带技术的磁带盒记忆电子设备和界面。
Ultrium的4个或8个读写元件，以及磁头中的额外伺服元件可交替进行扫描（通过交换排列方式）、合并（堆栈）、或以模块方式进行安排。磁头上的元件是以成对的方式排列的，这样可使写入磁头所写入的数据模式能够立即被一对读取磁头加以验证。这些磁头必须同时在磁带前行或倒转的情况下均具备读取以及写入能力。
Ultrium将半英寸磁带划分为384个数据轨道，并平均分成4个数据频段。无论数据是通过4元件磁头或者是通过8元件磁头写入，一个数据频段当中的轨道数量都是一样的。如果使用了8信道磁头，由伺服系统指定的6磁头位置将形成96条轨道数据频段。4信道设备所要求磁头装有额外的伺服读取器，以通过6个预先确定的位置生成12个磁头位置。
当一个数据频段被写满以后，磁头将排列于下一对指定的伺服频段，并开始以相同的方式写入数据。伺服频段的特殊偏差设计可保证磁头始终对正确的数据频段进行数据的读取或写入。
Ultrium所采用的单轴磁带盒设计使用了安装于驱动器内部的一个承接轴。磁带通过连接装置将定位销"放置"于磁带的开始位置，并导引定位销绕磁头转动以接入驱动器中的承接轴。当定位销已经固定于承接轴之后，磁带轴开始运转，并带动磁带沿磁带通路行进。驱动器的转轴马达通过带有锯齿状边缘的卡盘与磁带盒相连接。
磁带盒带有锁定装置，可以保持运输及储存状态下包装的严密性。它还设有写保护装置，当处于"保护"状态时，可以显示出可视的锁定标志。
在磁带盒正面的剪切部分可以防止在放入驱动器时，磁带盒的位置颠倒。这一特性还可防止使用那些虽然类似，但是构造不同的不相称的盒式磁带。
如表1所示，Ultrium提供了一条清晰的磁带通路。在后续产品当中，数据最大传送速度以及本地容量将扩大一倍。第二代、第三代、以及第四代产品都将在前一代产品的基础上，将轨道数量提高30%。第三代产品还将在最大限度上地延长磁带的长度。而第四代产品则将采用更为先进的数据记录介质。
表1：Ultrium移动通路
第一代 第二代* 第三代* 第4代*
容量 100 GB 200 GB 400 GB 800 GB
传输速度 10-20 MB/sec 20-40 MB/sec 40-80 MB/sec 80-160 MB/sec
数据记录方式 RLL 1,7 PRML PRML PRML
介质 MP MP MP 薄膜
IBM、 惠普公司及希捷公司保留在未事先做出通知的情况下更改此移动通路信息的权利。
Accelis：磁带运行速度从此更快
Accelis格式利用了Ultrium中所具备的所有开放线性磁带的先进技术，只是为了大大缩短数据存取时间而在容量方面有所降低。容量降低是通过将磁带变窄（因此磁轨更少）以及在盒式磁带中放入两个卷轴而非一个的结果。此举使8mm宽的磁带长度达到216米，可包含25GB的数据（压缩前大于50GB）。双轴盒式磁带具有数种优势：磁带根本不必缠绕在承接轴上，从而使Accelis的可靠性得到增强，这一点在程序库环境下尤为关键；因为磁带轨道完全包含在盒式磁带中，磁带可以从中间部位装载，连同节省的缠带时间，可以平均提高10秒以内的搜索时间；开放线性磁带的Accelis格式对着重于数字式程序库应用软件，以及其他需进行大量读取操作的磁带应用软件而言，是一个理想的自动化磁带解决方案。
与Ultrium 的四条数据带不同的是Accelis在两条数据频带上记录开放线性磁带格式，而且每条数据频带包括128条磁轨（磁轨总数为256条）。与Ultrium相类似的是，Accelis数据频道可采用8信道或4信道磁头进行记录，伺服系统频带规定的八个伺服系统位置支持记录。
Accelis盒式磁带设计的独到之处是介质可通过预先提前定位或事后重绕来提高系统的性能。在与开放线性盒式磁带记忆功能的共同作用下，一种脱机装置（例如智能探针或排列装置）可以在磁带插入驱动器前查找磁带上某一特定点的位置。这种强大的概念使Accelis独具提供前所未有的解决方案的功能。
Accelis移动通路
如图表2 中说明所示，Accelis提供明确的移动通路。在后续的系列产品中，最大传送率及本地容量将得到成倍提高。第二代、第三代、以及第四代产品都将在前一代产品的基础上，将轨道数量提高30%。第三代产品还将在最大限度上地延长磁带的长度。而第四代产品则将采用更为先进的数据记录介质。
图表2：Accelis移动通路
第一代1 第二代 2* 第三代 3* 第四代*
容量 25 GB 50 GB 100 GB 200 GB
传送率 10-20 MB/sec 20-40 MB/sec 40-80 MB/sec 80-160 MB/sec
记录方式 RLL 1,7 PRML PRML PRML
介质 MP MP MP Thin film
存取时间 <10 sec <8 sec <7 sec <7 sec
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1998IBM、惠普公司、及希捷公司。版权所有。信息可在未事先做出通知的情况下被更改。本处涉及的所有商标及注册商标的所有权分别为其所有者拥有。
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发表于 2004-10-25 15:29
谢谢楼主!
