Накопители на магнитной ленте

Вряд ли сейчас можно встретить накопители на магнитной ленте (стримеры), использующиеся в компьютерах в качестве накопителя данных. Однако это вовсе не означает, что стримеры вымерли и считаются устаревшими устройствами. Более того, в области производства стримеров виден не меньший прогресс, чем в области других накопителей. Просто их назначение несколько другое - стримеры применяются не для хранения, а для архивирования больших объемов информации. Картридж стримера нельзя использовать как обычный сменый диск, архивацией (и только архивацией или восстановлением) занимаются специальные программы-архиваторы. То, что ленточные накопители совсем даже не устарели (некоторые по наивным воспоминаниям о шкафах с бобинами с лентой далекого прошлого склонны так полагать) свидетельствует также тот факт, что эти программы, как правило, и рассчитаны исключительно на стримеры. Примером могут послужить та же программа Microsoft Backup, входящая в поставку Windows и Windows NT. Без соответствующего программного обеспечения вам не удастся использоват свой стример. Размер устройств может быть в зависимости от их типа (см. ниже) либо 3.5", либо 5", причем они могут быть как внутренними, так и внешними. Так как стримеры в основном рассчитаны на крупные рабочие станции или сервероподобные компьютеры, то они практически всегда выпускаются со SCSI-интерфейсом. Раньше, впрочем, были устройства, подключающиеся через интерфейс floppy-дисковода, но они давно перешли в разряд антикварного искусства, так как из-за пауз в процессе архивации на таких приводах можно было выпить не только одну чашку кофе, но и гораздо больше. Основным преимуществом стримеров перед библиотеками дисковых накопителей является их самая низкая стоимость на единицу информации среди всех устройств хранения данных, а также очень хорошая надежность. А для крупных предприятий, как правило, больше ничего и не требуется, тем более что емкость одного картриджа в настоящее время составляет до нескольких сотен Gb, да и скорость работы очень даже приличная, чем далеко не всегда могут похвастаться сменные диски или их системы.

Всегда при архивировании для повышения скорости процесса и его удешевления исползуется компрессия данных. Она может быт либо программной, либо аппаратной. В последнее время практически всегда используется аппаратная, так как соответствующее аппаратное обеспечение стоит довольно недорого, а разгрузка процессора вовсе немаловажна. Хотя, в принципе, большинство программ-архиваторов могут работать и в программном режиме, и от возможностей сжатия стримера можно при желании отказаться, но в этом нет особого сиысла, так как алгоритмы компрессии накоителя тоже работают довольно неплохо. Когда говорят о скоростных или емкостных показателей стримеров, то следует различать реальные параметры устройства и параметры с учетом компрессии. Последние в характеристиках производителей превосходят реальные в два раза, так как в большинстве случаев (архивирование массивов информации, содержащих главным образом текстовые документы, базы данных, некоторое количество не сильно сжатых графических файлов типа JPEG, Web-страницы и т. п.) сжатие составляет 1:2. Все устройства для повышения производительности имеют встроенный кэш, размер которого в зависимости от емкости устройства и его цены может быть от 1-2 до нескольких десятков Mb. Далее мы рассмотрим основные технологии записи на магнитные ленты. Все параметры будут даваться без учета сжатия. Данные, правда, могут оказаться несколько устаревшими (где-то 2000-й год), но, как мне кажется, серьезных отличий между настоящим положением вещей не будет.

8 mm Mamonth

Одно из самых известных устройств на рынке UNIX-систем и предприятий среднего уровня. К сожалению, иногда обладает плохой репутацией в силу низкой надежности лент и устройств ранних поколений, но устройства нового поколения Mamonth не обладают данными недостатками. Основным производителем таких накопителей является компания Exabyte (http://www.exabyte.com/). Емкость носителей составляет до 120 Gb, а скорость записи до 18 Mb/s (без учета сжатия). Как и следует из названия технологии, используется 8-миллиметровая лента (длиной более 100 метров). Практически все стримеры совместимы с предыдущими поколениями накопителей, сделанных по соответствующей технологии.

Технология DLT

Стандарт DLT был разработан и в течение длительного времени предлагался компанией Digital для использования в среде больших вычислительных систем. В начале 90-х годов компания Quantum выкупила права на данную технологию и начала поставки на рынок рабочих станций и PC-серверов. В устройствах типа DLT используется многоканальный метод работы с лентами: одновременно читают или пишут несколько головок устройства, за счет чего достигается высокая скорость работы с лентами. Информация о данных хранится в самом начале ленты и считывается в память после установки картриджа. Изменение этой информации происходит в памяти устройства до тех пор, пока картридж не будет выгружен и буферы не окажутся записанными на ленту. Такой способ работы требует больше времени на операции загрузки и выгрузки ленты из устройства по сравнению с другими технологиями, но позволяет очень эффективно использовать DLT при работе с большим количеством отдельных файлов. Информация о данных на носителе сохраняется при потере или сбое питания и будет записана на ленту при его востановлении. Формат записи на ленту позволяет очень быстро позиционироваться по архивам.

Три фактора определяют большую емкость ленты DLT. Во-первых, DLT использует полудюймовую ленту в противовес 4-миллиметровым и 8-миллиметровым. Во-вторых, картридж почти вдвое больше 4- и 8-миллиметровых. И, наконец, лента практически полностью заполняет картридж. В отличие от 4-миллиметровых и 8-миллиметровых лент, которые имеют две катушки (причем одну пустую), картридж DLT имеет только одну (причем полную). Накопитель DLT предоставляет собой вторую катушку, она подхватывает конец ленты аналогично тому, как это делает катушечный магнитофон.

Специфицировано, что лента DLT поддерживает до 500000 проходов, однако утверждается, что выдерживает и миллион. Exabyte, например, для своих лент специфицировала только 150000 проходов, однако не стоит забывать, что для заполнения DLT-ленты требуется около 50 проходов, тогда как для 8-миллиметровой всего один. Но тем не менее даже с учетом данного обстоятельства это будет означать чуть менее 20000 проходов. Минимальное время хранения носителей составляет 10 лет при комнатных условиях. Время жизни устройств - около 30000 часов работы. Высокая скорость работы с лентой, надежность хранения данных делают DLT во многих случаях лучшим выбором.

Существует несколько разновидностей стандарта: DLT2000, DLT4000, DLT7000, DLT8000, DLT10000. Они в основном отличаются только емкостью и скоростью работы. Эти параметры могут быть равны соответственно 20-40 Gb или больше и 1.5-6 Mb/s или больше. Носители, используемые для накопителей DLT4000 (20 Gb) можно использовать и с накопителями DLT7000 (35 Gb). Для этого необходимо инициализировать носители с блоком в 7 Kb (в противном случае емкость носителей будет только 20 Gb). Следует также упомянуть о SuperDLT. Аннонсированная весной 1998 года компанией Quantum, технология SuperDLT представляет собой качественный скачок в развитии DLT. Емкость одной кассеты на начальном может составлять до 1 TB в будущем, а скорость чтения/записи устройства равна от 10 Mb/s (до 100 Mb/s в будущем). Главная изюминка SuperDLT - технология Laser Guided Magnetic Recording (LGMR). Таким образом, в SuperDLT данные пишутся на одной стороне магнитной ленты, а информация для сервопривода о положении головок чтения/записи на обратной. Благодаря использованию лазера удается очень точно позиционировать головки и соответственно очень близко распологать треки на ленте, что повышает емкость носителя.

Технология DDS

Технология DDS (Digital Data Storage) является компьютерной трансформацией бытовой технологии цифровой записи звука DAT (Digital Audio Tape). В силу этого DDS часто называют DAT, хотя это и не правильно, так как при желании, в принципе, можно подключить к компьютеру DAT-магнитофон и использовать его в качестве стримера. Запись ведется на ленты шириной 2.81 mm с использование технологии Helican-Scan.

Накопители DDS используют принцип RAW (Read After Write) - автоматическую проверку чтением любого записанного на носитель блока. Это снижает скорость работы накопителей во время записи информации, но зато делает ненужной выполнение этой проверки оператором после записи. На сегодняшний день существует несколько развитий технологии DDS: DDS-1, DDS-2, DDS-3, DDS-4. Носители различных типов отличаются покрытием ленты. В случае попытки использования, например, носителя типа DDS-2 в устройстве DDS-1 магнитофон автоматически выполнит операцию извлечения ленты, не распознав ее тип. Однако совместимость сверху вниз полностью сохраняется. Объем носителей для разных типов устройств может равняться от 4 до 20 Gb (до 40 Gb при успешной компрессии) и больше, скорость записи/чтения соотвественно от 400 Kb/s до 3 Mb/s или более. Как видно, максимальная емкость носителей, созданых, по этой технологии, довольно не велика, но зато при такой же емкостиони стоят дешевле, чем другие стримеры и, возможно, являются оптимальным выбором для небольших фирм или домашних поьзователей. Хотя последние, впрочем, больше предпочитают сменные диски из-за удобства их использования. Время жизни головок 40000 часов, но ресурс кассеты весьма ограничен - не рекомендуется использовать ленту более 99 раз.

QIC, SLR, MLR

Устройство типа QIC обеспечивает скорость записи на ленту 300 Kb/s и вместимость 2.5 Gb данных на ленте длиной 366 метров. Размер устройства - 5.25". Регламентируется 200000 часов работы без отказов cохранена совместимость с форматом QIC-150 как при чтении, так и при записи и с QIC-24 по чтению. Стример содержит буфер размером в 256 килобайт и одну головку чтения/записи. Накопители QIC присутствали на рынке довольно долго время и завоевали популярность на рынке персональных компьютеров и рабочих станций начального уровня прежде всего в силу невысокой стоимости как устройств, так и носителей, но сейчас производство и продажа накопителей QIC уже прекращенны. В настоящий момент на смену QIC пришли накопителя типов SLR и MLR, представляющие собой дальнейшее развитие технологии.

Технология SLR (Single-Channel Linear Recording) представляет собой дальнейшее развитие технологии QIC. Она уже позволяет вести запись на ленту с скоростью 380 Kb/s (760 KB/sec при использовании компрессии), вместимость повысилась до 4 Gb на ленте длиной 366 метров. Время загрузки кассеты равно 30 секундам, среднее время поиска составляет 45 секунд, наработка на отказ - 300000 часов. В целом технология похожа на предыдущую. Сохранена совместимость с форматом QIC по чтению.

Используя технологию SLR, компания Tandberg разработала технологию многоканальной записи на магнитные ленты MLR (Multi-Channel Linear Recording). При расположении нескольких параллельных треков на одной ленте необходимо тщательно отслеживать горизонтальный сдвиг ленты во время ее движения (для того, чтобы треки не наложились друг на друга). Для этого в технологии MLR используются записанные на кассете специальные дорожки и дополнительная головка чтения, следящая за ними. В случае обнаружения сдвига ленты в сторону специальный сервомотор корректирует положение головки. Кроме того, при расположении нескольких треков на ленте приходиться снижать силу магнитного поля каждого из треков и использовать магнитно-резестивные головки чтения/записи (такие же как и в современных жестких дисках), особо чувствительные к магнитным сигналам. Скорость записи на ленту около 2 Mb/s, вместимость - 25 Gb некомпрессованных данных на ленте длиной 462 метра. Время жизни носителей более 10 лет, регламентируется 300000 часов работы устройства без отказов. Сохранена совместимость с форматом SLR.

Стримеры, созданные по технологии MLR, отличаются большей надежностью, чем устройства DDS, так как приводы MLR (и SRL, кстати, тоже) имеют только две подвижные части (для сравнения: helican-scan предусматривает сложный механизм с 16 движущимися частями). Кроме того, во время работы с носителями лента остается внутри упаковки и ее касается только головка чтения/записи (как в обычных аудиомагнитофонах на компакт-кассетах). Компания Tandberg выпустила несколько поколений устройств MLR и планирует продолжить модернизации и дальше. Поколения технологии MLR отличаются количеством поддерживаемых параллельных треков на носителе. Соответственно от этого зависит и емкость носителей.

Sony AIT

Формат AIT был разработ и в настоящее время активно продвигается на рынок компанией Sony. AIT базируется на технологии Helican-Scan и использует носители с лентой шириной 8 mm подобно накопителям фирмы Exabyte. Подобно другим современным форматам записи, AIT-накопитель использует систему трекинга (ATF) для более плотной записи дорожек. Скорость записи данных на ленту составляет 3 Mb/s (до 6 Mb/s если данные хорошо поддаются компрессии) при вместимости 25 Gb данных. Время жизни головок чтения/записи равно 50000 часов.

Особенности AIT:

• Cпециально спроектированный механизм охлаждения накопителя, выдувающий воздух от механизмов протяжки ленты и головок чтения-записи
• Единственное в индустрии устройство, использующее перезаписываемый чип на носителе. Чип используется для хранения информации о содержимом ленты
• Active Head Cleaner - встоенный механизм для очистки головок накопителя, активизируемый устройством при появлении большого количества ошибок при работе с лентой. Таким образом, чистящая лента требуется не через заданное количество проходов, а именно тогда, когда она необходима

В скорем времени Sony разработала усовершенствование стандарта - AIT-2. Скорость записи данных на ленту равна теперь 6 Mb/s, а вместимость - 50 Gb.

Ленточные библиотеки

Помимо обычных устройств, существуют также библиотеки носителей. В зависимости от предполагаемой области применения емкость таких библиотек колеблется от нескольких сотен Gb до 5-10 Tb и выше, а скорость передачи данных может достигать десятков Mb/s (как у хороших жестких дисков). Соответственно и число носителей в библиотеке бывает различно (до нескольких сотен). Как правило, такие устройства оснащаются различными дополнительными функциями, которые могут понадобиться при работе с крупным сервером.