Ленточный накопитель

Ленточный накопитель (так же стример) — запоминающее устройство на принципе магнитной записи на ленточном носителе, с последовательным доступом к данным, по принципу действия аналогичен бытовому магнитофону.

Существует такие области деятельности, где до сих пор отлично чувствуют себя «древние» ленточные накопители, история которых прослеживается с 1972 года – времени появления стримера с кассетой формата QIC (Quarter-Inch tape Cartridge – четвертьдюймовая кассета). С тех пор ни один другой вид носителя не смог превзойти магнитную ленту по сочетанию. Стримеры широко используют в системах разведки, безопасности, связи, навигации и в десятке других областей, где надо непрерывно записывать огромные массивы данных при безусловном обеспечении надежности хранения.

Основное назначение: запись и воспроизведение информации, архивация и резервное копирование данных. При использовании данного метода записи данные записываются на ленту в виде нескольких параллельных дорожек. Лента имеет возможность двигаться в обоих направлениях. Считывающая магнитная головка во время чтения неподвижна, так же, как и записывающая во время записи. По достижении конца ленты считывающая/записывающая головка сдвигается на следующую дорожку, а лента начинает двигаться в противоположном направлении. Технология, по сути, аналогична бытовому аудиомагнитофону. Возможно применение нескольких головок, которые работают с несколькими дорожками одновременно (многодорожечный стример). В современных устройствах этот метод доминирует.

Технологии

Впервые магнитная лента была использована для записи компьютерных данных в 1951 году на ЭВМ UNIVAC I. В качестве носителя использовалась тонкая полоска металла шириной 12,65 мм, состоящая из никелированной бронзы. Плотность записи была 128 символов на дюйм (198 микрометров / символ) на восемь дорожек.

В ЭВМ, выпускавшихся до момента появления и широкого распространения жестких дисков, накопители на магнитной ленте, аналогичные стримерам, использовались как основной долговременный носитель информации. В дальнейшем в мейнфреймах стали использоваться в системах иерархического управления носителями для хранения редко используемых данных. Некоторое время они достаточно широко применялись в качестве съёмного ЗУ при переносе большого количества информации. В настоящее время на рынке доминируют стримеры, соответствующие линейке стандартов LTO (Linear Tape-Open). Представленный фирмой IBM стример LTO-5 TS2350 оснащён, помимо двух интерфейсов SAS, также интерфейсом Ethernet.

История

Магнитная лента была впервые использована для записи компьютерных данных в 1951 году в компании Eckert-Mauchly Computer Corporation на ЭВМ UNIVAC I. В качестве носителя использовалась тонкая полоска металла шириной 12,65 мм, состоящая из никелированной бронзы (называемая Vicalloy). Плотность записи была 128 символов на дюйм (198 микрометров / символ) на восемь дорожек.

В ЭВМ, выпускавшихся до момента появления и широкого распространения жесткий диск|жестких дисков, накопители на магнитной ленте (НМЛ), аналогичные стримерам, использовались как основной долговременный носитель информации. В дальнейшем в мейнфреймах НМЛ стали использоваться в системах иерархического управления носителями для хранения редко используемых данных. Некоторое время они достаточно широко применялись в качестве съёмного ЗУ при переносе большого количества информации.

9-дорожечная лента

Широкое распространение ленточных накопителей было связано с большими ЭВМ и, в частности, мейнфреймами IBM. Начиная с представленного в 1964 год у семейства IBM System/360, в фирме IBM был принят стандарт 9-дорожечной ленты с линейной записью, который впоследствии распространился также в системах других производителей и широко использовался до 1980-х годов. В СССР этот стандарт магнитных лент абсолютно доминировал, благодаря использованию ленточных накопителей семейства ЕС ЭВМ, в том числе и в составе компьютеров других архитектур.

Аудиокассета

В домашних персональных компьютерах 1970-х и начала 1980-х годов (вплоть до середины 1990-х) в качестве основного внешнего запоминающего устройства во многих случаях использовался обычный бытовой магнитофон или, изредка, специальные устройства на его основе с автоматическим управлением. Эта технология была недостаточно приспособлена для компьютерных нужд, зато была весьма дёшева и доступна для домашнего пользователя (так как сам аудиомагнитофон у многих из них уже имелся). Для промышленных ПК использовались стримеры, такие, как TEAC MT-2ST c кассетами CT-500H, CT-600H 50 и 60 Мб соответственно.

Технология DDS

Формат хранения данных DDS (англ. Digital Data Storage) был разработан в 1989 году компаниями Hewlett-Packard и Sony на базе формата DAT (Digital Audio Tape), разработанного компаниями Sony и Philips в середине 1980-х. По внешнему виду он напоминает уменьшенную в два раза аудиокассету, поскольку представляет собой четырёхмиллиметровую магнитную ленту, заключённую в защитный пластиковый корпус размера 73 мм × 54 мм × 10,5 мм. Как подсказывает само название, запись на магнитную ленту производится цифровым, а не аналоговым способом, при этом используется 16-битная импульсно-кодовая модуляция (PCM) без сжатия, как у CD, а частота дискретизации может быть как больше, чем у CD (44,1 кГц), так и меньше, а именно: 48, 44,1 или 32 кГц. Это означает, что запись производится без потери качества исходного сигнала, в отличие от более поздних форматов DCC (англ. Digital Compact Cassette) и MD (англ. MiniDisc). Накопители DDS используют технику записи, аналогичную применяемой в DAT-аудиомагнитофонах и основанную как на перемещении носителя в горизонтальном направлении, так и головок чтения-записи — в вертикальном направлении.

Технология QIC

В 1990-е годы для систем резервного копирования персональных компьютеров были популярны стандарты QIC-40 и QIC-80, использовавшие небольшие кассеты физической ёмкостью 40 и 80 Мбайт соответственно. Поддерживалось аппаратное сжатие данных. Накопители этих стандартов устанавливались в стандартный 5-дюймовый отсек и подключались к интерфейсу контроллера флоппи-дисков. В дальнейшем появилось большое количество сходных стандартов под торговыми марками QIC и Travan, определяющих носители ёмкостью до 10 Гбайт.

Технология DLT

С 2007 год а развитие стандарта SDLT фирмой Quantum прекращено в пользу LTO, но оборудование и носители записи ещё выпускаются.

Таблица развития

Современные стандарты

Современные стримеры, как правило, подключаются через высокопроизводительный интерфейс SAS, обеспечивающий передачу данных со скоростью 3 или 6 Гбит/с. Старшие модели IBM имеют возможность подключения через интерфейс FICON.

Технология LTO

В настоящее время на рынке доминируют стримеры, соответствующие линейке стандартов LTO (Linear Tape-Open).

Представленный фирмой IBM стример LTO-5 TS2350 оснащён, помимо двух интерфейсов SAS, также интерфейсом Ethernet. Однако в настоящее время (июнь 2010-го) этот интерфейс не может использоваться, он объявлен зарезервированным для будущих версий прошивок^[16].

Технология IBM 3592

Компания IBM поставляет в настоящее время, помимо оборудования LTO, стримеры собственного закрытого стандарта IBM 3592 (Jaguar), представленные современной моделью IBM TS1140^[17], а также совместимые ленточные библиотеки. Это оборудование используется в серверах и мейнфреймах. К линейке IBM 3592 относятся модели стримеров собственно 3592 (1 поколение), TS1120 (2 поколение), TS1130 (3 поколение) и TS1140, а также ленточные библиотеки на их основе. Картриджи имеют физическую ёмкость до 4 Тбайт.

Будучи, в отличие от стандарта LTO, ориентирован не только на архивацию и резервное копирование, но и на произвольный доступ к данным, стандарт IBM 3592 обеспечивает удовлетворение более жёстких требований по количеству перезаписей носителя. Также в IBM 3592 использован ряд решений для оптимизации производительности в старт-стопном режиме записи, такие, как глубокое кеширование данных и многоскоростное движение ленты (6 или 7 скоростей, в зависимости от модели стримера).

IBM 3592 использует линейный метод записи.

Компания IBM поставляет в настоящее время, помимо оборудования LTO, стримеры собственного закрытого стандарта IBM 3592 (Jaguar), представленные современной моделью IBM TS1140, а также совместимые ленточные библиотеки. Это оборудование используется в серверах и мейнфреймах. К линейке IBM 3592 относятся модели стримеров собственно 3592 (1 поколение), TS1120 (2 поколение), TS1130 (3 поколение) и TS1140, а также ленточные библиотеки на их основе. Картриджи имеют физическую ёмкость до 4 Тбайт. Будучи, в отличие от стандарта LTO, ориентирован не только на архивацию и резервное копирование, но и на произвольный доступ к данным, стандарт IBM 3592 обеспечивает удовлетворение более жёстких требований по количеству перезаписей носителя. Также в IBM 3592 использован ряд решений для оптимизации производительности в старт-стопном режиме записи, такие, как глубокое кеширование данных и многоскоростное движение ленты (6 или 7 скоростей, в зависимости от модели стримера). IBM 3592 использует линейный метод записи.

Отличительной особенностью стандарта IBM 3592 является заложенная в него возможность переформатирования магнитных носителей старого поколения под формат более новых устройств с соответствующим повышением информационной ёмкости (в отличие от других современных стандартов, обеспечивающих совместимость новых устройств со старыми носителями только в старом формате). В общем случае предусматривается совместимость на 2 поколения вперёд, конкретные допустимые режимы использования конкретного носителя в конкретном устройстве определяются по таблице:

В настоящее время компаниями IBM Research и FujiFilm представлена технология, позволяющая записывать до 35 терабайт данных на ленточном картридже, сопоставимом по размерам с LTO. Открытым, однако, пока остаётся вопрос об обеспечении достаточной пропускной способности интерфейса подключения устройства и блоков самого устройства: современным устройствам LTO-5, ориентированным на подключение по интерфейсу 6 Гбит/с SAS с фактической пропускной способностью 140 Мбайт/с, потребовалось бы около 3 суток для записи 35 терабайт данных.

Программное обеспечение

В UNIX-подобных операционных системах простейшая, но достаточная во многих случаях, работа со стримером поддерживается из командной строки при помощи команд tar и mt (исключением является Mac OS X, в которой mt отсутствует, а tar не поддерживает стримеры). Более развитые средства резервного копирования обеспечиваются специальными программами, доступными для всех распространённых операционных систем.

В 2010 году фирмой IBM представлена свободно распространяемая файловая система LTFS для ленточных накопителей, поддерживающих разбиение на разделы (partitioning), к которым относятся стримеры стандарта LTO-5, а также IBM 3592/TS1120/TS1130^[18]. Эта файловая система позволяет обращаться к содержимому ленты, как к обычному дереву каталогов с файлами. В настоящее время LTFS реализована IBM для платформ Linux и Mac OS X, ведутся работы над реализацией для Windows.

Ленточная библиотека

Ленточной библиотекой называют работу ленточного накопителями с несколькими лентами одновременно. Роботизированные библиотеке могут содержать вплоть до тысяч магнитных лент, из которых роботам сам достает и устанавливает нужную магнитную ленту.

С программной точки зрения такая библиотека выглядит, как один накопитель с огромной ёмкостью и значительным временем произвольного доступа. Кассеты в ленточной библиотеке идентифицируются специальными наклейками со штрих-кодом, который считывает робот.

Ленточная библиотека имеет значительные преимущества перед дисковым массивом по стоимости и энергопотреблению при больших объёмах хранимых данных. Например, для поддержания в постоянном доступе архива размером 6,6 петабайт в течение 5 лет стоимость дисковой системы (RAID-массивов, контроллеров, разветвителей, дисков, питания, охлаждения и пр.) составит 14,7 млн долларов (в том числе стоимость электроэнергии — 550 тыс. долларов), в то время как стоимость ленточной библиотеки — менее 700 тыс. долларов (в том числе стоимость электроэнергии — 304 доллара). Недостатком ленточной библиотеки является время произвольного доступа к данным, которое в нормальном режиме функционирования может достигать нескольких минут, а также падение производительности на порядки при увеличении количества различных одновременных запросов более числа наличествующих устройств чтения-записи (когда кассеты оказываются стоящими в очереди на чтение/запись).

Достоинства и недостатки ленточного накопителя

Достоинства:

• большая ёмкость;
• низкая стоимость и широкие условия хранения информационного носителя;
• стабильность работы;
• надёжность;
• низкое энергопотребление у ленточной библиотеки большого объёма.

Недостатки:

• низкая скорость произвольного доступа к данным из-за последовательного доступа (лента должна прокрутиться к нужному месту);
• сравнительно высокая стоимость устройства записи (стримера).

Примечания

Источники

• Википедия [Электронный ресурс]: Статья на википедии(рус.) / Дата обращения: 31.11.2016. — Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Стример.
• Ленточный накопитель [Электронный ресурс]:История создания ленточных накопителей / Дата обращения: 31.11.2016. — Режим доступа: http://www.thg.ru/storage/20040409/.

Ленточные накопители данных имеют свою уникальную историю совершенствования на техническом поприще. Впервые этот вид хранения данных появился в середине XX века и зарекомендовал себя в качестве неизменного устройства для записи, чтения и хранения данных.

Описание и принцип действия

Ленточный накопитель или стример является запоминающим устройством, которое работает по принципу магнитного фиксирования данных на носителе ленточного формата. После записи данных можно их использовать в различных целях, а принцип действия ничем не отличается от бытового магнитофона.

На сегодняшний день в некоторых областях до сих пор ленточные накопители находят широкое применение. Основное предназначение — это запись и чтение данных, а также их копирование и архивация. Запись происходит посредством запоминания информации, фиксируя ее на накопителе параллельно по всем дорожкам. При работе магнитно-ленточного накопителя сама лента может совершать движения в обоих направлениях. По сути, рабочий процесс напоминает использование магнитофона, так как в конце записи, когда кончается лента, аппарат двигает ее в обратном направлении.

Количество запоминающей информации зависит только от метража самой магнитной ленты. Именно длина ленты определяет размер записи данных.

История появления

В середине XX века компания Eckert-Mauchly Computer Corporation в первый раз сделала запись на ленточный накопитель компьютерных данных, а участвовал в этом аппарат ЭВМ UNIVAC I.

Носителем информации стал Vicalloy, который был выполнен из тонкой полоски металла шириной 12,65 мм, состоящей из никелированной бронзы.

До того как появились жесткие диски, ленточные накопители прочно засели в ЭВМ, выполняя функцию основного и долговременного носителя информации. Позже такого рода хранилища стали использоваться только в тех случаях, когда данными редко пользовались. Затем ленточные накопители стали портативным хранилищем для огромного объема данных.

Самая первая машина, появившаяся в 1951 году, называлась UNISERVO и могла хранить в себе объем данных, равный 224 килобайтам. Этот накопитель использовал в качестве материалов для ленты никель-фосфорную бронзу.

В следующем году IBM выпустила модель с семью дорожками на ленте, состав которой стал пластиковым. Такая лента хранила шесть битных байтов и один бит четности.

В 1958 году появляется более усовершенствованная модель с отдельными головками для записи и чтения. Улучшение заключалось в том, что ЭВМ могла считывать данные после их записи. Есть информация, что музей в Калифорнии как раз хранит информацию на таком накопителе.

Лента с девятью дорожками появилась в 1964 году. Принцип работы такой же, как и у модели 1952 года — 8 битных байтов и бит четности.

За десять лет, в период с 1970 по 1980 год, появилось множество моделей со следующими нововведениями:

• Автоматическая загрузка барабанов.
• Возможность восстанавливать данные и исправлять их.
• Использование накопителей в качестве библиотеки.
• В эксплуатацию введены аудиокассеты.
• Использование буфера оперативной памяти для того, чтобы минимизировать задержку между операцией старт/стоп.
• Объем хранимой информации вырастает до 20 мегабайт.

На 2014 год существует уже модель, которая поддерживает работу с технологией LTFS, функционирующая по файловой схеме. То есть аппарат напрямую открывает доступ к нужной информации, избегая полной прокрутки ленты. Объем данных увеличился до 10 терабайт. На сегодняшний день существуют накопители и с большим объемом памяти, которые используются в промышленных масштабах.

Лента на девять дорожек

Так как в прошлом веке промышленные компьютеры могли занимать целую комнату средних размеров, то и применение НМЛ (накопителя на магнитной ленте) было широко распространено.

Наибольшей популярностью такой ленточный накопитель пользовался в СССР в 70-80-е годы прошлого века.

Использование аудиокассеты

Кассета для магнитофона имеет тот же принцип работы. Ее тоже можно назвать ленточным накопителем данных. Имея в доме примитивный магнитофон, любой мог записывать песни и слушать музыку.

До середины 90-х некоторые виды ЭВМ могли работать с такими накопителями, как аудиокассета.

Современные представители

Нынешние стримеры имеют возможность подключаться с помощью высокопроизводительного интерфейса SAS, который способен обеспечить скорость передачи данных от трех до шести гигабит в секунду. Более старые представители моделей IBM подключались через разъем FICON.

Описание технологии LTO

Современные представители магнитных накопителей придерживаются стандартов, именуемых LTO. Компания IBM представила ленточный накопитель (стример) LTO-5 TS2350, который имеет два разъема подключения SAS и один порт для выхода в интернет.

Применяемые операционные системы

Работа с многозадачными и многопользовательскими операционными системами представляется простейшим способом, то есть используются такие команды, как tar и mt. Однако с операционной системой Мас первая команда не способна работать со стримерами, а вторая команда попросту отсутствует. Основной операционной системой, предназначенной для работы с магнитными лентами, является Linux и Mac OS X.

Для широкого круга операционных систем существуют специальные программы для обслуживания современных стримеров. С 2010 года компания IBM работает над реализацией ленточных накопителей в Windows.

Описание ленточной библиотеки

Принцип работы такой библиотеки заключается в том, что она функционирует одновременно с несколькими ленточными накопителями. Библиотеки такого масштаба являются абсолютно роботизированными. Такие хранилища работают с маркированными штрих-кодом кассетами, которые достает робот согласно заданной программе.

По сравнению с дисковыми носителями, такой вид хранения данных значительно выгоднее, так как для содержания ленточной библиотеки требуется меньшее количество затрачиваемого энергопотребления, а также общая стоимость оборудования гораздо меньше дисковых аналогов.

Положительные стороны и недостатки

Среди достоинств, как было указано выше, отмечается низкая себестоимость и содержание такого вида хранилища. Положительным моментом является и возможность бесконечной записи данных, то есть объем памяти практически безграничен. За счет монотонных операций и механического строения ленточные накопители способны прослужить достаточно длительное время, а именно — десятилетия.

К сожалению, есть и недостатки эксплуатации ленточной библиотеки — это малая скорость доступа к данным. Дело в том, что для чтения определенной информации ленте нужно время, чтобы прокрутиться к заданному месту. То же самое происходит, если активировать несколько запросов одновременно.

Несмотря на низкое потребление ресурсов, сама стоимость стримера очень высокая, поэтому цена устройства записи — это один из недостатков.

Новый ленточный накопитель HP StorageWorks DAT 320 адресован прежде всего тем, кто только начал задумываться над необходимостью создания резервных копий. Как правило, на этом этапе вас могут подстерегать три проблемы. Первая — в вашем сознании ленточные накопители смутно ассоциируются с группой Dr.Alban или любым другим признаком далеких 90-х. Сейчас, в век почти тотальной забитости рынка хранилищ данных разнообразными устройствами с многоразовой записью, мы частенько сбрасываем со счетов старые проверенные технологии. При этом за идеей повторного использования забывается, что по стоимости хранения гигабайта данных с ленточными накопителями не сравнится ни один другой вид носителей. Вторая проблема — это когда вы уже действительно отвыкли (или никогда не привыкали) работать с чем-то кроме жестких дисков или флешек. Тут нам на помощь придет внешний вариант накопителя, подключаемый по USB: это будет просто еще одна симпатичная коробочка у вас на столе. Если же процедура разборки/сборки компьютера для вас не представляется сложной, то можно немного сэкономить, купив устройство с внутренним креплением, подключаемое по интерфейсу SAS. И тут нас накрывает третья волна — как организовать работу с устройством, ведь никогда ранее вы с ним не сталкивались? Нам на помощь приходит комплектное программное обеспечение — HP Data Protector Express Single Server Edition. Скорее всего, это ПО сможет удовлетворить 90% запросов начинающего пользователя, что нам и требуется. Теперь, что же несет нам седьмое поколение?

Мал да удал!

Казалось бы, что можно усовершенствовать в накопителе, первый предок которого появился в начале 80-х годов прошлого века? Ведь все давно придумано! Но технологии и техническая мысль не стоят на месте, и вот результат: • вполне ожидаемое увеличение емкости. По старой доброй традиции — двукратное, так что теперь на ленточку, напоминающую формами и размерами спичечный коробок, помещается до 320 Гб (с компрессией 2:1). • повышение скорости записи/чтения. В этот коробок данные влетают со скоростью до 86 Гб/час, т.е. кассета записывается целиком меньше чем за 4 часа. • вдвое уменьшилось энергопотребление устройства. Это лишний раз доказывает, что стремление к идеалу дает свои плоды, весьма приятные для пользователя.

То, о чём принято молчать

Задайте себе вопрос: когда вы стали думать о покупке и использовании ленточного накопителя не как о напрасной трате денег и времени, а как об отличном подспорье в случае проблемы с сервером? Частый ответ на этот вопрос: никогда. Даже после того, как вы пережили несколько неприятных случаев, когда сервер лег, работа офиса стала, а ваш стол осаждают толпы коллег с вилами и факелами. А вот и зря! Ведь владельцы всех ленточных накопителей HP имеют возможность элементарно обезопасить свое серверное хозяйство с помощью функции One Button Disaster Recovery (OBDR). Благодаря ей ваш Proliant, пострадавший от повреждения ОС, приложений или данных, может загрузиться с последнего бэкап-картриджа, как с DVD-ROM и полностью восстановить свое состояние до аварии. Все это — по нажатию одной кнопки. Время даунтайма в этом случае сокращается до считанных минут, так что вашим сотрудникам придется только лишний раз выпить чая. В итоге, нынешнее поколение ленточных накопителей от HP вместе с самой, пожалуй, проработанной технической основой среди всех типов устройств хранения данных обладает всеми атрибутами, которые позволят им вписаться в самую современную инфраструктуру вашей сети. А теперь, как всегда, мы ждем ваших вопросов)Используемые источники:

• https://ru.bmstu.wiki/ленточный_накопитель
• https://fb.ru/article/440390/lentochnyiy-nakopitel-obzor-vidyi-harakteristiki-i-printsip-deystviya
• https://habr.com/company/hp/blog/87864/