磁盘与虚拟磁带库优缺点分析

思考的牛

一、利用磁盘进行备份（D2D）

随着SATA技术的兴起，大容量磁盘的价格进一步下降，性能价格比更好，使很多人开始关注这种做法。很多用户的咨询专家也开始倾向使用磁盘阵列作为备份设备。利用磁盘作为备份设备的解决方案应运而生，这个解决方案目前有几种流行的实现方式：

1、 最初大家的普遍做法，也就是采用标准的光纤通道或者SCSI磁盘阵列，安装容量大价格低的SATA硬盘，直接连接到备份服务器上，利用服务器把磁盘阵列格式化成一个文件系统；

2、   随着NAS技术的兴起，也有的用户利用NAS上的空间进行备份；

3、     目前一些备份软件所具备的磁盘备份功能。

4、   这一类解决方案的特点是：利用磁盘作为存储设备，磁盘被格式化成文件系统。这种方式相对于磁带库来说解决了很多问题：

（1） 不再受磁带库设备和介质可靠性方面的困扰,规避了磁带加载卸载对备份性能的影响，其持续读写性能达到或超过了中端磁带库。

（2）    提高了设备空间利用率。

（3）    磁盘阵列设备在用户环境中很常见，一般的系统管理员不需要过多的专业知识都可以自行维护，降低了维护成本。

而且，通常看起来投资比较低，用户只需要购买一台磁盘阵列就可以了。然而，在实际应用中，用户逐渐发现，这种最简单的基于磁盘阵列的解决方案并不完美的。

让用户头疼的问题

1、共享

如果在一个有多台服务器的环境中要实现LAN-FREE备份，配置的复杂性和成本都会迅速提高。

一般来说，实现备份到磁盘，都要在这台磁盘阵列上建立一个文件系统，才能够被备份软件识别。而一般的文件系统都不能被多服务器共享，只有磁带库可以实现共享。

这就是说，如果想像使用传统磁带库一样，通过SAN实现多服务器共同使用一个磁盘阵列，必须要在磁盘阵列上建立多个逻辑设备，然后将每个逻辑设备分配给每抬服务器。

这就带来了管理上的一系列问题：

l 、     如何决定为每台服务器分配多少块磁盘？

2 、 一旦分配的空间太少，如何进行在先扩展？

3、      一旦分配的空间太多，如何缩减？

4、   这一功能是否需要昂贵的卷管理软件工具来实现？

2、安全性

   这种简单的基于磁盘阵列的存储设备是以文件系统的方式出现的服务器上的，这个文件系统可以由任意工具来操作，也可以被任何人访问。一个有意无意的"DEL"就可以毁掉所有备份数据。总之，和文件系统上的其他文件一样脆弱，这意味着很多危险：

1、 会不会由系统管理员的误操作或者其他人的恶意删除导致数据丢失？

2、 会不会被人将数据非法拷贝走，到其他计算机上恢复，导致关键机密的泄露？

3、 会不会被病毒感染，导致备份数据无法恢复？

3、 性能

首先，文件系统本身就可能是性能瓶颈，尤其在多任务、多进程的时候，文件系统很有可能成为整个备份系统的瓶颈。

文件系统难以解决磁盘碎片的问题，磁盘碎片会导致文件系统的性能逐渐下降，而且，当数据量比较大的时候，磁盘碎片的问题很难以解决。

4、功能

   备份管理软件是设计为磁带库使用的，虽然目前绝大部分备份软件都支持使用文件系统作为备份设备，但与使用磁带时的功能有一些差别。这些差别会导致一些严重的问题：

1、一些主流的备份软件在备份数据超过保存期限时，如果使用磁带介质，可以方便的进行介质回收。而如果使用磁盘文件系统，则无法自动回收这部分磁盘空间。系统管理员必须手动的用操作系统命令删除相应的文件。但这一工作是高风险的，因为文件系统是不能区分文件是否超出的了保存期限；

2、 当备份系统因为某种原因丢失了介质索引的时候，一般都可以利用重新扫描磁带重建索引。但如果采用磁盘作为备份设备，备份系统无法对其进行扫描。这样，很有可能所有的数据仍然在存放在磁盘阵列上，但却无法恢复。

3、放在磁盘阵列上的备份数据，无法进行介质复制，将备份数据拷贝到磁带上，进行离线保存。这样，就失去了磁带因此带来的灵活性，如：离线保存、数据移植、异地容灾等。

根据以上的分析，这种简单的利用磁盘阵列直接当备份设备的做法，虽然解决了来自磁带库的问题，但也产生了磁带库设备没有的新问题，而且难以解决。因为，到目前为止，很少有人采用这种办法进行备份。

二、存储技术的新宠儿虚拟带库（VTL ）

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。

为何要把磁盘阵列设备模拟成磁带？

曾经有位客户提出这样一个问题：既然是高性能的磁盘数据管理与较低性能的磁带备份之间的缓冲设备，为什么不采用数据复制的方式将数据直接拷贝到中间设备中呢？也就是说，当这种磁盘备份产品出现时，为什么还要把这个中间设备模拟成磁带库的形式呢？

为了弄清这个问题，我们需要详细分析一下典型存储应用过程中，数据从数据管理设备到数据保护设备的"运行"轨迹。当数据从用户的业务应用系统中产生后，首先存放在数据管理设备中，比如高端磁盘阵列或者NAS（网络附加存储）设备中，此时数据仍然会被经常调用，而当数据访问频率下降且数据量巨大时,需要把它们存储到数据保护设备中，最常见的是磁带库（还有光盘库等）。数据从数据管理设备迁移到数据保护设备的过程，需要复杂的数据管理软件，不仅要管理数据备份、数据恢复过程，还要根据不同的应用需求制定相应的策略。

当磁盘备份产品刚刚产生时，需要尽可能地利用原有各种软件管理产品，还需要利用用户长期形成的购买习惯--在整个存储系统中需要有数据管理设备和数据保护设备，两者缺一不可。

因此，虚拟磁带库通过存储虚拟化技术把一个磁盘存储系统完全模拟成了一个磁带库，包括磁带库机械臂、磁带驱动器、各种类型的磁带以及容量。虚拟磁带库的主要含义是，直接利用现有备份软件的所有强大管理功能。

用虚拟磁带库进行备份（D2D2T）的主要技术优势主要体现在以下几个方面：

1.安全性

首先，备份数据最重要的任务就是保证数据的安全性，从数据的安全性出发，来自病毒、黑客和自然灾难的安全威胁同样需要被考虑。像磁盘的文件系统很容易被攻击访问，而VTL的文件系统和访问磁带类似，磁带的无文件系统格式，决定其天生具备免疫能力。用户不能直接直接访问磁带，被病毒感染的文件也不会感染磁带里面。确保让备份的数据更安全可靠。

2.保持数据的完整一致性

当备份服务器进行数据备份时，就将数据快速传送到系统的磁盘存储中。而进行数据恢复时，备份服务器通过VTL系统将数据恢复到应用系统中。这些备份数据格式和传统备份到磁带上的完全一致。并且通过EXPORT（归档）命令可以将VTL的数据归档到磁带库，也通过IMPORT命令将磁带库上的数据恢复到VTL中。

3.支持远程的数据复制功能

通过IP网络，能将本地的备份数据远程的复制到异地的虚拟磁带库系统中。而且，在两台虚拟磁带库之间的复制作业是在后台由虚拟磁带库完成的。

4.可以模拟现有业内现存的大多数主流磁带库

虚拟磁带库产品可以虚拟出多达8个包括ADIC、STK、Quantum 、HP、IBM在内的众多型号的磁带库库体以及64个DLT、LTO、9840等型号的磁带驱动器，可以支持Windows、Linux、Solaris、AIX、HP-UX操作系统，以及支持所有主流的备份软件，包括国外的Veritas、CA、Legato、BakBone备份软件及国产的中科同向（heartsone backup）备份软件。而且，由于VTL系统可以虚拟出多台磁带库，而不会因此增加成本，用户可以改变原来的工作方式，为每一台服务器虚拟一台专门的磁带库,每台磁带库有自己的磁带机，这样可以进一步提高管理水平和备份性能。。

5.维护扩展方便

由于 VTL的磁盘存储管理十分类似于一般磁盘阵列的方式，可以轻松地插入新磁盘，进行容量的扩展。因此，在首期采购的时候，不必像磁带库一样采用一个很高的配置，而完全可以随着数据量的增长，逐渐加入新磁盘。在后期维护上，由于减少了磁带库的诸多机械故障，其维护成本更加低廉。

此外， VTL系统还有很多明显的优点：由于不会发生磁带库和磁带机的机械故障，也没有磁带失效的问题，备份的成功率明显提升；磁盘阵列设备相比磁带设备的性能优势十分明显，备份和恢复的性能都大大提升。

由于易于维护便于管理以及较低的综合拥有成本，虚拟磁带库适用于中小企业的数据备份系统；同时由于能够提供非常高的备份速度，虚拟磁带库亦可作为大型磁带库产品的前端高速缓存。通过虚拟磁带库产品与存储服务器、磁带库、数据备份软件产品的相关结合，将会为广大用户提供更为全面、灵活的解决方案。

6.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。

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。

综上所述为数据备份系统提供高可靠、高性能、低成本的解决方案，虚拟带库对于操作系统、备份软件来说，就像真实的、自动化的传统物理磁带库设备一样，差别仅是数据存储在磁盘上。使用物理磁盘来加速数据备份并避免了传统备份介质的缺点，而保留了两者（磁带库、磁盘阵列）的优点。达到真正意义上的备份系统的革新，取代了数据存储起始阶段的基于磁带备份的机制。