鼎甲 InfoStor-TL 分(fēn)布式磁帶存儲技術白(bái)皮書(shū)
發布人：Marketing 發布日期：2021-10-19 10:46:21 點擊數：7927
2021.02 第2.1版
冷數據的存儲從來沒有如現在一(yī)般迫切，其增長勢頭，價值體(tǐ)現，來源都與以往不同，磁帶做爲冷數據存儲介質，在現今IT環境中(zhōng)角色越發關鍵，把這個變化比做鳳凰涅磐也毫不誇大(dà)其辭。
此白(bái)皮書(shū)基于這一(yī)背景，磁帶在現有技術條件下(xià)，承載這些新的業務需求的磁帶布署方式也一(yī)樣發生(shēng)了變化，企業對于彈性、簡化以及成本的考量，促使磁帶技術以一(yī)種輕量級的方式提供服務，分(fēn)布式磁帶庫的應用變得更爲廣泛。
分(fēn)布式磁帶庫，以模塊的方式，能夠像搭積木的方式在機房中(zhōng)靈活部署，按照需求擴展，安裝和運維幾乎不需原廠幹預，采用LTFS開(kāi)放(fàng)軟件，使磁帶庫輕松融入客戶整體(tǐ)架構，另外(wài)，最重要的是各項成本和支出表現優異，這使其成爲企業的最佳選擇。
本白(bái)皮書(shū)同時對鼎甲INFOSTOR-TL産品做了基礎性的介紹，爲用戶提供參考，以方便用戶作出最佳決定。
1. 分(fēn)布式磁帶存儲技術
衆所周知(zhī)，磁帶技術幾乎伴随着信息技術而生(shēng)，曾經作爲主存儲使用，有着光輝的曆史，但與硬盤的技術及市場的競争中(zhōng)逐漸勢弱，不斷邊緣化，似有被磁盤技術完全替代的趨勢。然而，随着移動技術，大(dà)數據及雲計算的興旺發展，信息技術革命真正進入數據主導時代。
數據改變一(yī)切，當然也改變了數據存儲的方式，縱覽全球的大(dà)型的雲數據中(zhōng)心，包括Microsoft, Google, AWS, Facebook, 磁帶技術已經被大(dà)規模應用于冷數據存儲，成爲歸檔及備份類應用當仁不讓的第一(yī)選擇。
磁帶技術浴火(huǒ)重生(shēng)，鳳凰涅槃，其背後的驅動力仍在于數據，在于數據的價值，以及這些價值呈現方式，還包括數據的獲取成本，使用時機，難以衡量的生(shēng)命周期，最關鍵的還是數據規模。與其他存儲介質相比，磁帶存儲技術完美契合了這些新的需求，這表現在：
- 從成本上，不論是購買成本(CAPEX, 資(zī)本性支出)，還是運維成本(OPEX,管理性支出)，相比于閃存和硬盤(包括SMR類高密度近線硬盤)，磁帶的成本優勢巨大(dà)，這種數倍甚至十數倍的TCO(總擁有成本)優勢反饋到超大(dà)規模的數據量(通常數百PB甚至數個EB)層面，這就爲企業節省了千萬甚至數億人民币級别的成本支出，這種節省，對改善企業基本面，增強企業顯示競争力，具有無可抵禦的吸引力。
- 從技術上，磁帶技術潛力巨大(dà)，磁錄密度幾乎線性增長，這與磁盤後繼乏力形成鮮明對比，根據現有的路線圖，磁帶介質容量幾乎每3年增長50%甚至100%，實驗室環境中(zhōng)單柄磁帶已經做到了528TB，這确是磁盤甚至閃存難以企及的技術底蘊，更是光盤存儲望塵莫及的。除去(qù)密度之外(wài)，磁帶與生(shēng)俱來的空隙(Air Gap)技術爲網絡及數據安全提供最後的保障。
- 從産品生(shēng)命周期及可靠性來講，磁帶技術(包括磁帶庫，磁帶機和磁帶)可謂超長待機，磁帶的可靠性相較硬盤技術高3個數量級，這使磁帶機和磁帶庫的生(shēng)命周期包括售後在内往往超過20年，而在數據中(zhōng)心中(zhōng)的30年前的磁帶比比皆是。
- 從企業社會責任來講，磁帶技術因其離(lí)線特性，天然對環境較爲友好，電(diàn)力消耗相對于閃存和硬盤來講幾乎忽略不計，這不僅節省運維成本，同時切實踐行了企業的社會責任承諾。除了電(diàn)力消耗，磁帶對環境的友好性還表現在對數據中(zhōng)心的環境要求上，對機架，空氣質量，溫濕度等等相比于其他存儲介質均較爲寬松。
1.2 LTO磁帶技術及路線圖
LTO 技術聯盟 (LTO Consortium)提供開(kāi)放(fàng)磁帶技術發展路線，包括LTO Ultrium磁帶技術以及LTFS (Linear Tape File System)磁帶開(kāi)源文件系統，聯盟廠商(shāng)采用統一(yī)的技術路線，提供标準化，統一(yī)開(kāi)放(fàng)的産品，使磁帶技術能得以簡單有效的方式提供給客戶。
LTO Ultrium的技術路線如圖1所示，2020年4季度末，LTO9産品已發布，并計劃于2021年第一(yī)季度向市場推出相應的産品。按照LTO聯盟的技術路線圖，今後的磁帶密度皆比上一(yī)代提升一(yī)倍。
圖1：LTO Ultrium磁帶技術路線圖
附表1則爲目前及未來市場中(zhōng)的LTO磁帶技術的數據表：
| LTO 6 | LTO 7 | LTO 8 | M8 | LTO 9 | LTO 10 | LTO 11 | LTO 12 | |
| 發布時間 | 2012/12 | 2015/12 | 2017/12 | 2020/09 | 2023*** | 2026*** | 2029*** | |
| 磁帶裸容量 (TB) | 2.5 | 6 | 12 | 9 | 18 | 36 | 72 | 144 |
| 磁帶壓縮容量 (TB)* | 6.25 | 15 | 30 | 22.5 | 45 | 90 | 180 | 360 |
| 磁帶長度(m) | 846 | 960 | 960 | 960 | 1035 | / | / | / |
| 磁帶材料 | MP或BaFe | BaFe | BaFe | BaFe | / | / | / | / |
| 磁帶内存 (KiB) | 16 | 16 | 16 | 16 | / | / | / | / |
| 磁帶機未壓縮最大(dà)讀寫速度(MB/s) | 160 | 300 | 360 | 300 | 400 | 1100** | / | / |
| 磁帶機壓縮後最大(dà)讀寫速度(MB/s) | 400 | 750 | 900 | 750 | 1000 | 2750** | / | / |
| 全磁帶寫入時間(按未壓縮速度hh:mm) | 04:20 | 05:33 | 09:16 | 08:20 | 12:30 | 12:07** | / | / |
| WORM | 可以 | 可以 | 可以 | 不可以 | 可以 | / | / | / |
| 加密 | 可以 | 可以 | 可以 | 可以 | 可以 | / | / | / |
| 注: * 磁帶按2.5:1壓縮； **爲技術計劃；***爲預計時間； “/”表示尚無可披露數據 | ||||||||
1.3 冷數據存儲技術方向以及對磁帶庫的要求
根據IDC的預測，企業數據産生(shēng)的年度複合增長率水平爲40%-50%，每2-3年數據增長一(yī)倍，這也意味着全球範圍内，數據在2025年之前将達到甚至超過200ZB，其中(zhōng)産生(shēng)于中(zhōng)國的數據将占據1/4。在這些數據中(zhōng)，溫冷數據占據總量的90%, 按照IDC的定義，超過30天的純冷數據則占總量的60%以上，這就是說，即便在中(zhōng)國，屆時每年會有将近30ZB的冷數據需要存儲。
與數據爆發式容量增長的同時，冷數據的價值體(tǐ)現也在發生(shēng)改變，或者說，數據的價值呈現變得多元化，既存在數據價值相對較高的數據庫，ERP類的數據，這類數據增長相對平緩；也存在大(dà)量AI科學訓練，媒體(tǐ)及醫學影像數據這類相對價值稀薄的數據；還包括爲滿足政策法規要求所必須存儲的價值幾乎爲零的數據，可以說數據的價值是與其複原或恢複的概率直接相關。
大(dà)幅降低冷數據單位存儲成本，這個要求變得愈發迫切，在存儲介質一(yī)端，閃存通過技術的更新（如3D NAND）大(dà)幅增加容量以降低成本，而希捷大(dà)規模HAMR (Heat Assited magnetic Recording)，西數借助MAMR (Microwave Assisted Magnetic Recards)技術期望提升硬盤容量，但值得指出的是磁記錄面密度的提升，磁帶的可提升空間相較于磁盤具有巨大(dà)優勢，2020年底，Fujifilm聯合IBM發布基于锶鐵氧體(tǐ)(SrFe)技術的磁帶技術，單柄磁帶容量達到580TB，而磁記錄面密度也僅僅約爲12TB硬盤密度的1/3。從技術角度而言，磁帶是唯一(yī)能解決這一(yī)要求的唯一(yī)選擇，包括DNA存儲，5D晶體(tǐ)技術，磁阻式随機訪問存儲器(MRAM)都無法勝任。
包括Google、微軟、AWS一(yī)批雲計算廠商(shāng)大(dà)規模部署磁帶庫，雲應用也改變了磁帶庫的傳統應用方式，最明顯的莫過于采用對象接口(S3)方式，在這方面有開(kāi)源項目可供利用，如OpenStack Swift，名爲SwiftHLM的組件可插入OpenStack Swift堆棧以便在系統中(zhōng)添加磁帶作爲二級或三級存儲使用，當然有更多的商(shāng)業對象存儲軟件可供選擇，比如Xtreme Store以及PoINT歸檔網關等等。
冷數據應用還體(tǐ)現在量子計算領域，現有的非對稱加密算法ECC，RSA以及AES-128/256都将變得不安全，新的量子安全加密(QSC)機制已經提上日程，技術上，加密的數據無法壓縮(compresion)或除重(dedup)，這對磁帶機的性能也提出了要求。另外(wài)，在超大(dà)規模歸檔存儲中(zhōng)，糾删碼(EC)的使用會大(dà)幅降低數據存儲的安全成本，使用糾删碼的環境下(xià)，作爲可移動存儲，磁帶與硬盤及SSD有着很大(dà)不同，實踐中(zhōng)需要利用獨特方法例如小(xiǎo)文件的聚合及片段讀取以提升整體(tǐ)性能。
雲，AI以及邊緣計算的另一(yī)個技術趨向在于磁帶庫部署方式的改變，多點部署，業務可彈性，簡化運維已成爲互聯網及雲計算廠商(shāng)的三大(dà)基礎要求，基于這些要求，分(fēn)布式磁帶庫成爲更切實的選擇。
1.4 集中(zhōng)式及分(fēn)布式磁帶存儲技術選擇
從産品形态上，集中(zhōng)式磁帶存儲技術最重要的技術特性表現在可橫向擴展上，例如IBM TS4500，昆騰Scalar i6000等産品，集中(zhōng)式磁帶存儲技術更多的應用在一(yī)兩個數據中(zhōng)心中(zhōng)，單個磁帶庫可擴充至一(yī)萬甚至數萬個磁帶槽位，同時賦予大(dà)量I/O槽位以便磁帶離(lí)庫操作，軟件上配置齊全，如磁帶虛拟化，多路徑以滿足傳統的，大(dà)規模備份和歸檔需要。配置強大(dà)是集中(zhōng)式磁帶技術的優勢，但這種形态的磁帶庫劣勢同樣明顯，首先，其安裝相當複雜(zá)，很多情景下(xià)需要機房改造，全程需要原廠介入，其次，運維難度較高，有較高的學習成本，故障後隻能依靠原廠資(zī)源，再有，部署無法靈活，遷移成本代價高昂，如果涉及到數據的大(dà)規模遠程複制難度幾乎無法想象，最後，集中(zhōng)式存儲的硬件價格，軟件許可，售後維保成本都比較昂貴。
如上文所述，分(fēn)布式磁帶存儲技術是類似于雲歸檔存儲部署的最佳選擇，集中(zhōng)式磁帶技術的劣勢在新的技術環境中(zhōng)則成爲優勢，分(fēn)布式磁帶技術從機械構件上相對簡單，通常單機架部署，可充分(fēn)利用現有機架空間，容量可通過3U或6U模塊擴充；安裝及維護簡單，部件可熱插拔或僅需要較短的停機窗口更換并重新啓用，這些過程基本上可不需要原廠參與，在數據需要大(dà)規模遷移的情況下(xià)，甚至可以直接以物(wù)理遷移的方式，将一(yī)個數據中(zhōng)心的磁帶庫運送并挂載到新的數據中(zhōng)心使用，數據使用完畢後，再拆卸運送回原處或其他數據中(zhōng)心使用，這會極大(dà)降低網絡開(kāi)銷并切實提升業務效率。
在實際部署中(zhōng)，分(fēn)布式磁帶存儲技術可以圖2所示類似以細胞(Cell)形式無限擴展，每個細胞都由一(yī)組磁帶庫模塊構成，單個細胞内獨立擁有一(yī)個緩存及數據庫節點(服務器)，也可多個細胞共享一(yī)個節點(服務器)，節點提供的功能包括元數據(metadata)管理，HTTP接口服務, 或作爲備份服務器，另外(wài)最重要的的是作爲讀寫緩存(cache)，作爲應用和帶庫之間的臨時性存儲池。
圖2：分(fēn)布式磁帶存儲細胞化部署
在細胞化結構中(zhōng)，節點之間通過以太網連接，節點和磁帶庫之間囿于現有技術可以FC或SAS方式直連，也可通過FC SAN交換機集中(zhōng)式管理，在一(yī)些商(shāng)業軟件中(zhōng)，節點和磁帶機之間構築分(fēn)區，這種分(fēn)區可以專有也可以動态方式存在，每個分(fēn)區所管理的磁帶(catridge)則固定不變。節點之間可互爲冗餘，當某個節點發生(shēng)故障時，其他節點可接管故障節點所管理的分(fēn)區。如圖3所示：
圖3：PAG的動态分(fēn)區架構 (使用交換機及3/4 EC部署)
2. 鼎甲infostor-TL分(fēn)布式磁帶存儲産品
2.1 INFOSTOR-TL磁帶庫總體(tǐ)情況
INFOSTOR-TL磁帶庫大(dà)緻可分(fēn)爲兩類，一(yī)類爲中(zhōng)小(xiǎo)客戶備份所需的入門級自動加載器及磁帶庫, 均爲機架安裝，包括1U和2U兩種形态；另一(yī)類則爲模塊化分(fēn)布式磁帶庫，每個模塊以3U或6U形式體(tǐ)現，可擴展至1個标準機架。
表2：爲入門級自動加載器及磁帶庫技術參數彙總如下(xià)：
| 1U磁帶自動加載器 | 2U磁帶庫 | |
| 型号 | FlexStor 1U | FlexStor 2U |
| 安裝方式及機架高度 | 機架, 1U | 機架, 2U |
| 磁帶機數量 | 1個半高 | 1個全高或2個半高 |
| 磁帶機接口 | SAS, iSCSI, FC | SAS, iSCSI, FC |
| 可支持的磁帶機 | LTO6, 7, 8, 9* | LTO6, 7, 8, 9* |
| 磁帶總槽位數 | 8 | 24 |
| I/O槽位數 | 1 | 1 |
| 機器人MCBF | 50萬次 | 50萬次 |
| 電(diàn)源數量 | 1 | 1 |
| 電(diàn)源功率 | 80W | 160W |
| 噪音輻射 | ≤ 5.8dB | ≤ 5.8dB |
| 溫度 | 10°C – 35°C | 10°C – 35°C |
| 相對濕度 | 20% -80% | 20% – 80% |
| 尺寸 | 447.5x740x43.8mm | 447.5x740x87.6mm |
| 重量 | 10Kg (不含磁帶) | 12Kg (不含磁帶) |
| *表示計劃； | ||
2.2 INFOSTOR-TL分(fēn)布式磁帶庫
INFOSTOR-TL分(fēn)布式磁帶庫技術參數可彙總如下(xià)：
- （1）3U/42U塊化磁帶庫
| 3U模塊 | 42U磁帶庫 | |
| 型号 | Multistor 3U | / |
| 安裝方式及機架高度 | 機架, 3U | 機架, 42U, 1個基本模塊, 13個擴展模塊 |
| 磁帶機數量 | 3個半高或1個全高或1個全高+1個半高 | 14個全高或42個半高或14個全高+14個半高 |
| 磁帶機接口 | SAS, FC | |
| 可支持的磁帶機 | LTO6, 7, 8, 9* | |
| 磁帶總槽位數 | 80 | 560 |
| I/O槽位數 | 5 | 最大(dà)70個 |
| 帶倉數量 | 2 | 28 |
| 操作前面闆 | 3.5”顯示器; 配置, 管理, 狀态及診斷菜單 | |
| 遠程管理接口 | 通過标準以太網連接(10/100/1000 Mbit), 基于Web管理 | |
| 安全 | SSL/TLS 1.2, 用戶管理/LDAP集成 | |
| 網絡協議 | IPv4/IPv6 | |
| 錯誤及告警(alert)管理 | SNMP Trap告警, 錯誤及警報郵件告警系統 | |
| 分(fēn)區 | 20 | |
| 機器人MCBF | 100萬次 | |
| 電(diàn)源數量 | 2 | 最大(dà)28個 |
| 單個電(diàn)源最大(dà)功率 | 300W | |
| 噪音輻射 | ≤ 5.8dB | |
| 海拔 | 5000m | |
| 溫度 | 10°C – 35°C | 10°C – 35°C |
| 相對濕度 | 20% -80% | 20% – 80% |
| 單模塊尺寸 | 475x892x134mm | 475x892x134mm |
| 重量 | 20Kg (不含磁帶) | 280Kg (不含磁帶) |
| *表示計劃； | ||
- （2）6U/42U塊化磁帶庫
| 6U模塊 | 42U磁帶庫 | |
| 型号 | Multistak 6U | / |
| 安裝方式及機架高度 | 機架, 6U | 機架, 42U, 1個基本模塊, 6個擴展模塊 |
| 磁帶機數量 | 6個半高或3個全高 | 21個全高或42個半高 |
| 磁帶機接口 | SAS, FC | |
| 可支持的磁帶機 | LTO6, 7, 8, 9* | |
| 磁帶總槽位數 | 80 | 560 |
| I/O槽位數 | 5 | 最大(dà)70個 |
| 帶倉數量 | 2 | 14 |
| 操作前面闆 | 5.7”觸碰顯示器; 配置, 管理, 狀态及診斷菜單 | |
| 遠程管理接口 | 通過标準以太網連接(10/100/1000 Mbit), 基于Web管理 | |
| 安全 | SSL/TLS 1.2, 用戶管理/LDAP集成 | |
| 網絡協議 | IPv4/IPv6 | |
| 錯誤及告警(alert)管理 | SNMP Trap告警, 錯誤及警報郵件告警系統 | |
| 分(fēn)區 | 20 | |
| 機器人MCBF | 200萬次 | |
| 電(diàn)源數量 | 2 | 最大(dà)14個 |
| 單個電(diàn)源最大(dà)功率 | 300W | |
| 噪音輻射 | ≤ 5.8dB | ≤ 5.8dB |
| 海拔 | 5000m | |
| 溫度 | 10°C – 35°C | 10°C – 35°C |
| 相對濕度 | 20% -80% | 20% – 80% |
| 單模塊尺寸 | 475x892x268mm | |
| 重量 | 44Kg (不含磁帶) | 308Kg (不含磁帶) |
| *表示計劃； | ||
- （3）适配的LTO驅動器
| LTO驅動器 | 接口及高度 |
| LTO 6 | LTO 6 HH FC 單口半高
LTO 6 HH FC 雙口半高 LTO 6 HH SAS 雙口半高 |
| LTO 7 | LTO 7 HH FC 單口半高
LTO 7 HH FC 雙口半高 LTO 7 HH SAS 雙口半高 |
| LTO 8 | LTO 8 HH FC 單口半高
LTO 8 HH FC 雙口半高 LTO 8 FH FC 雙口半高 LTO 8 HH SAS 雙口全高 |
- （4）支持的SAS及FC接口速度
| 接口 | LTO磁帶機 | 端口速率 |
| SAS | LTO 6/7/8/9 | 1.5 Gbps, 3 Gbps, 6 Gbps |
| FC | LTO 6/7/8/9 | 2 Gbps, 4 Gbps, 8 Gbps |
- （5）Ultrium LTO 讀寫兼容性表
| LTO 5磁帶機 | LTO 6磁帶機 | LTO 7磁帶機 | LTO 8磁帶機 | |
| LTO 5磁帶(未加密) | 讀/寫 | 讀/寫 | 隻讀 | |
| LTO 5磁帶(加密) | 讀/寫(使用密鑰) | 讀/寫(使用密鑰) | 隻讀(使用密鑰) | |
| LTO 6磁帶(未加密) | 讀/寫 | 讀/寫 | ||
| LTO 6磁帶(加密) | 讀/寫(使用密鑰) | 讀/寫(使用密鑰) | ||
| LTO 7磁帶(未加密) | 讀/寫 | 讀/寫 | ||
| LTO 7磁帶(加密) | 讀/寫(使用密鑰) | 讀/寫(使用密鑰) | ||
| LTO 8磁帶(未加密) | 讀/寫 | |||
| LTO 8磁帶(加密) | 讀/寫(使用密鑰) |
