2021.02?第2.1版

冷數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)從來沒有如現(xiàn)在一般迫切，其增長勢(shì)頭，價(jià)值體現(xiàn)，來源都與以往不同，磁帶做為冷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，在現(xiàn)今IT環(huán)境中角色越發(fā)關(guān)鍵，把這個(gè)變化比做鳳凰涅磐也毫不夸大其辭。

此白皮書基于這一背景，磁帶在現(xiàn)有技術(shù)條件下，承載這些新的業(yè)務(wù)需求的磁帶布署方式也一樣發(fā)生了變化，企業(yè)對(duì)于彈性、簡化以及成本的考量，促使磁帶技術(shù)以一種輕量級(jí)的方式提供服務(wù)，分布式磁帶庫的應(yīng)用變得更為廣泛。

分布式磁帶庫，以模塊的方式，能夠像搭積木的方式在機(jī)房中靈活部署，按照需求擴(kuò)展，安裝和運(yùn)維幾乎不需原廠干預(yù)，采用LTFS開放軟件，使磁帶庫輕松融入客戶整體架構(gòu)，另外，最重要的是各項(xiàng)成本和支出表現(xiàn)優(yōu)異，這使其成為企業(yè)的最佳選擇。

本白皮書同時(shí)對(duì)鼎甲INFOSTOR-TL產(chǎn)品做了基礎(chǔ)性的介紹，為用戶提供參考，以方便用戶作出最佳決定。

1.?分布式磁帶存儲(chǔ)技術(shù)

1.1 磁帶技術(shù)的重生

眾所周知，磁帶技術(shù)幾乎伴隨著信息技術(shù)而生，曾經(jīng)作為主存儲(chǔ)使用，有著光輝的歷史，但與硬盤的技術(shù)及市場(chǎng)的競爭中逐漸勢(shì)弱，不斷邊緣化，似有被磁盤技術(shù)完全替代的趨勢(shì)。然而，隨著移動(dòng)技術(shù)，大數(shù)據(jù)及云計(jì)算的興旺發(fā)展，信息技術(shù)革命真正進(jìn)入數(shù)據(jù)主導(dǎo)時(shí)代。

數(shù)據(jù)改變一切，當(dāng)然也改變了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方式，縱覽全球的大型的云數(shù)據(jù)中心，包括Microsoft, Google, AWS, Facebook, 磁帶技術(shù)已經(jīng)被大規(guī)模應(yīng)用于冷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，成為歸檔及備份類應(yīng)用當(dāng)仁不讓的第一選擇。

磁帶技術(shù)浴火重生，鳳凰涅槃，其背后的驅(qū)動(dòng)力仍在于數(shù)據(jù)，在于數(shù)據(jù)的價(jià)值，以及這些價(jià)值呈現(xiàn)方式，還包括數(shù)據(jù)的獲取成本，使用時(shí)機(jī)，難以衡量的生命周期，最關(guān)鍵的還是數(shù)據(jù)規(guī)模。與其他存儲(chǔ)介質(zhì)相比，磁帶存儲(chǔ)技術(shù)完美契合了這些新的需求，這表現(xiàn)在：

• 從成本上，不論是購買成本(CAPEX, 資本性支出)，還是運(yùn)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(yōu)勢(shì)巨大，這種數(shù)倍甚至十?dāng)?shù)倍的TCO(總擁有成本)優(yōu)勢(shì)反饋到超大規(guī)模的數(shù)據(jù)量(通常數(shù)百PB甚至數(shù)個(gè)EB)層面，這就為企業(yè)節(jié)省了千萬甚至數(shù)億人民幣級(jí)別的成本支出，這種節(jié)省，對(duì)改善企業(yè)基本面，增強(qiáng)企業(yè)顯示競爭力，具有無可抵御的吸引力。
• 從技術(shù)上，磁帶技術(shù)潛力巨大，磁錄密度幾乎線性增長，這與磁盤后繼乏力形成鮮明對(duì)比，根據(jù)現(xiàn)有的路線圖，磁帶介質(zhì)容量幾乎每3年增長50%甚至100%，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中單柄磁帶已經(jīng)做到了528TB，這確是磁盤甚至閃存難以企及的技術(shù)底蘊(yùn)，更是光盤存儲(chǔ)望塵莫及的。除去密度之外，磁帶與生俱來的空隙(Air Gap)技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)安全提供最后的保障。
• 從產(chǎn)品生命周期及可靠性來講，磁帶技術(shù)(包括磁帶庫，磁帶機(jī)和磁帶)可謂超長待機(jī)，磁帶的可靠性相較硬盤技術(shù)高3個(gè)數(shù)量級(jí)，這使磁帶機(jī)和磁帶庫的生命周期包括售后在內(nèi)往往超過20年，而在數(shù)據(jù)中心中的30年前的磁帶比比皆是。
• 從企業(yè)社會(huì)責(zé)任來講，磁帶技術(shù)因其離線特性，天然對(duì)環(huán)境較為友好，電力消耗相對(duì)于閃存和硬盤來講幾乎忽略不計(jì)，這不僅節(jié)省運(yùn)維成本，同時(shí)切實(shí)踐行了企業(yè)的社會(huì)責(zé)任承諾。除了電力消耗，磁帶對(duì)環(huán)境的友好性還表現(xiàn)在對(duì)數(shù)據(jù)中心的環(huán)境要求上，對(duì)機(jī)架，空氣質(zhì)量，溫濕度等等相比于其他存儲(chǔ)介質(zhì)均較為寬松。

1.2?LTO磁帶技術(shù)及路線圖

LTO 技術(shù)聯(lián)盟 (LTO Consortium)提供開放磁帶技術(shù)發(fā)展路線，包括LTO Ultrium磁帶技術(shù)以及LTFS (Linear Tape File System)磁帶開源文件系統(tǒng)，聯(lián)盟廠商采用統(tǒng)一的技術(shù)路線，提供標(biāo)準(zhǔn)化，統(tǒng)一開放的產(chǎn)品，使磁帶技術(shù)能得以簡單有效的方式提供給客戶。

LTO Ultrium的技術(shù)路線如圖1所示，2020年4季度末，LTO9產(chǎn)品已發(fā)布，并計(jì)劃于2021年第一季度向市場(chǎng)推出相應(yīng)的產(chǎn)品。按照LTO聯(lián)盟的技術(shù)路線圖，今后的磁帶密度皆比上一代提升一倍。

圖1：LTO Ultrium磁帶技術(shù)路線圖

附表1則為目前及未來市場(chǎng)中的LTO磁帶技術(shù)的數(shù)據(jù)表：

1.3?冷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)方向以及對(duì)磁帶庫的要求

根據(jù)IDC的預(yù)測(cè)，企業(yè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的年度復(fù)合增長率水平為40%-50%，每2-3年數(shù)據(jù)增長一倍，這也意味著全球范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)在2025年之前將達(dá)到甚至超過200ZB，其中產(chǎn)生于中國的數(shù)據(jù)將占據(jù)1/4。在這些數(shù)據(jù)中，溫冷數(shù)據(jù)占據(jù)總量的90%, 按照IDC的定義，超過30天的純冷數(shù)據(jù)則占總量的60%以上，這就是說，即便在中國，屆時(shí)每年會(huì)有將近30ZB的冷數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)。

與數(shù)據(jù)爆發(fā)式容量增長的同時(shí)，冷數(shù)據(jù)的價(jià)值體現(xiàn)也在發(fā)生改變，或者說，數(shù)據(jù)的價(jià)值呈現(xiàn)變得多元化，既存在數(shù)據(jù)價(jià)值相對(duì)較高的數(shù)據(jù)庫，ERP類的數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)增長相對(duì)平緩；也存在大量AI科學(xué)訓(xùn)練，媒體及醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)這類相對(duì)價(jià)值稀薄的數(shù)據(jù)；還包括為滿足政策法規(guī)要求所必須存儲(chǔ)的價(jià)值幾乎為零的數(shù)據(jù)，可以說數(shù)據(jù)的價(jià)值是與其復(fù)原或恢復(fù)的概率直接相關(guān)。

大幅降低冷數(shù)據(jù)單位存儲(chǔ)成本，這個(gè)要求變得愈發(fā)迫切，在存儲(chǔ)介質(zhì)一端，閃存通過技術(shù)的更新（如3D NAND）大幅增加容量以降低成本，而希捷大規(guī)模HAMR (Heat Assited magnetic Recording)，西數(shù)借助MAMR (Microwave Assisted Magnetic Recards)技術(shù)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優(yōu)勢(shì)，2020年底，F(xiàn)ujifilm聯(lián)合IBM發(fā)布基于鍶鐵氧體(SrFe)技術(shù)的磁帶技術(shù)，單柄磁帶容量達(dá)到580TB，而磁記錄面密度也僅僅約為12TB硬盤密度的1/3。從技術(shù)角度而言，磁帶是唯一能解決這一要求的唯一選擇，包括DNA存儲(chǔ)，5D晶體技術(shù)，磁阻式隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(MRAM)都無法勝任。

包括Google、微軟、AWS一批云計(jì)算廠商大規(guī)模部署磁帶庫，云應(yīng)用也改變了磁帶庫的傳統(tǒng)應(yīng)用方式，最明顯的莫過于采用對(duì)象接口(S3)方式，在這方面有開源項(xiàng)目可供利用，如OpenStack Swift，名為SwiftHLM的組件可插入OpenStack Swift堆棧以便在系統(tǒng)中添加磁帶作為二級(jí)或三級(jí)存儲(chǔ)使用，當(dāng)然有更多的商業(yè)對(duì)象存儲(chǔ)軟件可供選擇，比如Xtreme Store以及PoINT歸檔網(wǎng)關(guān)等等。

冷數(shù)據(jù)應(yīng)用還體現(xiàn)在量子計(jì)算領(lǐng)域，現(xiàn)有的非對(duì)稱加密算法ECC，RSA以及AES-128/256都將變得不安全，新的量子安全加密(QSC)機(jī)制已經(jīng)提上日程，技術(shù)上，加密的數(shù)據(jù)無法壓縮(compresion)或除重(dedup)，這對(duì)磁帶機(jī)的性能也提出了要求。另外，在超大規(guī)模歸檔存儲(chǔ)中，糾刪碼(EC)的使用會(huì)大幅降低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全成本，使用糾刪碼的環(huán)境下，作為可移動(dòng)存儲(chǔ)，磁帶與硬盤及SSD有著很大不同，實(shí)踐中需要利用獨(dú)特方法例如小文件的聚合及片段讀取以提升整體性能。

云，AI以及邊緣計(jì)算的另一個(gè)技術(shù)趨向在于磁帶庫部署方式的改變，多點(diǎn)部署，業(yè)務(wù)可彈性，簡化運(yùn)維已成為互聯(lián)網(wǎng)及云計(jì)算廠商的三大基礎(chǔ)要求，基于這些要求，分布式磁帶庫成為更切實(shí)的選擇。

1.4?集中式及分布式磁帶存儲(chǔ)技術(shù)選擇

從產(chǎn)品形態(tài)上，集中式磁帶存儲(chǔ)技術(shù)最重要的技術(shù)特性表現(xiàn)在可橫向擴(kuò)展上，例如IBM TS4500，昆騰Scalar i6000等產(chǎn)品，集中式磁帶存儲(chǔ)技術(shù)更多的應(yīng)用在一兩個(gè)數(shù)據(jù)中心中，單個(gè)磁帶庫可擴(kuò)充至一萬甚至數(shù)萬個(gè)磁帶槽位，同時(shí)賦予大量I/O槽位以便磁帶離庫操作，軟件上配置齊全，如磁帶虛擬化，多路徑以滿足傳統(tǒng)的，大規(guī)模備份和歸檔需要。配置強(qiáng)大是集中式磁帶技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，但這種形態(tài)的磁帶庫劣勢(shì)同樣明顯，首先，其安裝相當(dāng)復(fù)雜，很多情景下需要機(jī)房改造，全程需要原廠介入，其次，運(yùn)維難度較高，有較高的學(xué)習(xí)成本，故障后只能依靠原廠資源，再有，部署無法靈活，遷移成本代價(jià)高昂，如果涉及到數(shù)據(jù)的大規(guī)模遠(yuǎn)程復(fù)制難度幾乎無法想象，最后，集中式存儲(chǔ)的硬件價(jià)格，軟件許可，售后維保成本都比較昂貴。

如上文所述，分布式磁帶存儲(chǔ)技術(shù)是類似于云歸檔存儲(chǔ)部署的最佳選擇，集中式磁帶技術(shù)的劣勢(shì)在新的技術(shù)環(huán)境中則成為優(yōu)勢(shì)，分布式磁帶技術(shù)從機(jī)械構(gòu)件上相對(duì)簡單，通常單機(jī)架部署，可充分利用現(xiàn)有機(jī)架空間，容量可通過3U或6U模塊擴(kuò)充；安裝及維護(hù)簡單，部件可熱插拔或僅需要較短的停機(jī)窗口更換并重新啟用，這些過程基本上可不需要原廠參與，在數(shù)據(jù)需要大規(guī)模遷移的情況下，甚至可以直接以物理遷移的方式，將一個(gè)數(shù)據(jù)中心的磁帶庫運(yùn)送并掛載到新的數(shù)據(jù)中心使用，數(shù)據(jù)使用完畢后，再拆卸運(yùn)送回原處或其他數(shù)據(jù)中心使用，這會(huì)極大降低網(wǎng)絡(luò)開銷并切實(shí)提升業(yè)務(wù)效率。

在實(shí)際部署中，分布式磁帶存儲(chǔ)技術(shù)可以圖2所示類似以細(xì)胞(Cell)形式無限擴(kuò)展，每個(gè)細(xì)胞都由一組磁帶庫模塊構(gòu)成，單個(gè)細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立擁有一個(gè)緩存及數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)(服務(wù)器)，也可多個(gè)細(xì)胞共享一個(gè)節(jié)點(diǎn)(服務(wù)器)，節(jié)點(diǎn)提供的功能包括元數(shù)據(jù)(metadata)管理，HTTP接口服務(wù), 或作為備份服務(wù)器，另外最重要的的是作為讀寫緩存(cache)，作為應(yīng)用和帶庫之間的臨時(shí)性存儲(chǔ)池。

圖2：分布式磁帶存儲(chǔ)細(xì)胞化部署

在細(xì)胞化結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)之間通過以太網(wǎng)連接，節(jié)點(diǎn)和磁帶庫之間囿于現(xiàn)有技術(shù)可以FC或SAS方式直連，也可通過FC SAN交換機(jī)集中式管理，在一些商業(yè)軟件中，節(jié)點(diǎn)和磁帶機(jī)之間構(gòu)筑分區(qū)，這種分區(qū)可以專有也可以動(dòng)態(tài)方式存在，每個(gè)分區(qū)所管理的磁帶(catridge)則固定不變。節(jié)點(diǎn)之間可互為冗余，當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，其他節(jié)點(diǎn)可接管故障節(jié)點(diǎn)所管理的分區(qū)。如圖3所示：

圖3：PAG的動(dòng)態(tài)分區(qū)架構(gòu) (使用交換機(jī)及3/4 EC部署)

2.?鼎甲infostor-TL分布式磁帶存儲(chǔ)產(chǎn)品

2.1 INFOSTOR-TL磁帶庫總體情況

INFOSTOR-TL磁帶庫大致可分為兩類，一類為中小客戶備份所需的入門級(jí)自動(dòng)加載器及磁帶庫, 均為機(jī)架安裝，包括1U和2U兩種形態(tài)；另一類則為模塊化分布式磁帶庫，每個(gè)模塊以3U或6U形式體現(xiàn)，可擴(kuò)展至1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架。

表2：為入門級(jí)自動(dòng)加載器及磁帶庫技術(shù)參數(shù)匯總?cè)缦拢?/p>

2.2?INFOSTOR-TL分布式磁帶庫

INFOSTOR-TL分布式磁帶庫技術(shù)參數(shù)可匯總?cè)缦拢?/p>

• （1）3U/42U塊化磁帶庫

• （2）6U/42U塊化磁帶庫

• （3）適配的LTO驅(qū)動(dòng)器

• （4）支持的SAS及FC接口速度

• （5）Ultrium LTO 讀寫兼容性表