虚拟带库缩短了“窗口”

数据备份是信息系统中保护数据的必要手段，怎样规划备份系统也就成为IT 经理们必然要面临的一个问题。备份是一项经常性的工作，其过程对服务器CPU、I/O及网络资源占用都非常严重，为了降低备份过程对应用系统的性能影响，企业IT 部门以及存储系统厂商们一直在做着各种各样的努力，始终追求的一个目标是：怎样缩短备份窗口。

磁盘阵列生产厂家提供快照或卷拷贝软件功能来降低备份过程对生产系统的影响；备份管理软件厂家通过支持并行流、Tape RAID（数据在多驱动器间条带化）等功能提高备份效率；磁带驱动器厂家不断推陈出新，每一代新的驱动技术都会使驱动器的读写速度大幅提高；磁带库生产厂家也在通过改善库体结构、优化机械手运动轨迹、提高机械手抓取速度来提高备份效率。不同的厂商从不同的角度解决问题，但殊途同归，都是为了缩短备份窗口这一目标。近一两年，部分磁带库厂商从新的着眼点解决这个问题，推出了虚拟带库（Virtual Tape Library，或称Diskbased Backup）的产品和解决方案。这种解决方案能够有效地缩短备份窗口，并提高备份可靠性，大幅提高恢复速度，但目前这种做法尚未普及。为了让更多读者了解这种新技术，让信息主管们在进行备份系统规划或优化时多一种选择，我们在此介绍一下虚拟带库相关技术、特性及适用环境等。

缘何虚拟带库

众所周知，磁带介质因具有容量大、价格低、寿命长及可移动存放的特点，已成为主要的备份介质，但由于磁带驱动器的读写速度较磁盘慢很多，因此磁带无法用于在线数据存储；相反磁盘具有读写速度快的优点，适用于对响应速度要求高的在线系统，但由于其单位容量价格高，且磁盘寿命不适于长期保存归档数据，所以建设备份系统时一般不采用磁盘介质。直到近一两年，随着ATA 及串行ATA 技术的快速发展，采用ATA 接口的大容量磁盘使磁盘在单位容量的价格方面与磁带接近，于是存储厂商们发现了新的市场空间――用磁盘做备份系统的介质来缩短备份窗口。如果将磁盘阵列直接用做备份设备还存在一些问题，需要备份软件作较大的改动，因此磁带库生产厂商就采用将磁盘阵列仿真成磁带库的办法。

虚拟带库的产生是数据保护技术的一个进步，将会成为数据保护方面的主流产品。

备份端口如何缩

传统的备份模式由备份服务器、备份客户端（即需要进行数据备份的应用服务器）、备份管理软件和磁带库组成。图1以LAN-free备份方式为例说明传统备份模式的工作原理。在备份服务器的控制下，备份数据流经过SAN 网络和备份客户端写入磁带库。采用了虚拟磁带库的备份模式由备份服务器、备份客户端（即需要进行数据备份的应用服务器）、备份管理软件、虚拟带库和磁带库组成。虚拟带库虽然是以磁盘为存储介质的设备，但服务器端看到的是仿真的带库及磁带驱动器。图2 说明采用了虚拟带库后备份系统的工作原理。在备份服务器的控制下，备份数据流经过 SAN网络和应用服务器写入虚拟带库，再从虚拟带库迁移到磁带库，迁移过程是根据备份软件制定的策略在后台进行的，对应用服务器完全透明，数据流也不经过应用服务器。

采用了虚拟带库的备份系统，磁带库并不是必需的设备，也就是说备份到虚拟带库里的数据不一定要迁移到磁带库里。究竟是否要把数据迁移到磁带库，还要视应用系统的具体情况及用户的投资情况而定。要知道虚拟带库虽然具有备份效率高的优点，但不具备磁带介质所具有的某些特点，还不能完全取代磁带库。例如对于某些归档数据，可能几年也访问不到，但用户要保存的年限比较长，这时候把数据归档到磁带介质上更便于保存和管理，因为磁带的寿命是30 年，而磁盘的平均寿命只有 5 年左右。有些用户需要把备份数据生成多个拷贝，然后把其中1 个或2 个拷贝存放在异地达到容灾的目的，这更是磁盘介质无法做到的。另外，虽然大容量 ATA 磁盘使磁盘存储的价格大幅降低，但与磁带相比较仍然要贵一些，因此当备份系统的数据量非常大时，用虚拟带库做备份系统的缓存而将大量归档数据迁移到磁带库仍然是一种经济的做法。

哪些用户最适用

虚拟带库的出现为备份系统的建设提供了新的选择，为缩短备份窗口提供了新的工具。那么它究竟适用于什么样的系统环境呢？

数据量大的关键业务系统的备份。一般关键业务系统对应用系统性能要求高，因此对备份窗口有比较严格的限制，而数据量越大，备份窗口问题就越成为信息系统建设面临的挑战。在传统的备份模式中，系统的设计者往往是通过配置多个磁带驱动器来提高备份速度；随着数据量的增长，往往还要增加驱动器满足备份窗口的要求。虚拟带库设计的出发点主要是针对这一类应用环境，其备份速度可以达到磁带驱动器备份速度的几倍到几十倍，配置虚拟带库可以彻底解决备份窗口的问题，一劳永逸，不需要再不断增加磁带驱动器。对于已有备份系统的用户这种解决方案特别适合，因为设计者充分考虑了对原有投资的保护。增加了虚拟带库后，用户可以保持原有的备份策略，备份软件和磁带库都可以继续使用，不需增加新的管理软件，从虚拟带库到磁带库的数据归档也可以在原来的备份软件管理下实现。

中小企业新建的备份系统。这些中小企业在IT系统上的投资有限，但随着业务发展和企业管理对信息系统依赖性的加强，数据保护问题日益突出，备份系统的建设势在必行。能够保证数据安全、在低成本情况下尽量获得高性能、系统易实现易维护是中小企业选择备份方案时主要标准。如果企业信息系统数据量不是非常大，备份后的数据需要保存的时间不是很长，而且用户对数据没有异地存放需求，换言之，磁带介质的稳定性和可移动性不是重要因素时，则虚拟带库产品是个很好的选择。对于这类用户，虚拟带库可用来完全替代传统备份模式中的磁带库，而不是作为整个备份过程中的缓存设备。

“虚拟”风景独好采用虚拟带库建设备份系统主要是为了缩短备份窗口。除此之外，因虚拟带库与物理带库相结合的备份模式它还可以增强备份系统的可靠性，并使备份策略得到改善。

一方面，磁盘介质比磁带介质的可靠性高。根据以往的经验，用磁带进行备份发生无效备份或磁带损坏，从而造成数据无法恢复的事件时有发生。以磁盘为介质可以避免此类问题，提高了备份数据的完整性和有效性。虽然磁盘也会有损坏的情况发生，但虚拟带库中的磁盘都采用了RAID保护，并且支持在线的数据重建，因此一般不会因磁盘故障丢失数据。

另一方面，可以缩短备份时间间隔来提高数据安全性。众所周知，备份系统与生产系统的数据不是实时同步的，如果生产系统发生故障造成数据丢失，备份系统只能将数据恢复到上一次备份的时间点，从上一次备份到故障发生这段时间的数据仍然会丢失。显然，如果缩短备份的时间间隔，当灾难发生时就可以减少损失。过去，有些用户很希望将关键应用的备份间隔缩短到几小时，但受备份窗口所限往往无法实现。采用虚拟带库后由于备份和归档所需时间减少了，用户就可以增加备份的次数，使数据得到更大程度的保护。

此外，用虚拟带库可延长磁带寿命，提高归档数据的可用性。上文我们提到磁带的寿命可达30 年之久，这是在一定的使用和存放要求下才能达到，如果磁带被使用的非常频繁，其寿命就会大大缩短。传统备份模式下，磁带每天用于做增量备份，往往数据量不大，但磁带的头部和索引区要经常擦写，磨损非常大。如果在磁带的循环使用中，将这样局部磨损严重的磁带又用于长期归档，那么归档的数据就存在一定的风险。另外，由于磁带的频繁擦写，其寿命降低，用于更新磁带的费用也会比较高。采用虚拟带库后，用户可以将日常的备份数据写到虚拟带库中，只将归档数据写到磁带介质上，就可以很好地解决上述问题。

典型示例

目前，进入虚拟带库领域的厂家还不多，不过最具影响力的磁带库生产厂商Quantum和ADIC已进入该市场。

Quantum是这一领域的先行者，在2002年4月推出了第一款基于磁盘的增强备份系统DX30，该产品在2U空间提供3TB的存储容量，能够仿真2～6个DLT驱动器，备份速度达到288GB/h。目前，DX30已经有一些成功案例。在DX30 推出一年多后，Quantum 又于2003 年10 月推出了DX系列的第二代产品DX100。DX100 比DX30 增强了很多，是一款面向企业级用户的产品，可以仿真1～24个磁带驱动器，支持多达24 个并行数据流。由于采用了新的压缩技术，其备份和恢复速度有了明显的提升，最大可达2TB/h。DX100 的初始容量配置为8TB，最大可扩展为 64TB。与此同时，Quantum对DX30作了改进，通过增加扩展阵列模块使容量增大到12TB，同时性能提高到 712GB/h。DX系列不仅具有优秀的性能，而且像普通的磁盘阵列一样支持RAID磁盘保护、磁盘热备份、磁盘热交换等技术，配置了冗余的电源和风扇，保证数据的安全性和可用性。

ADIC 在2003 年9 月了其第一代虚拟带库产品Pathlight VX，该产品可仿真ADIC Scalar 100、 Scalar 1000、Scalar i2000 和Scalar 10K 磁带库，其进行数据迁移的输出设备也是这几款带库产品，由此可见Pathlight VX 的产品定位是针对中高端用户。 Pathlight VX可仿真1～6个虚拟带库，最多500个LTO 驱动器，支持40 个并行数据流，备份性能可达1TB/ h。它的初始容量为10TB，最大可扩展到40TB。在数据安全性方面，Pathlight VX 也支持RAID 磁盘保护、磁盘热备份、磁盘热交换等技术，并通过双控制器、双电源、冗余的Metadata（元数据，即迁移数据的地址信息）文件等提高系统可靠性。

附表列出了上述2 个厂家的3 款产品主要技术特性参数，供参考。

除了上述知名的存储厂商，一些名不见经传的小公司也开始研究和开发类似的产品。这些公司由于没有自己专利的驱动技术、没有自有品牌的磁带库，其产品反而具有更强的开放性和灵活性。如美国的Ultera公司生产的虚拟带库控制器（VTC），它是虚拟带库的控制部分，可以通过 SCSI接口连接各种磁盘阵列、磁带机、自动加载机或磁带库，可以兼容多种主流的备份管理软件和磁带驱动技术。虽然这些品牌的知名度低，但其较强的开放性使用户在构建备份系统时能够更自由地选择，不会因采用这种技术架构而局限于某种带库或驱动技术。这种选择的自由带来的直接好处是可以降低硬件设施上的投资，同时能够更充分地利用现有资源。因此，对资金紧张的中小企业来说，这种价格低、灵活性强的产品无疑是一种很好的选择，花很少的钱也能享受到先进的数据保护模式的优越性。

关于备份窗口

所谓备份窗口是指完成一次给定备份所需的时间。这个备份窗口由需要备份数据的总量和处理数据的网络构架的速度来决定。对于有些企业来说，备份窗口根本不是什么问题。这些企业可以在非工作时间来进行备份。

不过，随着数据容量的增加，完成备份所需时间也会增加，这样不久备份就将占用工作时间。进一步讲，当代的许多企业都没有非工作时间――他们需要24x7 的网络访问能力，这样留下的备份窗口就非常短，或者根本就不存在。