虚拟磁带库正改变传统备份和数据保护

当数据从用户业务系统中产生以后，就开始面临着严峻的数据保护问题。长期以来，用户已经习惯了采用磁带库进行主要的数据保护工作，但是随着磁带库管理工作中存在的问题日益严重，人们正在尝试新的途径来改善数据保护工作，其中虚拟磁带库（Virtual Tape Library，VTL）是一个十分成功的解决方案。

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。

机械磁带库的缺陷

磁带库是一个机械密集型设备，有用户曾用开玩笑的口吻说：“磁带库厂商不应该属于IT厂商，而应该是机械厂商。”因此，磁带库具有一些作为机械产品而不可逾越的问题。

维护负担高：磁带库的核心部件磁带驱动器为非封闭机械易损件，本身故障率高，灰尘、潮湿等使故障率不可预期，导致设备可用性差。

备份失效率高：采用磁带库进行数据保护的介质磁带为非封闭介质，且磁带库中的磁带之间没有容错保护。备份业务涉及到的磁带组中任一盘磨损、卡带、霉点、粘连等，均会导致整个备份无法恢复。

备份恢复能力不佳：虽然磁带本身的读写速度已有长足提高，但备份恢复时需要抓带、加载、机械定位文件等机械动作，等待时间长，而备份恢复时一般会涉及多带查找，应用端被迫因此延长待机时间。

在用户的数据保护工作中，解决机械磁带库问题的主要方案有磁盘到磁盘（Disk-to-Disk，简称D2D）和VTL。与磁带不同，基于ATA的磁盘阵列比传统的光纤通道磁盘阵列的成本低很多，同时逐渐变得非常流行，它可以方便集成到备份系统中。

D2D将盘阵连接到备份服务器，将文件系统放置其上，使用备份软件的本地功能备份到基于磁盘的目标上。这一过程听上去很简单，但是需要用户改变备份系统的配置；最后的碎片还会引起性能的问题，基于文件系统的目标不能以磁带库的方式进行共享，需要管理员为多个备份服务器进行磁盘阵列的分区。

VTL使得磁盘阵列对于备份/恢复系统来说像是磁带库，这样一来，无须改变配置就可以在备份系统中使用磁盘，而备份系统仍旧认为在向磁带进行备份—只有你知道其中的奥秘。如同物理磁带库一样，VTL可以通过驱动器共享软件来进行共享。此外，大多数VTL在磁盘上存放数据的方法确保了零碎片。

VTL的优势

几乎在机械磁带库发明的同时，VTL概念就已经出现并得到应用。但是，受限于技术局限，长期以来VTL只是作为机械磁带库的缓存，应用也因此而局限于封闭的大型机系统等高端用户群，市场认知度很低。

相对于机械磁带，虚拟磁带库使用了兼容磁带备份管理软件以及传统备份流程，这使得设备的可用性及备份的可靠性都得到了大幅提升。

设备可用性提升：虚拟磁带库用电子化的“机械手”和“磁带驱动器”，代替了机械磁带库中裸露、易损的系列机械装置，基于RAID保护的磁盘阵列具备降级工作能力，且具自动报警和在线热恢复能力。

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。封闭式结构的磁盘介质本身的MTBF（平均无故障间隔）一般为开放式结构的磁带介质的5倍以上。

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突破D2D

D2D方案包括文件复制、数据镜像、快照等形式。文件复制或镜像不仅使备份数据持续暴露在病毒、人为误删等在线威胁之下，同时也只保留在线数据的最终状态，数据灾难发生后无法恢复历史数据。在较为成熟的快照技术中，镜像式快照消耗容量过大，指针式快照虽然支持类似常规备份的增量快照，但必须捆绑专用软件系统，总体拥有成本过高。

D2D解决方案存在最大的问题，是与文件系统相关的缺陷。结合外接RAID阵列的备份/恢复软件的D2D性能依赖类似NTFS和NFS的文件系统，它们是为了在PC服务器系统中使用而生成的。这些文件系统用来为多个用户管理多个小型文件，在磁带备份应用软件执行较大的写操作时，会发生性能冲突。

大多数D2D RAID阵列使用的通用文件系统对于磁带备份并非是最优化的。与备份系统相关的通用文件系统还存在的另外三个问题：大多数通用文件系统同典型的服务器一样，随着时间变化产生大量文件系统碎片；类似FAT、NFS和NTFS的通用文件系统受到文件系统、分区和单个文件大小的限制；大多数D2D文件系统存在安全性隐患。

VTL在备份过程中超越D2D系统的原因之一是，备份应用软件将备份写到VTL磁盘，这类似以数据流形式写到磁带。另一方面，D2D写单独的文件，在对下一个文件操作前，必须记录每个文件的位置和文件系统的元数据。VTL以数据流形式写而不是以单独的文件形式写，这一方法能够避免受到文件系统所支持的最大文件数目的限制。VTL文件系统的专有特性克服了D2D的通用文件系统遇到的限制问题。

在安全性方面，访问VTL的文件系统和访问磁带类似，用户不能直接访问磁带，被病毒感染的文件也不会感染磁带。

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。

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