读数据保护：工作负载的可恢复性23磁带系统

1. 磁带机

1.1. 在当今的工作情况中，磁带机是最古老的数据保护设备

• 1.1.1. 更老的打孔卡与打孔带，然而对于服务器所存储的程序与数据来说，第一个真正得以流行的备份手段确实是磁带机
  
• 1.1.2. HP的服务器装有能够读取4毫米DDS磁带的磁带机​
  
• 1.1.2.1. 磁带的容量是2GB、8GB或24GB
  
• 1.1.3. Digital（也就是DEC）的服务器装有TK50磁带机
  
• 1.1.3.1. 磁带的容量只有94MB​
  
• 1.1.4. AT&T的3B2盘算机利用QIC-80磁带机
  
• 1.1.4.1. 磁带只能存80MB数据，而且还不够快
  
• 1.1.5. 大型机用的是九轨磁带机
  

1.2. 无论在哪种情况下，磁带的成本几乎都要低于其他方案

• 1.2.1. 只是现在的数据保护产业已经不再将磁带机视为重要的备份目标了
  

1.3. 要点

• 1.3.1. 如果你打算长期保存数据，那必须把准备相应的磁带机也纳入工作流程
  
• 1.3.1.1. 磁带里记载着哪些内容，当然应该由你来维护
  
• 1.3.1.2. 把能够读取这些内容的磁带机准备好，也是你的责任
  
• 1.3.2. 磁带机不用像磁盘驱动器那样整天开着
  
• 1.3.2.1. 你可以把它们的电源拔掉，并将其放在安全的地方，等必要用时再拿出来
  

1. >  1.3.2.1.1. 它们基本上不会有什么问题

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• 1.3.3. 就算有一盘30年前录制的磁带，能找到一款能够读取该磁带的磁带机
  
• 1.3.3.1. 目前还是有一大帮人在维护着老式的磁带机
  
• 1.3.4. 就算你找不到这样的磁带机，也还是可以寻求某种服务，让该服务的提供商替你把磁带中的内容读出来
  
• 1.3.5. 必要在磁带上长期保存数据的人，大概偶尔会决定把这些数据刷新（也就是转录）一遍
  
• 1.3.5.1. 把数据转移到更新、更快的磁带上，从而淘汰那些旧式的磁带与磁带机，并由此节省存储磁带的费用
  
• 1.3.5.2. 在商用情况中，每盘磁带每年的保管费是4美元，如果你有10000盘400GB的磁带，那么每年的保管费就是40000美元
  
• 1.3.5.3. 数据若能转存到12TB的磁带上，则只必要334盘磁带，这样能够把每年的保管费降为1336美元
  

2. 优点

2.1. 费用低廉

• 2.1.1. 成本最接近磁带的是那种用来保存颠末去重的数据时所利用的磁盘，然而磁带的价格要远低于后者
  
• 2.1.2. 成本低廉较为紧张的一个原因在于，存储数据的介质（也就是磁带自己）与将数据写入该介质的设备（也就是磁带机）是相互分离的
  
• 2.1.2.1. 对于磁盘来说，这不太大概，每块磁盘都必须跟它的写入机制集成到一起
  
• 2.1.2.2. 磁盘驱动器的内部构造也要比磁带驱动器（也就是磁带机）复杂得多
  
• 2.1.2.3. 全主动的磁带柜来操纵多个磁带机，以此充当大型的存储阵列，这样做的成本通常比用磁盘所打造的磁盘阵列要低
  
• 2.1.3. 磁带真正能表现其优势的地方在于耗电量
  
• 2.1.3.1. 磁带柜里的磁带寻常是不必要电的
  
• 2.1.3.2. 磁带机在不写入数据时也几乎不耗电
  

1. >  2.1.3.2.1. 自动磁带柜在不取磁带时也是如此

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• 2.1.3.3. 常见的磁盘驱动器则做不到这一点，一样平常来说，磁盘阵列里的每块磁盘都必须一直通电
  

1. >  2.1.3.3.1. 大规模闲置磁盘阵列
3.   >   2.1.3.3.1.1. Massive Array of Idle Disk,MAID，又称大规模非活动磁盘阵列、大规模空转磁盘阵列
5.   >   2.1.3.3.1.2. 能够让磁盘电源在大多数时间内处于关闭状态
7.   >   2.1.3.3.1.3. 去重要求所有的磁盘都必须处于工作状态，而MAID则想让这些磁盘都尽量处于闲置状态

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• 2.1.3.4. 买系统只必要付一次钱，但是买返来之后，就必须整天开着
  

1. >  2.1.3.4.1. 还要把买回来之后的电费跟冷却费给算上

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• 2.1.4. 磁带系统比磁盘系统更省电
  
• 2.1.4.1. 数据保存的时间越长，所节省的电费与冷却费就越多
  
• 2.1.4.2. 就算磁盘自己不要钱，它在费用方面也还是会比磁带高，因为你必须把电费与冷却费给思量进来
  
• 2.1.4.3. 存放同一份数据的多个副本，是否会让电费与冷却费增长
  

1. >  2.1.4.3.1. 对于磁带来说，这不会增加成本
3. >  2.1.4.3.2. 对于磁盘来说，每多存一份，就会增加一份开销

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• 2.1.5. 当今这些基于磁盘的系统所提供的功能，已经远超它在费用方面的劣势了，然而无论怎样，磁带的费用就是比磁盘低
  

2.2. 可靠地写入数据

• 2.2.1. 磁带机写入数据远比磁盘驱动器可靠
  
• 2.2.1.1. 每个存储厂商都会为其所推出的每一款存储设备公布UBER（Uncorrected Bit Error Rate，未修正的错误比特率）​
  
• 2.2.1.2. UBER的意思是说，该设备有多大概率会把本来应该写成1的地方给写成0（或者把本来应该写成0的地方给写成1）​，并且无法修复（无法修正）该错误
  
• 2.2.1.3. 磁带在正确写入数据这一方面比磁盘要强
  
• 2.2.2. 当今的数据写入设备为了确保数据能够正确地写入，都会执行一种名叫写后读校验(read-after-write check)的操作
  
• 2.2.2.1. ECC（Error Correcting Code，纠错码）
  
• 2.2.2.2. CRC（Cyclical Redundancy Check，循环冗余校验）
  
• 2.2.2.3. 驱动器在写入数据块之前会先盘算其哈希码（hash，也叫杂凑码）​，然后再写入这块数据
  
• 2.2.3. 在大多数情况下，设备所写入的数据块是正确的，而且即便写错了，这些用于探测写入错误的技术也大都能把错误给找出来
  
• 2.2.3.1. 既写错数据又找不堕落误的情况依然是存在的，这两种情况同时出现的概率虽然相当低，但毕竟不是0
  
• 2.2.4. 未修正的错误比特（uncorrected bit error，或称未修正的错误二进制位）​
  
• 2.2.4.1. 发生这种情况的概率实在远比很多人想的要高，而且对于磁盘来说尤为严重
  
• 2.2.4.2. 当今的磁带机写错数据的概率极低
  
• 2.2.4.3. 磁带机大概会受各种原因（比方说，自己遭到了破坏）影响而无法读出你想要的数据，然而只要它能把数据读给你，这种数据一样平常来说都不会错
  
• 2.2.4.4. LTO-8的UBER是1∶10^19
  
• 2.2.4.5. SATA磁盘的UBER高达1:10^14
  
• 2.2.4.6. SATA磁盘写错的概率是LTO-8磁带的10000倍
  
• 2.2.5. 在正确写入数据这一点上要远胜磁盘
  
• 2.2.5.1. 这着实没有争论的余地
  

2.3. 长久地保存数据

• 2.3.1. 磁带是一种极其适合长久保存数据的介质
  
• 2.3.1.1. 磁带能够把数据保存30年，而一个全天开机的磁盘则只能保存5年
  
• 2.3.2. 所有的磁性介质（magnetic media，又称磁性媒介）都会随着时间而退化
  
• 2.3.2.1. 题目只在于退化的速度是多少
  
• 2.3.2.2. 退化现象俗称位衰减(bit rot)
  

1. >  2.3.2.2.1. 它决定了一份文件能够在某种磁性介质中保存多久而不走样
3. >  2.3.2.2.2. 位衰减问题可以由对象存储机制来解决
5.   >   2.3.2.2.2.1. 如果底层数据由于位衰减而发生变化，那么根据该对象的哈希码所生成的UID也会改变，对象存储机制能够将这一故障探测出来并予以修正

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• 2.3.3. 位衰减的速度由两个因素决定
  
• 2.3.3.1. 磁颗粒的巨细（也就是体积）​
  

1. >  2.3.3.1.1. 磁颗粒越大越好

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• 2.3.3.2. 介质的平均温度
  

1. >  2.3.3.2.1. 介质温度越低越好

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• 2.3.4. 与磁带相比，磁盘的磁颗粒要小得多，而且温度比磁带高
  
• 2.3.4.1. 由于磁盘的磁颗粒较小，而且运转时的温度较高，因此它的数据衰减速度比磁带快
  
• 2.3.4.2. 磁盘每次搬移数据时，都会面对磁盘的位错误率（bit error rate，又称比特错误率）比较高的题目
  
• 2.3.5. 有个公式决定了每种磁性介质的势垒（energy barrier，又称位垒、能垒）​
  
• 2.3.5.1. 势垒指的是，必要多少能量才能让某个磁颗粒（magnetic grain，即磁性介质中存储一个二进制位所用的单元）变换到与目前相反的状态（即从1变成0，或从0变成1）​
  

3. 缺点

3.1. 磁带不善于写入那种常见的增量备份

• 3.1.1. 不善于在比较长的一段时间内写入数量较少的数据
  

3.2. 为了让磁头能够把数据可靠地写入介质，必须保持较高的信噪比，这意味着信号（也就是磁头中的换极现象）必须远多于噪声（也就是干扰正常信号的那些电子杂讯）​

• 3.2.1. 要想维持较高的信噪比，关键是要让记载数据所用的介质能够高速地通过磁头
  
• 3.2.2. 磁盘驱动器采用的做法是让记载数据的介质高速旋转
  
• 3.2.3. 磁带机的做法则是飞快地转动磁带，让它能够高速地颠末磁头
  
• 3.2.3.1. 让磁头静止不动，并让磁带高速地滑过磁头
  

3.3. 让磁头静止并且让磁带高速滑过的做法，叫作线性磁带记载模式(linear tape recording model)

• 3.3.1. 这正是LTO（Linear Tape Open，线性磁带开放协议）磁带机所采用的录制手法
  
• 3.3.2. IBM的TS11x0磁带机也是云云
  

3.4. LTO-8磁带通过磁头的速度是每秒20ft，这相当于每小时13mile（或每小时21km）​

• 3.4.1. 为了让磁带全速运转，数据必须以每秒750MB的速度到来，而要想达到这种速度，向磁带提供数据的设备每秒要准备1GB数据
  
• 3.4.2. 题目在于，我们生成备份数据的速度达不到每秒750MB
  
• 3.4.3. 带有1GB缓冲区的LTO-8磁带机，能够在某种水平上办理数据输入速度与磁带机速度之间的差异题目，然而这只是针对差距不大的情况
  

3.5. 办理办法

• 3.5.1. 浪费好几英里长的磁带什么都不写（这正是某些磁带机目前的做法）​，
  
• 3.5.2. 定期让磁带制止转动，并重新调整写入的位置，以适应这种较低的数据流入速度
  
• 3.5.2.1. 磁带机会让磁带停下来，然后倒带，接着继续以正常速度正向转动磁带
  

1. >  3.5.2.1.1. 给介质做重定位，这可能需要6s
3.   >   3.5.2.1.1.1. “擦鞋”(shoe shining)
5.   >   3.5.2.1.1.2. 这种运动方式很像擦鞋时的动作，都是在反复地擦来擦去
7.   >   3.5.2.1.1.3. 如果这种现象频繁出现，那么磁带机花在重新定位上的时间，就比花在写入数据上的时间更多，这会让人觉得磁带机好像比输入的数据流还慢

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• 3.5.2.2. 采用速度适配技术（adaptive speed technology，也叫自适应的速度技术）来调整介质的移动速度，令其与数据的流入速度相符，以尽量降低重新定位的次数
  

3.6. 让数据流入每个磁带机的速度，变得与该磁带机所标称的运转速度相符

• 3.6.1. 磁带机的速度与备份数据的流入速度相匹配
  
• 3.6.2. 磁带机自己并不慢，慢的是你的备份数据流入磁带机的速度
  
• 3.6.3. 由于磁带机没办法把速度降到像后者那样低，因此它必须反复调整磁带的位置，这导致实际的处理速度变得相当缓慢
  

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