虚拟磁带库(VTL)的基本知识介绍和采购指南

紫绮

  VTL产品的介绍

   虚拟磁带柜（Virtual Tape Library，简称VTL）是近年来兴起的众多磁盘备份（Backup to Disk）解决方案中，最受瞩目的一项，虽然VTL问世的时间不过两年多，在国外却是相当热门的产品，从市场面来看，主要的储存设备供货商都开始开发VTL产品线，包括外接式磁盘储存系统的几大知名厂商Infortrend等以及多家磁带储存设备大厂。
  
  相较于国外的炙手可热，VTL在国内的知名度并不高，对大多数企业IT人员来说，VTL仍是陌生的名词，真正了解这项技术以及所能带来效益的人并不多。事实上已经有不少厂商在国内市场推出VTL，也有用户导入VTL的成功案例，我们将在这期的企业采购特辑中一一介绍。

   VTL的三种类型
  
   目前市场上的虚拟磁带柜依照架构不同，大概可以分为三种类型：磁盘阵列型（Disk Array Based）、应用服务器型（VTL Appliance）、备份软件型（Backup Software）。
  
   磁盘阵列型
  
   顾名思义，它是以磁盘阵列为基础发展的虚拟磁带柜，透过内建于磁盘阵列控制器（RAID Controller）内的虚拟软件，将储存空间仿真成磁带柜具备的所有特征。这类型的虚拟磁带柜用户以大型企业为主，采用光纤信道主机接口，支持FC SAN储域网络环境，储存容量通常在数十TB以上，有的甚至可达上百TB。

                               
登录/注册后可看大图

应用服务器型
  
   透过安装在PC服务器上的虚拟磁带软件，将服务器内的硬盘，或是可被服务器控制的外接磁盘阵列，做为存放备份数据的虚拟磁带空间。由于软件架构在标准的x86平台和Linux操作系统上，成本相对较便宜，而且储存装置的限制较低，只要服务器支持，可以采用任何SCSI或光纤信道接口的磁盘阵列，与备份服务器端可以藉由SCSI、iSCSI或光纤信道等传输接口相连，部署应用上较有弹性。这类型产品相当多，国外有Maxxan SVT 100、Diligent VTF Open，国内也有精业、耐特普罗等系统整合厂商推出软硬件合一的虚拟磁带柜。

                               
登录/注册后可看大图

  备份软件型

   直接将虚拟磁带功能整合至备份软件内，目前仅有Bakbone NetVault支持这项功能。由于纯粹是依靠软件来达成仿真磁带的目的，运用上相当具有弹性，不但没有最大容量限制，可仿真的磁带柜数量、磁带数量与每卷磁带容量也都是无限的，只要储存空间足够，亦不限定需采用何种厂牌的储存系统，不过这类方案的限制是无法和其它厂牌备份软件搭配使用。

                               
登录/注册后可看大图

  从技术上来看，或许有人会质疑VTL存在的必要性，理由是纯粹要提升备份/还原速度的话，硬盘对硬盘（Disk to Disk，简称D2D）的备份就可以作得到，虚拟化的意义是什么？事实上VTL的好处不光只是在效能，更重要的是在成本与管理两个层面。
  
   VTL基本知识介绍和技术发展趋势

   为能在主机的操作系统底层以磁盘空间仿真出可被视为实体的虚拟设备，多数的VTL产品都是透过仿真实体磁带设备响应系统指令的方式，来使系统认为响应的是一台实体磁带设备。
  
   以储存设备常见的SCSI接口来说，由于系统是与驱动接口或API沟通，而不直接面对SCSI装置，因此只要仿真程序能在与系统沟通时「骗」过驱动接口，就能将某一类型的SCSI装置仿真成另一类型的SCSI装置，如把硬盘仿真成光盘等。

   以仿真SCSI指令响应的方式来虚拟SCSI装置
  
   SCSI装置与主机沟通的方式则是透过所谓的SCSI指令（SCSI Commands）来进行。如当某SCSI装置接上系统，并安装好驱动程序后，应用程序或操作系统就可透过ASPI驱动程序或功能相似的API送出「INQUIRY」指令，要求该SCSI装置传回本身的信息。透过SCSI装置响应讯息中装置型态码（Peripheral device type）字段的数值，系统即可得知该装置的类型。所以只要VTL软件能模仿实体磁带装置响应系统的SCSI指令格式，将磁带响应的装置型态码送回给系统（如在ASPI中磁带设备的装置型态16位代码是01h），就能使系统将VTL视为实体的磁带装置。
  
   不过这只是单就系统辨识SCSI装置的部分，由于不同的SCSI装置间的SCSI指令有所差异，如磁带机有倒带（REWIND），光驱有拨放音乐（PLAY AUDIO）指令等，因此当以硬盘仿真这些装置时，光是骗过驱动接口是不够的，仿真程序本身也必须能够提供相应于被仿真装置的完整指令，才能确保虚拟出来的装置能够正常动作。
  
   由于SCSI指令都是以指令描述块（CDB，Command descriptor block）的格式来表示，因此仿真软件的关键就在于收到主机送来的CDB后，是否能正确的提供与所欲仿真装置相同的CDB响应。
  
   理论上只要VTL响应CDB的方式与真的磁带机一样，则在应用程序看来，VTL就等同于像是一台真的磁带机般在执行动作。
  
   由于SCSI的使用环境限制大、扩充性也较小，因此实际上的VTL解决方案都是透过光纤信道（FC）或iSCSI来实现。我们以iSCSI架构的VTL为例来作一说明：
  
   iSCSI是将SCSI指令封装在TCP/IP的封包中，可允许IP主机透过TCP来存取储存设备，在IP网络中实现SCSI指令的传输与操作，因而在iSCSI的指令封包（PDU）中也封装有SCSI的指令描述块CDB，因此基于iSCSI的VTL仿真程序也就可以依照前面所述的方式，仿真实体磁带装置响应CDB的方式，来使iSCSI主机判断VTL为依真正的磁带设备，VTL仿真程序会依照所仿真的磁带类型、规格，以映像（mapping）方式对应磁盘与磁带的存取区块（block），当iSCSI主机要求读取磁带上特定区块的数据时，VTL软件就能透过映像把磁盘上相应的区块取出，送回给主机。
  
   SCSI指令支持完整与否是虚拟装置的关键
  
   比较麻烦的是在SCSI规范中除标准指令外，格式中还保留有让供货商自行定义的部分字段，不同厂商的设备都会有各厂商自行定义的指令，因此VTL软件必须保存有各式磁带设备的完整SCSI指令与参数，针对不同厂商的磁带设备准备不同的SCSI指令，才能确保在仿真不同的磁带设备时，能正确的运作。

   以仿真SCSI指令响应的方式来虚拟SCSI装置
  
   SCSI装置与主机沟通的方式则是透过所谓的SCSI指令（SCSI Commands）来进行。如当某SCSI装置接上系统，并安装好驱动程序后，应用程序或操作系统就可透过ASPI驱动程序或功能相似的API送出「INQUIRY」指令，要求该SCSI装置传回本身的信息。透过SCSI装置响应讯息中装置型态码（Peripheral device type）字段的数值，系统即可得知该装置的类型。所以只要VTL软件能模仿实体磁带装置响应系统的SCSI指令格式，将磁带响应的装置型态码送回给系统（如在ASPI中磁带设备的装置型态16位代码是01h），就能使系统将VTL视为实体的磁带装置。

   可结合磁带备份，保障既有投资
  
   首先是在成本方面，虽然几乎所有的备份软件都可以支持Disk Staging（或称为Disk to Disk to Tape，简称D2D2T）功能，不过导入时必须连带变动整个备份系统架构，备份的程序、组态、政策也必须随之改变，在管理方面，备份软件和备份政策的设定管理上较为繁复，如果要落实自动化备份和提升备份流程管理质量，MIS人员势必要投注较多的心力学习，整体投入成本必然会增加不少。
  
   相较之下，导入VTL就简单多了，由于备份服务器会将VTL视为真实的磁带柜，部署时完全不需更动原来的信息系统架构，备份程序、组态、政策也可维持原样，对MIS人员来说，备份/还原效能和备份质量提高，管理上的负担却不会增加。原本的磁带机/柜可以接在VTL后端，同样可以做到D2D2T的阶层式备份，保障备份设备的投资。对于原本采用旧型磁带机备份而空间不够的用户，可以考虑采取VTL配合自动上带机（Auto Loader）的解决方案，成本绝对会比采购单一台大型磁带柜来得划算，而且还有提升备份/还原效能的附加价值。
  
   VTL部署容易，无需学习新技能
  
   运用高速、大容量的磁盘阵列来改善传统备份机制的缺点，已经是大势所趋，各种基于磁盘开发的新兴备份技术众多，产品更是五花八门，如何选择合适的解决方案是一大课题。如果你希望运用磁盘备份来改善备份还原速度，解决备份窗口过长的问题，又不想舍弃原有的备份策略和程序，VTL是相当合适的选择。
  
   VTL的部署管理相当容易，由于备份服务器会将VTL视为是一台真正的磁带柜，而且可以自行设行磁带柜的型号和磁带格式，几乎对既有的系统架构不会有任何影响，在管理上也相当方便，由于VTL都采用简单的图形管理接口，需要设定的步骤并不多，不会造成管理上的负担。
  
   不过VTL并非没有缺点，首先是硬盘和磁盘阵列并不具备可移植性，无法像磁带般可以离线存放至其它地点，虽然有厂商运用IP网络复制的方式，让VTL也能作到异地备援，但毕竟成本较高。此外，目前主流的备份软件，授权方式都是按磁带机数量来收费，VTL虽然可以仿真多组磁带机，授权费必须等同实体磁带柜来计价，可能会因此增加用户的成本，所幸目前新推出的备份软件，像是Symantec Veritas Backup Exec 10d、CA ARCserve Backup 11.5，都已经改为按备份容量计价，对使用者而言是一大利多

   VTL与磁带库、磁盘备份的对比

   磁带的问题－速度慢、可靠度低
  
  「有备而无患」早已是信息管理人员的基本观念，在部署与管理任何信息服务时，备份必然是要纳入的重要环节，不过执行备份工作时，必然会对应用程序的运作造成影响，有时候甚至必须让应用程序暂时停止服务一段时间，备份才能顺利进行，这段因备份工作导致的服务中断时间称为备份窗口（backup window）。

   为了避免系统的正常运作受到影响，系统管理者多半会利用夜间或假日等离峰时间进行备份，然而随着数据量不断膨胀，备份所需的时间越来越长，许多人发现如果继续使用传统的磁带备份方式，备份速度实在太慢，已经不能在既定时间内完成工作。
  
   另一方面，磁带的可靠度也是备受质疑的，用过磁带机的人都知道，磁带有三怕－怕潮、怕摔、怕强磁。潮湿的环境容易使磁带发霉，若要长期存放必须置于恒温恒湿的磁带箱内；现今磁带的磁录密度都相当高，一旦不慎从高处摔落地面，就会导致磁头定位不准，读取不到数据；磁带不能接近强力扇区更是基本常识，被磁化的磁带经常是导致还原失败的原因。长时间存放的磁带必须按时回带，磁带机的读写头也得按时清洗，确保万一需要复原时，磁带能正常被读取。
  
   以磁盘备份为基础衍生的技术
  
   虽然磁带有这么多的问题，由于磁带可以离线保存，又是单位成本最低的储存媒体，坚守数据最后一道防线的地位不曾动摇。直到近几年来，低价、大容量的ATA硬盘开始盛行，由于硬盘的存取速度快，加上在RAID保护之下，可靠度也相当高，企业用户不约而同开始思考，利用硬盘取代部份磁带功能可能性，在需求的带动下，市场上吹起一股磁盘备份的风潮，储存供货商纷纷推出各种基于磁盘的备份解决方案，虚拟磁带柜（Virtual Tape Library，简称VTL）是其中之一。
  
   虚拟磁带技术的起源相当早，在过去大型主机时代，就已经有利用硬盘取代磁带来增加备份效率的概念，不过由于当时的硬盘容量小，价格也相当昂贵，仅有少数厂商推出专门给大型主机使用的虚拟磁带柜。直到两年多前，磁盘备份方案开始崭露头角，厂商们才开始纷纷推出针对开放平台设计的虚拟磁带解决方案。
  
   虚拟磁带的技术原理并不复杂，说穿了就是运用储存虚拟软件，将备份服务器连接至磁盘空间的SCSI讯号，仿真成磁带机的表述格式，「欺骗」操作系统和备份软件，误以为连接到的是一部实体的磁带装置。早期虚拟磁带方案只能仿真单机，称为VTD（Virtual Tape Drive），随着技术逐渐成熟，已经能够「模仿」大型磁带柜的多组磁带机、机械手臂（Robotic）、磁带条形码（Barcode）、循环换带等完整功能。
  
   VTL产品的采购建议

   VTL兴起的时间虽然不长，产品种类却不少，有意导入VTL的企业，应从备份资料量、要求的服务等级（SLA）、现有的系统架构与人力、预算等多方面加以考虑。
  
   备份数据量在10TB以上并持续成长的企业，并已经建置好完整的SAN储域网络环境，应以技术力量雄厚的厂商的VTL为首选，虽然价格较高，由于储存系统皆采用高阶的光纤磁盘阵列，效能和可靠度相当高，容量的延展性也比较大。如果备份数据量在2TB以上，建议采用整合VTL软件与PC服务器的解决方案，这类型产品的价格约在30万至80万元之间，传输接口除了光纤信道之外，通常也支持SCSI或iSCSI接口，用户可以自行添购硬盘或外接磁盘阵列，部署应用的弹性较高。