Backup Grundlagen: Tape Library, VTL und Festplatte

Heute möchte ich eine Artikelreihe starten, die Grundlagen zum Thema Backup vermitteln soll.

Für Datensicherungen werden Laufwerke und Speichermedien zur Aufbewahrung der gesicherten Daten benötigt.

Tape Library

Über sehr lange Zeit dominierten Magnetbänder in Einzellaufwerken oder Bandrobotern (Tape Libraries) den Markt. Bekannte Hersteller solcher Bandroboter sind Quantum, Storagetek (Oracle), IBM, HP, Fujitsu, Tandberg, Overland, etc.. Ein beliebter Medientyp ist LTO Ultrium, eine Gemeinschaftsentwicklung verschiedener Hersteller.

Ein Bandroboter besteht i.d.R. mindestens aus folgenden Bauteilen:

  • (modulares) 19“-Gehäuse mit Bedieneinheit
  • Laufwerk (z.B. LTO5) mit Schnittstelle (SCSI, SATA, SAS, FC, etc.)
  • Schächte für Ablage der Bandmedien
  • Ein-/Ausgabe Fach (bzw. Fächer)
  • Robotik (für Transport der Medien zwischen Ein/Ausgabe Fach, Schacht und Laufwerk) inkl. Barcode-Leser
  • Bandmedien mit Barcode-Label für Daten und Reinigung der Laufwerke

Bild einer IBM 3584 (LTO-Ultrium Library), Foto: Raven / de.wikipedia, via Wikimedia Commons, unter GFDL 1.2 (http://commons.wikimedia.org/wiki/Commons:GNU_Free_Documentation_License_1.2)

Ein Bandrobotor wird i.d.R. lokal an einen Backup-Server oder an ein Speichernetzwerk (SAN) angeschlossen. Über ein oder mehrere Ein-/Ausgabe-Fächer können dem Bandroboter Bandmedien entnommen bzw. hinzugefügt werden. Nach dem Befüllen eines Fachs werden die Bänder über eine mechanische Konstruktion auf freie Schächte verteilt. Danach wird eine Inventarisierung durchgeführt, d.h. die Barcodes der Bänder werden gelesen. Somit ist bekannt welches Band in welchem Schacht bzw. Laufwerk steckt. Zur Datensicherung gibt die Backup Software Steuerkommandos an den Bandroboter. Ein neues Band wird zurückgespult, mit einem Label versehen und kann dann mit Daten befüllt werden. Ist das Ende des Bandes erreicht wird die Backup Software informiert. Diese läßt das Band zurückspulen, aus dem Laufwerk entfernen und fordert das nächste Band an.

Vorteile

  • hohe Kapazität
  • Bandmedien: Auslagerbarkeit, lange Lagerfähigkeit, unempfendlich gegen Stöße
  • hohe Performance bei sequentiellem Zugriff
  • vergleichsweise geringe Kosten für Medien
  • Kompression und Verschlüsselung hardware-basiert im Laufwerk
  • niedrige Energiekosten

Nachteile

  • mechanische Beanspruchung, Bandabrieb
  • Start-Stop-Betrieb / „shoe shine“ Problem, wenn Backup Daten nicht ausreichend schnell geliefert werden
  • nicht sequentieller Zugriff extrem langsam (Spulen und Positionierung des Bandes)
  • Daten können nur an das Ende angehängt werden, nur Komplettlöschung des Bandes möglich
  • vergleichweise lange Wartedauer beim Wechsel eines Mediums (z.B. wenn Band voll ist)
  • hoher Konfigurations- und Verwaltungsaufwand
  • Komplexität bei Partitionierung oder dynamic drive sharing
  • Bandmedien: Haltbarkeit hängt von Umgebungsbedingungen ab, z.B. Lufftfeuchtigkeit, Temperatur, etc.

Bandrobotor werden heutzutage kaum mehr als Primärspreicher für Sicherungen verwendet. Der Haupteinsatz liegt beim Staging, also der Auslagerung von Sicherungsdaten von VTL/Festplatten auf Bänder. Ebenso üblich ist die Verwendung im Archivierungs- und HSM-Umfeld. In all diesen Fällen stehen die günstigen Medienkosten, der Energieverbrauch sowie die Halt- und Auslagerbarkeit der Medien im Vordergrund.

VTL

Mit den sinkenden Preisen für Festplatten wurde diese als Speichermedien interessant. Es gab aber oft Probleme Festplatten zur Datensicherung zu nutzen: vorhandene Backup Software war noch nicht zum Sichern bzw. Verwalten von Datenbeständen auf Platte optimiert oder bestehende komplexe IT Prozesse konnten nicht ohne weiteres umgestellt werden.

Deshalb wurden virtuelle Bandroboter (virtual Tape Libraries) eingeführt. Hier emuliert eine Software einen oder mehrere Bandrobotor. Dazu wird dem Backup-Server ein Plattensystem lokal, via SAN oder via LAN zur Verfügung gestellt. Über LAN muß ggf. die Netzwerkperformance beachtet werden. Geringere Bandbreiten und Protokoll-Overhead bei NFS und CIFS wirken sich negativ aus (file). Mit iSCSI, FCoE oder Symantec OST / Datadomain BOOST sieht es bzgl. Performance besser aus (block). Technisch legt die VTL Software die virtuellen Bandmedien in Verzeichnissen/Ordnern auf dem Plattensystem ab.

Bekannte Hersteller von VTL Software bzw. VTL appliances sind Falconstor, Datadomain (EMC), Quantum, Storagetek (Oracle), IBM, HP, Fujitsu, etc.. Es gibt auch NAS Systeme mit integrierter VTL Funktionalität, z.B. EMC VNX.

Vorteile

  • Backup Software und vorhandene Prozesse können ohne Anpassung weiter genutzt werden, z.B. auch NDMP-Backups
  • kaum Limitierung bei Anzahl von Laufwerken und Schächten
  • kurze Bandwechselzeit, da keine Mechanik
  • hohe random-Performance
  • Backup Clients mit geringer Netzwerkperformance führen nicht zum Shoeshine-Problem
  • virt. Bandmedien sind via RAID-Technologie geschützt
  • Deduplizierung/Kompression/Replikation über Backup Software oder VTL appliance
  • vereinfachte Auslagerung von virtuellen Medien auf phys. Bandroboter möglich (wenn gleicher Medientyp in VTL und TL verwendet wird)
  • hoher Konfigurations- und Verwaltungsaufwand

Nachteile

  • Limitierungen der alten Architektur werden übernommen (z.B. können nur komplette virtuelle Bänder gelöscht werden, gleichzeitiges Lesen/Schreiben auf einem Laufwerk ist nicht möglich)
  • Lizensierung ist herstellerabhängig, entweder gleich wie phys. Tape Library oder nach Kapazität des Plattensystems
  • phys. Auslagerung von virtuellen Bandmedien ist nicht möglich (nur über Staging)
  • hohe Energiekosten

VTLs sind heutzutage typischerweise aktivierbare, lizenzkostenpflichtige Features von Backup to Disk appliances, NAS Systemen oder Backup/Storage-Software.

Festplatte

Backup to Disk gibt es in vielen Ausprägungen. Vom einfachen Speichersystem, lokal am Backup-Server angeschlossen, bis zur optimierten Appliance gibt es Lösungen für alle Ansprüche und Preisklassen. Oftmals wird das Disk to Disk to Tape (D2D2T) Verfahren oder Replikation eingesetzt um sich gegen einen Verlust des Festplattensystems zu schützen.

Bekannte Hersteller sind analog zu den VTLs.

EMC Clariion CX500 Disk Array, Foto: Michael Moll / wikimedia, via Wikimedia Commons, unter CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Vorteile

  • gleichzeitiges Lesen/Schreiben auf einem Laufwerk ist möglich
  • Lizensierung erfolgt i.d.R. nach Kapazität des Plattensystems
  • hohe random-Performance
  • Backup Clients mit geringer Netzwerkperformance führen nicht zum Shoeshine-Problem
  • Daten sind via RAID-Technologie geschützt
  • Deduplizierung/Kompression/Replikation über Backup Software oder Appliance
  • ggf. integrierte Snapshot-/Clone-/CDP-Technologie
  • reduzierter Konfigurations- und Verwaltungsaufwand

Nachteile

  • Backup Software und vorhandene Prozesse müssen u.U. angepasst werden, z.B. auch NDMP-Backups
  • phys. Auslagerung von virtuellen Bandmedien ist nicht möglich (nur über Staging)
  • hohe Energiekosten

Open Source VTL

Für eine Backup Labor- oder Testumgebung ist eine Open Source VTL i.d.R. ausreichend.

  • MHVTL ist für Linux verfügbar. Via iSCSI ist der Zugriff per LAN möglich (auch von anderen Betriebssystemen). MHVTL wurde bereits erfolgreich mit gängiger Backup Software getestet. Neben der Administration via Shell besteht die Möglichkeit eine Weboberfläche zu nutzen. Bei dieser wurde jedoch mehr Wert auf schnelle Bereitstellung von Funktionalität und einfacher Bedienung gelegt als auf Sicherheit. Ein Betrieb in produktiven Umgebungen ist nicht vorgesehen.
  • QUADstor VTL ist für Linux und FreeBSD erst seit kurzem verfügbar. Der externe Zugriff via iSCSI, Infiniband und Fibrechannel klingt vielversprechend. Das Unternehmen aus Bangalore/Indien bietet auch kommerziellen Support an.

In Kürze werde ich einen Artikel über MHVTL verfassen. Stay tuned…

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Ein Kommentar zu Backup Grundlagen: Tape Library, VTL und Festplatte

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