【IT168 专稿】虚拟磁带库(VTL)是指将磁盘仿真(虚拟)成磁带库，使备份服务器把磁盘作为磁带库对待，从而实现在备份作业中用磁盘代替磁带来存储数据的目的。
VTL技术是数据备份领域的里程碑，具备多项优势，如性能高、故障率低、可靠性高、成本投入低以及运营成本低等，受到各行业用户的青睐。同时，VTL也可以和现有磁带库集成，提高数据保护的整体安全性和性能，降低数据保护成本。VTL对于其它系统来说，与真实的、自动化的物理磁带库/机设备一样，区别仅在于数据是存储在磁盘上。
采用VTL之后，大多数数据中心都明显感觉到，与传统备份方式相比，现在的数据备份进程更为快捷。于是，越来越多的用户开始淘汰掉原来的机械磁带库，采用虚拟磁带库作为主要的备份设备。在探讨VTL的由来以及如何帮助用户解决备份问题之前，我们首先来总结一下传统磁带备份的弊端。
物理磁带库存在的问题
物理磁带库作为备份中的元老设备，从备份产生的那天起，就承担着数据备份的重任。但是随着备份技术和市场的不断发展，业务对备份系统的要求越来越高，所要求的备份时间越来越短，由于其先天性的一些不足，物理磁带库越来越不能胜任目前的备份任务，主要因素如下：
(1) 机械故障多，维修费用高。物料磁带库是一个非封闭的物理机械设备，物理磁带库核心部件，如磁带驱动器、机械手、传送装置等均为机械易损件，故障率非常高，致使设备使用率低。并且数据备份作业无法正常连续运行，维修成本也颇为昂贵。据 Gartner 公司统计，在物理磁带库的使用期内，其每年的维护费用占到采购成本的15%到20%，这是一个非常惊人的数字。
(2) 备份失效率高。备份是数据保护的手段，恢复是数据保护的目的。采用物理磁带库进行数据保护的磁带为非封闭介质，且磁带之间没有容错保护。备份业务涉及到的磁带组中，如果发生任一盘磁带磨损、卡带、霉点、粘连等状况，就会导致整个备份数据无法恢复。又由于磁带备份手动程度高，人为操作更是加大了备份的失效率。同时，磁带备份数据的可恢复性低(20%的磁带备份无法恢复)也给数据安全带来很大隐患。
(3) 数据备份/恢复复杂冗长。随着数据量呈几何级数增长，以及对 IT 应用连续性的要求越来越高，备份和恢复窗口也越来越少。虽然磁带本身的读写速度已有很大提高，但备份/恢复时，需要抓取磁带、加载、机械定位文件等机械动作。此外，等待时间长。再加上备份/恢复时还涉及多带查找，应用端被迫延长待机时间，这些都将影响数据业务的正常工作。
(4) 安装复杂，不易搬迁。物理磁带库在安装时需要水平定位，大型物理磁带库安装时还需要进行设备连接，过程复杂。并且机械臂为灵敏机械部件，对包装和搬运要求都较高，不易进行设备搬迁。
(5) 不易于管理。物理磁带库的配置、操作、运行状态监控等多项进程都需要手动处理。即便某些磁带库产品有了基于浏览器和终端的管理和访问功能，但需要购买RMU(远程管理模块)才能实现，增加采购成本和服务费用。
(6) 总体拥有成本(TCO)过高。使用物理磁带库的总体投资包括采购成本、维修成本、管理成本和磁带介质成本等方面。首先，物理磁带库采购成本高、安装复杂、占地面积大。其次，故障率高、维修复杂，而用户通常需要专业服务。加之，备件采购受制于生产厂家的垄断，所以用户的维修费用昂贵。同时，由于磁带备份手动程度高，需要专业人员看护工作进程，操作和管理成本也居高不下。此外，由于磁带介质十分脆弱，容易受环境影响而受潮、发霉、变质、粘连，或者受机械缠绕和外力造成拉断，以及磁带清洗等，这一系列的原因都使磁带极易消耗。因此，用户必须经常予以采购，从而加大了资金投入。
虚拟带库 VS.物理磁带库
1990年IBM和STK携手首次推出了VTL的概念，来解决IBM大型计算机数据吞吐和磁带库备份速度面临的瓶颈问题，以满足备份性能要求。其解决方式是在IBM的大型计算机上使用磁盘建立一个大的缓冲区，用高速出口来匹配主机系统，低速出口来匹配低速的磁带库设备。而这个理念后来在IBM的大型计算机设备中得到广泛使用， 在TSM软件中也有体现。而在一定时期内，由于受技术局限，这种传统的虚拟磁带库只是作为物理磁带库的缓存，应用也仅局限于封闭的大型机系统等高端用户群，市场接受度比较低。
新一代 VTL 不仅具有缓存的功能，并且与备份管理软件的兼容性也较好，还具有不改变备份流程、提高设备性能、可扩展性和利用率高的特点。磁盘通过软件仿真成物理磁带库，虽然其内部构造、外观、速度和物理磁带库截然不同，但对于备份软件和主机系统，VTL具有磁带识别的特征，可被认作磁带库设备。这使得设备在可用性及备份的可靠性等方面都得到大幅提升，并可以无缝、平滑地集成到原有系统环境中，配合传统的备份软件和物理磁带库，提高设备使用率和备份性能。新一代VTL有以下主要优势：
(1) 设备可用性增强。虚拟磁带库利用内部程序虚拟“机械手”和“磁带驱动器”，来代替物理磁带库中裸露、易损的机械装置系列，从而降低设备的故障率。而所采用的基于 RAID保护和热备磁盘(Hot Spare Disk)技术，很好地提高了硬件和备份的可靠性。电源、风扇、数据通路均采用冗余设计，且支持自动报警和在线热恢复能力，最大限度地避免对操作的影响。与开放式结构的磁带介质相比，封闭式磁盘介质的MTBF(平均无故障间隔)一般高出5倍以上。因此，新一代VTL可从不同角度提升设备的可用性。
(2) 备份恢复速度大幅提升。相对磁带，以磁盘为备份介质能大大提高读写速度。同时，虚拟进程的“机械手”和“磁带驱动器”的抓取磁带、加载、机械定位文件等模拟机械动作能够在极短时间内完成，将所有机械动作节省的时间用作备份，进一步降低了数据备份、恢复所需时间。
(3) 功能实现快。VTL使用计算机总线的结构代替磁带库的物理电机等机械结构，通过电子信号为媒介控制实现功能，相对于物理磁带库的电机控制，快了N数量级。
(4) 整体维护成本下降。物理磁带库的维护成本过高，且维修库体和组件的价格也非常昂贵。而VTL采用电路设计，这在目前的行业中，代表的是低生产成本和高性能的技术。而且作为主机架构的系统不需要额外成本就可以通过远程系统监控、管理及配置。同时，与同容量级别的磁带库相比，VTL的占地空间要小很多，充分体现了高集成性、高可用性的IT理念。
(5) 备份不受故障节点的影响。物理磁带库具有很多单点故障，比如电源、电机、机械手等关键部件一旦发生故障，整个设备将瘫痪。然而VTL备份则通过多节点进行，即使某节点出现故障，备份仍可完成，具有很高的稳定性和冗余机制。
(6) 设备安装和集成简单。采用堆叠式机架结构及预调试安装，备份系统可以根据用户需求随意组装。SureSave系列虚拟磁带库安装简单易行，能够快速地集成到用户的SAN架构中或者直接连接到备份服务器上。客户需要扩容时，只需增加磁盘阵列柜就能简单、快速实现容量扩容。同时，容量可以从几TB轻松扩展到几千TB。
(7) 继承了磁带的数据保密性。虽然使用磁盘为存储介质，但VTL不使用通用文件系统，而是通过使用磁带的不可直接获取数据的格式，屏蔽了病毒和盗窃的安全隐患。
(8) 提供众多优化功能。VTL可以实现物理磁带库无法实现的优化功能，如：重复数据删除，数据远程复制，不仅提高利用率，加强可扩展性，更让远程网络复制成为现实。这些优化功能既大大降低总拥有成本，同时还提高了数据的可用性和安全性。
虽然VTL在外观和构造上与磁带库截然不同，但通过仿真，VTL具有磁带库各种(机械手、驱动器、磁带)特征，且不改变操作流程。而且 VTL 可以被主机和备份软件当作一个速度不一样的真实磁带库使用。所以不论用户是对备份系统进行改造，还是进行新系统的建设，均可采用通用的备份软件，无需对主机系统进行改造。一般来说，用户只需把VTL简单地放在物理磁带库和主机之间，把大部分的任务转移到VTL上，磁带库就可满足离线保存的需求。VTL还可无缝连接到现有的备份系统和备份软件，进行平行升级，既提高了已有设备的利用率，又能保护投资。
虚拟带库 VS. 基于主机的 D2D 备份
综合以上谈到的磁带弊端，磁带技术已不再适合独立完成备份/恢复系统。伴随着新一代 ATA/SATA/SCSI磁盘技术的成熟和磁盘价格的下降，供应商纷纷提供更为经济的备份/恢复解决方案。而市场上也出现了一系列增值产品，从将磁盘阵列作为备份路径中间缓冲的简单方案，到将内容存储在磁盘上的映像与快照系统的复杂方案，无所不有。这里，我们讨论两种最新备份技术—基于主机的磁盘到磁盘(Disk-to-Disk，D2D)技术和虚拟磁带库(Virtual Tape Library，VTL)技术。
基于主机的D2D备份策略通过使用低成本的磁盘进行备份，提高数据备份/恢复的传输速率。但在集成性、存储格式、文件系统尺寸、性能与碎片等方面存在问题，有待于进一步的解决。而VTL是将物理磁带库与最新的基于磁盘的技术整合，从而提供优化的解决方案。VTL仿真标准磁带库，操作和属性都和磁带库极为相似，同时具备先进的磁盘性能。
独立磁盘冗余阵列(Redundant Arrays of Independent Disks，RAID)将多个磁盘的性在一起，集合性能高，系统可靠性好。随着硬盘成本的降低，一段时间内，大量供应商转向设RAID阵列，推出基于磁盘技术的备份产品。其主要优势包括：
? 更快地将备份数据写到磁盘;
? 更快地从磁盘恢复数据;
? 常规的PC服务器硬件;
? 常规的RAID存储技术;
? 集成了现有的备份/恢复应用软件;
? 使用基于磁盘的系统执行多个并发备份和/或恢复;
? 整合了磁盘快照与备份/恢复操作;
? 将磁带备份技术灵活地整合到基于磁盘的备份中;
? 将存储数据与备份数据集中到同一甬道中。
基于主机的D2D解决方案仍然存在一些固有的问题，其局限性主要体现在下面几点：
(1)兼容性差，故障诊断复杂。由于基于主机的D2D通常要把不同厂商的设备集成在一起，进行逐一配置，并常常出现严重的不兼容问题。更为棘手的是，部件故障判断非常复杂，由于不同厂商相互推卸责任，用户问题长时间得不到解决，数据保护受到威胁。
(2)性能方面的冲突。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，这些文件系统是为多个用户管理多个小型文件设计的。而磁带方式的备份应用软件执行较大的写操作时，就造成了性能冲突。此外，磁带备份应用软件与文件系统文件分配表结合来决定具体的文件位置时，存储系统处理器会发生附加的性能冲突。
大多数D2D RAID阵列使用的通用文件系统，并非最适于磁带备份，常见的有下列三个问题：
1、 大多数通用文件系统同典型的服务器一样，会随时间产生大量文件系统碎片，碎片的不断增长，降低了系统上的读/写性能。
2、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。此外，一个文件系统上文件的数量也有限制，这些限制会约束基于主机的D2D应用软件所使用的备份卷的扩容性。当达到限制时，企业需额外的资本投入，还必须转移数据，创建新卷，重新配置备份应用软件。
2、 系统中数据的安全性。黑客、病毒会威胁通用的文件系统，任何D2D系统都会遇到同样的安全问题，可能导致数据保护方案的失败。
新一代虚拟磁带库实现D2D优化
新一代VTL集合了传统备份系统和基于主机的D2D系统优点，实现了取长补短。因此具备易于集成和管理、高性能、高可靠性与可扩容性的优势，对备份流程和IT环境无丝毫影响。
VTL是基于磁盘的备份系统，包括磁带仿真服务器、RAID阵列和为磁带备份优化的文件系统，可仿真一种或多种磁带库和/或磁带格式。其兼容性和集成性好，安装使用简单，可轻松安装到现有网络环境，无需改变备份策略。通常，VTL通过提供附加优化功能或增强性能的专有硬件和软件，大大减少备份和恢复窗口。VTL还提供给管理员所熟悉的相同的介质管理功能(如磁带编目、介质是否有效等)，而多数基于主机的D2D在这方面不能做到。
文件写入方面，VTL也具备超越D2D系统的显著优势。备份应用软件可将备份数据写到VTL磁盘，这与以数据流形式写到磁带相类似。而D2D则以单独的文件形式来写入数据，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。这一方式的明显区别，使VTL不受文件系统所支持的最大文件数目的限制。
安全性方面，VTL采用特定文件系统，解决了D2D通用文件系统带来的安全性问题，大多数VTL设备上的文件系统可以防止病毒或其他安全方面的威胁对系统造成严重破坏。同时，访问VTL的文件系统和访问磁带类似，都是间接访问，因此不会造成病毒感染。
最终，如果我们将虚拟带库与D2D备份做一个小结，D2D备份的主要优点包括集成了现有的备份应用软件，并提供了增强功能;但其局限性在于整合性、兼容性和安全性差，故障解决时间长，过程复杂，服务成本高。
相比D2D备份，虚拟带库利用已有的备份应用软件在几分钟内完成安装，并开始备份，易于轻松部署;而且应用起来与标准磁带库操作完全相同，集成简单;且易于组成工作方案，拥有更高的灵活性;可扩充备份到几千TB数据，扩容型号;更重要的是，性能强大，比物理磁带库的速度快10倍，具有多种优化和性能强化功能。
