Bandlaufwerke und LINUX

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Wird was Größeres und wird wohl ein paar Tage länger brauchen bis zur Vollendung --Robi 18:51, 12. Nov 2006 (CET)

Bandlaufwerke bieten die Möglichkeit größere Datenmengen zu Sichern. Tägliche Backups von mehreren Rechnern und täglich einigen hundert GigaByte oder gar TerraByte Größe, die dann auch einige Tage aufbewahrt werden müssen, sind mit anderen derzeit verfügbaren Medien wie zB. DVD oder externe Festplatten nicht mehr handelbar. Besonders die modernen Bandlaufwerke die enorme Sicherungsgeschwindigkeiten und Bandkapazitäten erlauben, stellen jedoch an das Backupkonzept einige Anforderungen, die LINUX per default so nicht berücksichtigt. Speziell für den Einsatz solcher modernen Laufwerke in kleinen Netzwerken oder in kleineren Büroumgebungen unter LINUX werden hier einige spezielle Hinweise gegeben.

Backup mit Bandlaufwerken

Bandlaufwerke eine Übersicht

Was ist ein Streamer und wie funktioniert er

Streamer ist eine andere Bezeichnung für Magnetband-Laufwerk. Der Ausdruck Streamer entstammt dem englischen Begriff "stream". Gemeint ist damit der kontinuierliche Daten-Strom, der sequentiell auf ein Magnetband gespeichert wird. Während also zum Beispiel eine Festplatte im Normalfall im Blockmodus betrieben wird, (es werden also größere Datenblöcke abgelegt und deren genaue Position im Filesystem vermerkt, damit die Blöcke auch wahlfrei wieder gelesen werden können) wird ein Streamer immer von Anfang an sequentiell von vorne nach hinten beschrieben, und die Daten müssen auch wieder so ausgelesen werden. Ein Bandlaufwerk kann man sich vorstellen wie ein Tonband mit 2 Spulen und einem Schreiblesekopf. Die Speicherung erfolgt jedoch nicht wie auf einem herkömmlichen Tonband mit analogen Methoden, sondern auf einen Streamer wird prinzipiel digitale Signale gesichert. Dabei haben sich Laufwerke mit wechselbaren Medien in Form von Kasetten ( Cartridges ) durchgesetzt, ähnlich zB. dem Kassetten eine Kassettensplayers oder zB von VHS-Videorecorder. Dabei ist ein wahlfreier Zugriff, wie wir es zB. von einer Festplatte gewohnt sich, so nicht möglich.

Auf einen Streamer werden in aller Regel keine einzelnen Dateien geschrieben, sondern die Dateien werden mit einem Archiver zB tar oder cpio in Archive gepackt. Der Streamer schreibt beim Sichernzwischen solche Archive spezielle Markierungen (EOF End Of File) und kann so Anfang und Ende solcher Archive erkennen und auch dorthin positionieren. Auf eine bestimmte Datei innerhalb eines Archives kann so aber nicht direkt positioniert werden, da der Streamer und die Backupsoftware die Position der Datenblöcke der einzelnen Dateien innerhalb eines solchen Archives nicht kennt. Das Archiv muss also vom Anfang gelesen werden, bis die gewünschte Datei im Archiv gefunden wird. Da beim Positionieren wirklich eine mechanische Positionierung, sprich ein Umspulen des Bandmateriales dauert eine Positinierung auch einige Sekunden bis Minuten, je nach Laufwerkstype und Technologie. Moderne höhere Backupsoftware packt die Archive aus Frames zusammen, wobei sich in den Headern der einzelnen Frames noch Zusatzinformationen über das Archiv und die darin befindlichen Dateien befinden und/oder legt im Rechner noch zusätzliche Indexdateien an, mit deren Hilfe es möglich wird, auch innerhalb eines Archives in die nähe einer bestimmten Datei zu positionieren. Damit kann uU. einiges an Zeit für das Auslesen einzelner Dateien von einem Band gespart werden.

Was jedoch auf einem Tonband geht, dass man an irgend einer Stelle einfach neu aufnehmen kann, und damit einen Teil der alten Daten dort einfach überschreiben kann, das geht mit Streamern nicht. Wenn irgendwo auf einem Band geschrieben wird, dann sind automatisch alle sich physikalisch dahinter befindliche alten Daten ungültig und nicht mehr zu lesen. Der Versuch dort hin zu positionieren wird mit einer Fehlermeldung abgewiesen. Auch muss immer zwingend am letztem Datenende oder am Ende eines Archives weitergeschrieben werden, und wenn das Beschreiben des Bandes beendet oder abgebrochen wird, an dieser Stelle immer ein EOF (End of File) und ein EOD (End of Data) markiert werden. Nur so wird es möglich das das Laufwerk diese Position auch wiederfinden kann, um zB dort wieder weiterzuschreiben.

Anschlusskonzepte von Bandlaufwerken

Da der Hauteinsatz dieser Laufwerke in der Vergangenheit immer Rechenzentren umfasste, und das bevorzugte Anschlusskonzept dort SCSI ist und war, werden auch heute noch die meisten Streamer mit SCSI angesteuert, oder in der neusten Variante SCSI über Fibre Channel . Daneben gibt es auch einige Geräte die über USB, IDE, SATA usw. angeschlossen werden können, das ist aber ehr die Ausnahme. Die meisten über SCSI angeschlossenen Geräte werden von LINUX problemlos unterstützt. Bei anderen Anschlusskonzepten kann es zu Treiberproblemen kommen.

Aufnahmetechnologie und Bandmaterial

Es gibt eine ganze Reihe von Technologien, die ihrerseits von der Aufnahmetechnologie und der Bandbreite unterschiedlich sind und untereinander nicht kompatibel. Es gibt zB Technologien mit 4mm breiten Bändern, mit 8mm breiten Bändern mit 1/4 Zoll und 1/2 Zoll breiten Bändern. Selbst bei den einzelnen Herstellern und der Technologie gibt es ständig Verbesserungen der Datendichte auf den Bändern, was wiederum neue Standards und andere Aufzeichnungsverfahren und neue Bandtypen nach sich ziehen. Neue Laufwerkstypen unterstützen oftmals einen Teil von früherer Aufzeichnigsstandards, manchmal jedoch nur lesend.

Beispiele für Hersteller und Technologien

• QIC - Abkürzung für "Quarter-Inch-Cartridge", QIC spezifiziert einen Standard für (Streamer)-Kassetten mit 1/4 Zoll breiten Bändern.

• Travan - eine Untergruppe des QIC-Standards und ein Name, der von der Firma 3M (heute/ehemals Imation) ins Leben gerufen wurde. Die Cartridges sind etwas größer als Mini Cartridges und können aufgrund der längeren Bänder mehr Daten speichern.

• LTO - Abkürzung für "Linear Tape-Open Technology" Diesen Standard für Streamer / Bandlaufwerke haben IBM, Hewlett-Packard und Seagate Anfang 1998 vorgestellt.

Moderne heutige Technologien LTO Ultrium 3 ermöglichen Nettokapazitäten von mehr als 160GB und Schreibgeschwindigkeiten von mehr als 70MB/s. Ein Ende der Entwicklung immer schnellerer Laufwerke mit immer größerer Kapazität ist derzeitig nicht abzusehen.

Zwei Entwicklungrichtungen

• "Ultrium" war optimiert auf hohe Kapazität,
• "Accelis" für schnellen Zugriff auf gespeicherte Daten.

• DLT - Abkürzung für "Digital Linear Tape" Bandspeichertechnologie mit linearer Aufzeichnung, die sich lange Zeit als de facto Standard im Midrange und High-End PC Server Markt gehalten hat. Verwendung fand ein 1/2-Zoll breites Magnetband.

• DDS - Abkürzung für "Digital Data Storage" Datensicherungs- System mit DAT-Technologie und folgenden Spezifikationen:

mit Übertragungsgeschwindigkeit und Mediumkapazität ohne Kompression

• DDS-1 -183-366 Kb/s 1.3 bis 2.0 GB
• DDS-2 -500-600 Kb/s 2 - 4 GB
• DDS-3 -bis zu 1 Mb in der Sekunde ;bis 12 GB
• DDS-4 -bis zu 4 Mb in der Sekunde ;20 GB (kompatibel zu den anderen DDS Standards)

• AIT - Abkürzung für "Advanced Intelligent Tape" Sony-Weiterentwicklung der 8mm-Helical Scan-Technologie zur Datenaufzeichnung mit dem besonderen Merkmal, dass sich das Inhaltsverzeichnis auf einem Chip als Bestandteil der Cartridge befindet.

Die entwicklung geht in einem rasendem Tempo vonstatten. Siehe am Beispiel die LTO Ultrium Technologie, bei der sich mehrere Hersteller auf einen gemeinsamen Standard geeinigt haben, mit dem Ziel mehrere Generationen von solchen Laufwerken zu entwickeln bis zu 6.4TB Kapazität pro Bandkassette und mit Geschwindigkeiten bis 540MB/s. Da solche Geräte heute in großen Stückzahlen produziert werden, und auch das Preis-Leistungsverhältins ständig sinkt, wird es auch für immer kleinere Anwender intressant, mit solchen Geräten zu arbeiten. (siehe auch www.lto-technology.com und http://www.usedlto.com/lto-com-toc.0.html).

Linux und Bandlaufwerke

Treiber und Programme

SCSI-Bandlaufwerke werden per default von Linux unterstützt. Der Treiber der dazu genutzt wird ist der st-Treiber, das Programm zur Ansteuerung der verschiedenen Tape-Operationen ist mt. Weitere Laufwerksinterne Operationen und Unterstützung auf SCSI-Ebene kann mit dem optionalem Paketen scsi und xscsi erfolgen. Eine Erweiterung des mt-Befehles und wesentlich bessere Unterstützung für viele Bandlaufwerke und einen besseren Funktionsumfang hat der Befehl mtst aus dem optionalen Paket mt_st. Da die Ansteuerung ausschließlich über den default SCSI-Befehlssatz für Sequentielle Devices des SCSI-Standards beruht, gibt es für die wesentlichen Befehle auch kaum Probleme bei der Unterstützung von einzelnen Laufwerkstypen, und auch die modernsten Laufwerke funktionieren in der Regel uneingeschränkt.

Viele Programme können direkt auf das Bandlaufwerk zugreifen, darunter

• tar,
• cpio,
• dd
• sowie optionale Backuptools und Backupsoftware soweit sie Bandlaufwerken unterstützen.

Leider sind die default Einstellung von LINUX und von vielen Backupprogrammen nicht auf der Höhe der heutigen Laufwerkstechnologien, sondern beruhen noch auf den verfügbaren Bandtechnologien der 80er und 90er Jahre. Um die modernen Laufwerkstypen einigermaßen im Rahmen der Parameter zu betreiben, für die sie gebaut wurden, sind einige Einstellungen zu beachten, da sonst sowohl die Backup- wie auch die Restoregeschwindigkeit so quälend langsam sind, dass damit nicht nur das Backup zur Geduldsache wird, sondern auch Bandmaterial und Laufwerk unter einem stark erhöhtem Verschleiß und mit erhöhtem Fehlerrisiko betrieben wird.

Der richtige Controller

Meistens haben wir es bei Laufwerken mit SCSI SE (Single Ended) oder SCSI LVD (Low Voltage Differential) zu tun, (man sollte aber bedenken, es gibt durchaus auch Laufwerke mit SCSI HVD (alte Bezeichnung: SCSI DIFF) Anschluss, für diese wird ein anderer Controller oder ein Adapter benötigt). Auf die Spezifikationen der Technologie und die daraus resultierenden Anforderungen und Ansprüche an Kabel, Kabellängen und Terminatoren, sowie die Einstellung von SCSI-IDs soll hier nicht näher eingegangen werden. Die älteren Bandlaufwerke arbeiten mit Schreib-Lesegeschwindigkeiten bis 5MB/s oder unwesentlich schneller. Schon hier sollte man aber bedenken für anständige Performance der Bandlaufwerke möglichst nur PCI-Controller verwenden, und möglichst nur ein bis maximal 3 gleichartige Laufwerke am selben SCSI-Bus. Für viele ältere Laufwerke reicht zB ein Adaptec AHA-2940U oder AHA-2940UW vollkommen aus. Moderne Bandlaufwerke arbeiten mit Datenraten von 15-72MB/s und noch schneller. Für diese Laufwerke reicht ein solcher Controller bei Weitem nicht mehr aus, um den Datenhunger des Laufwerkes zu stillen. Für solche Laufwerke wird dann ein "Wide Ultra2, Fast-40 Wide" , "Ultra3, Ultra160, Fast-80" oder "Ultra320, Fast-160" Controller benötigt. Diese Controller sind für die 32Bit PCI-Systeme eines normalen PCs zwar nicht alltäglich, eventuell jedoch trotzdem erhältlich, aber hier können durchaus bei Vollauslastung Engpässe innerhalb des 32 Bit PCI-Bus des Systems auftreten, besonders wenn gleichzeitig auch noch andere PCI-Kontroller unter Last arbeiten. Für eine wirklich Performanten Anschluss von modernen SCSI-Bandlaufwerken zB für den Neuaufbau eines Backupservers, sollte man also von vorne herein gleich Serverhardware mit einem 64Bit PCI-Bus klar bevorzugen. Bei Benutzung eines heute durchaus üblichen Doppeckontrollers in dieser Leistungsklasse und vorhandenen 66MHZ PCI-Bus-Slot, dann ist auch überlegenswert, diesen hierfür zu nutzen. Ein heute vielfach verkauftes LTO3 Laufwerk zB. wird man nicht mehr performant über normale PC-Hardware ansteuern können.

weiter Links zum Thema Linux Backup auf Tapelaufwerken

• Script für Backup erklärt das Schreiben eines eigenen konfortablem Backupscript für Tapelaufwerke von Grund auf.

--Robi 18:51, 12. Nov 2006 (CET)