更快、更省錢的新世代VTL

虛擬磁帶櫃（Virtual Tape Library ，VTL）可利用模擬SCSI指令的方式，將磁碟模擬成磁帶設備，從而在不更動原有磁帶備份架構下以磁碟取代磁帶，達到縮短備份窗口、提高備份成功率、加速還原時間、調閱歸檔資料效率等利益。

實體磁帶設備仍不可或缺
對於有長期存檔、法規稽核，或是資料量龐大，必須考慮實施資料生命周期管理的企業來說，保留實體磁帶將是必要的作法。但這不意味著VTL與實體磁帶間不能共存，讓VTL與實體磁帶相輔相成。

VTL搭配實體磁帶面臨的四大問題
雖然VTL結合磁帶有相輔相成的效果，但在實際應用中，卻面臨效能、可用容量限制與節能等四大問題。

VTL的四大新興技術
為VTL結合磁帶可能產生的問題，各主要VTL廠商均在新一代產品上結合了新的技術，以因應VTL運作或與磁帶配合時產生的種種不足，主要有硬碟壓縮、重複資料刪除、直接磁帶輸出、MAID及I/O負載平衡等技術。

新世代VTL市場現況
支援新興VTL技術已是大勢所趨，可以預期多數廠商到明年時都會追上先行者的腳步，讓VTL的應用進入一個新的世代。

FalconStor VTL-S VTL-S是一系列針對中小企業與遠端辦公室的VTL應用伺服器，產品涵蓋2U～5U的3種款式，原生容量可達4.5～18TB，除了基本的模擬不同廠牌、規格磁帶設備的功能外，還具備重複資料刪除、直接磁帶輸出，以及選購的遠端複製功能...

實測新世代VTL DXi3500是Quantum新一代磁碟備份伺服器，2U機箱可安裝8臺SATA硬碟，最大原生容量可達6TB，系統提供RAID 5保護磁碟資料，並具可熱抽換的硬碟槽與電源供應器...

實體磁帶設備仍不可或缺

對前端的備份伺服器或應用伺服器來說，VTL和實體磁帶設備是完全一樣的，前端完全不會知道後端的「磁帶」，實際上是VTL系統以磁碟模擬出來的空間，因此能相當程度地替代實體磁帶的作用。但即使如此，對許多企業來說，仍不能因為導入VTL而放棄實體磁帶。

首先是長期存檔的需求。種種資訊法規均要求企業保存一定期限，而一般磁碟系統的保固期限只有3年左右，若是更長的時間，可靠性就無法保證，而且隨著產品的更新換代，維護成本也會大幅提高。如果要將資料在磁碟上保存5～7年或更久，顯然每隔3年就要更新一次設備，不但花費龐大，同時還須執行麻煩的資料遷移作業。相較下，磁帶媒體的保存周期就要長得多，單位成本也更適合用於超過5年以上的長期存檔。

其次是法規稽核的需求。目前許多資料稽核實務仍要求檢視磁帶，而非磁碟內的資料。某些法規甚至還要求特定資料必須保存在不可塗改的媒體上，以防事後變造，而目前幾乎所有磁帶產品都能提供針對這類「一次寫入、多次讀取」需求的WORM（Write Once Read Many）媒體。除了技術非常成熟外，更重要的是這些產品均已獲得有關當局的認可，使用上沒有任何問題。

相較在磁碟產品部份，目前則只有少數廠商能提供具備「寫入後即不可更改」的技術，但要取得這項功能，比起WORM磁帶昂貴許多，在市場上的接受程度仍相當有限。

最後是基於資料生命周期的考量。雖然磁碟的成本不斷降低，但考慮到磁碟有效的使用時間，磁碟的單位使用成本仍高於磁帶。隨著資料量的不斷膨脹，無限制地購買磁碟加以儲存，顯然不是最佳對策。反之，基於資料性質的不同，而將資料分別置於不同速度、成本的儲存媒體上，將會是較為合理的作法。而磁帶基於低價的特性，十分適合作為整個儲存體系的最末端，用於存放產出時間最久、調閱機率最低的資料。

VTL與實體磁帶設備的結合
由前可知，對於有長期存檔、法規稽核，或是資料量龐大，必須考慮實施資料生命周期管理的企業來說，保留實體磁帶將是必要的作法。但這不意味著VTL與實體磁帶間不能共存，讓VTL與實體磁帶相輔相成。

首先，VTL可作為後端實體磁帶的緩衝（Buffer），以便縮短備份窗口，所有備份資料將先寫進速度較快的VTL，然後再於其他時間轉存到實體磁帶上。因此即使轉存實體磁帶的速度較慢，也不會影響到前端系統。

其次，透過VTL與實體磁帶的結合，亦能方便地實現資料生命周期管理。一般而言，多數使用經驗均顯示，越新的資料，還原、調閱的機率也越高，因此可藉由備份政策設定，讓一定期限內的資料保留在速度較快、可靠性較高的VTL上，以備快速還原的需求。至於超過一定期限的資料，也能透過設定自動轉存到磁帶上，以便清空VTL的空間讓給新產出的資料。VTL搭配實體磁帶面臨的四大問題

雖然VTL結合磁帶有相輔相成的效果，但在實際應用中，卻面臨效能、可用容量限制與節能等四大問題。

VTL的效能限制
單論循序存取速度，其實當前的高速磁帶機傳輸速率並不遜於磁碟陣列，而大型的磁帶櫃還能藉由多個讀寫頭執行多資料流平行備份（Multiple concurrent backup sessions），倍增寫入速度。但限制就在於磁帶只能循序存取，如果要還原特定檔案而不是要還原整卷磁帶，就必須從頭倒帶捲到特定位置，非常花時間。

相形下，VTL的實體是磁碟陣列，由於磁碟屬於可隨機存取的媒體，可隨時讀取磁碟區中的任意位置，還原特定資料的速度遠高於磁帶。更大的優勢在於VTL可模擬任意數量的讀寫頭，因此執行多資料流平行備份時，不會受到讀寫頭數量的限制。一套VTL可同時連接多部備份伺服器，同時執行多組備份程序大幅縮短備份時間。

但在底層，VTL是透過軟體將磁碟陣列掛載到前端伺服器上的LUN模擬成磁帶格式，在多個備份資料流同時作業的情況下，很可能會發生多個資料流同時寫入同一個控制器或同一個LUN，導致磁碟陣列負擔不平衡而造成性能瓶頸。

另外，由於VTL是完全模擬磁帶，而內建硬體壓縮已經是磁帶機的標準功能，因此VTL模擬出來的虛擬磁帶也必須具備對應的壓縮功能。但問題在於VTL提供的壓縮功能多半是利用軟體方式完成，非常占用VTL處理器資源，以致嚴重影響VTL的備份效率。

轉出實體磁帶作業占用備份伺服器資源
在VTL結合磁帶的架構下，VTL是居於緩衝的角色，資料最終還是要轉存到後端的磁帶上。但關鍵在於要如何執行轉存磁帶的作業。

傳統的作法都是由前端備份伺服器的備份軟體，來執行將資料從VTL轉存到磁帶的作業。具體方法有幾種：一種是先把資料從VTL還原到備份伺服器上，然後再轉存到磁帶設備上；另一種則是透過備份軟體的磁帶複製（clone）功能。在備份軟體看來，VTL模擬出來的磁帶和實體磁帶沒什麼不同，因此可事先在VTL上設定與實體磁帶相同規格的虛擬磁帶，然後再以磁帶複製功能，將VTL中的資料轉到實體磁帶上。

無論哪種方式，都需透過前端的備份伺服器執行，因此會占用備份伺服器的作業時間與處理資源，當備份伺服器執行VTL轉存實體磁帶作業時，就沒辦法執行原來的正常備份工作。

但當前企業的資料量都很大，對備份伺服器被占用均十分敏感，不見得能允許備份伺服器花很多時間去執行轉存磁帶作業。

容量瓶頸
如前所述，由於VTL是作為實體磁帶的緩衝，顯而易見的，如果VTL的容量越大，則留存在VTL磁碟中的備份資料也越多，因此在需要還原資料時，能夠降低從最後端的磁帶中尋找資料的機率，從而大幅提高還原效率。

雖然多數VTL產品都預留有擴充容量的餘裕，但比起可透過購買新磁帶無限擴充容量的磁帶設備，VTL容量仍是相當有限，因此一般的作法是透過政策設定，只在VTL中保留1個月內的備份資料，超過時限的資料就轉存到磁帶，以把VTL的空間讓給新的資料。

但對許多要求每天均執行全備份的用戶來說，這樣的標準仍不易達成，要讓VTL保留最近1個月份的資料，將需要非常大的磁碟空間，因此用戶不是被迫為VTL購買極大的容量，就是只能在VTL上保留更少天數的資料，以致必須更頻繁的執行轉存磁帶作用。

VTL需持續運作，難以節電
VTL相較於磁帶設備雖有效能與可靠性上的優勢，但就當前越來越受重視的電力消耗方面來看，卻是處於劣勢。

磁帶櫃、自動上帶機之類的磁帶設備內部主要元件都是機械裝置，機械手臂、磁帶匣轉盤、磁帶機磁頭等部件，都只有在實際工作時才會被驅動，平時處在待命狀態下消耗的功率極低；而且多數企業都只有在下班等離峰時間才會啟動磁帶設備執行備份，因此磁帶設備一天中幾乎只有8到10多個小時會全功率運轉。

相較下VTL的磁碟陣列就必須維持不間斷的運作，尤其像是控制器與風扇等元件的供電都是不能中斷的，雖然也可以平時把VTL關機，待要備份／還原時再行開機，但一來重新開機需要時間，二來又會牽涉到前端備份伺服器的設定；原先設定好的VTL在關機後就會從備份伺服器的備份裝置中離線，VTL重新啟動後，還須在備份伺服器上重新設定，十分麻煩。VTL的四大新興技術

為解決前述問題，各主要VTL廠商均在新一代產品上結合了新的技術，以因應VTL運作或與磁帶配合時產生的種種不足。

提高效能：磁碟負載平衡與硬體壓縮
傳統VTL 中，模擬出來的磁帶均位於磁碟上的固定位置，在某些情況下可能會發生許多的備份資料流均集中到一個磁碟的問題，因此FalconStor、NetApp等廠商在VTL上改用動態的I/O分配技術，虛擬磁帶並不位於固定的位置，系統可以自動分配備份資料流寫入磁碟陣列的位置，備份資料流可動態地平均分布在多個磁碟 LUN 中，避免形成磁碟LUN瓶頸。

另外由於軟體壓縮會造成處理器的負擔，因此也降低了 VTL 整體效能。某些情況下啟用軟體壓縮甚至會使 VTL 吞吐量降低一半，如果對不易壓縮的離散資料啟用軟體壓縮，那VTL的吞吐量甚至會下降 85%。

為解決這個問題，導入專用的壓縮晶片／卡已是目前的趨勢，如此可在不影響處理器效能的情況下執行壓縮工作，吞吐量可數倍於啟用軟體壓縮的VTL，如NetApp、Quantum等廠商的VTL產品都已內含了硬體壓縮功能，其他像EMC與FalconStor則列為選購。

直接磁帶輸出—更順暢的轉存作業
傳統由備份伺服器執行的VTL轉存實體磁帶工作存在許多不便，因此FalconStor、NetApp與Quantum等廠商紛紛推出了「直接磁帶輸出（direct tape export）」或稱作「無伺服器磁帶輸出（Server-less tape backup）」的功能。顧名思義，這個功能可讓使用者直接從VTL把資料轉存到後端實體磁帶上，因此不會占用前端備份伺服器的資源，也不會干擾到備份伺服器原來排定的備份工作。

在這種模式下，VTL本身也形同於一臺備份伺服器，可支援各種磁帶設備，並執行轉移資料的備份工作。

目前已有Falconstor、NetApp、EMC、Quantum（限較高階的款式）等廠商能提供支援直接輸出磁帶功能的VTL產品，而FalconStor與NetApp的產品還能提供更精緻的設定。當VTL輸出磁帶後，可設定這卷理論上已被清出VTL的磁帶資料，仍保留在系統上一段時間，這段時間內如果需要還原該卷磁帶的資料，可直接從速度更快的VTL中讀取，而不用去找實體磁帶，NetApp特地給這個機制Shadow Tapes的名稱。

重複資料刪除技術：倍增容量效率
重複資料刪除技術可藉由對原始資料的分解與特徵值演算，除去資料中的冗餘部分，讓有限儲存空間發揮出數倍甚至數十倍的儲存效率，大幅提高磁碟有效的儲存容量。

而對VTL來說，由於可容納的資料量提高，因此使用者原來每隔幾天或每周就需要執行一次的轉存磁帶作業，可改為間隔1個月甚至是半年之久。由於留存在硬碟上的資料量增多，也提高了資料還原或檢索的速度。

VTL結合重複資料刪除技術是當前相關廠商競相投入的焦點，如FalconStor、Quantum、Data Domain、Diligent與Sepaton等都已有這類產品可供銷售。接下來NetApp等大廠也即將跟進。

MAID
MAID（Massive Arrays of Idle Disks）是新出現的磁碟陣列技術，概念就是以RAID群組為單位，讓磁碟陣列中的硬碟只有在實際使用時才全速運轉，平時閒置時則可降速以求省電。依廠商的宣稱，MAID可讓磁碟陣列省電20～30%。

而VTL的硬體底層是磁碟陣列，因此導入MAID技術並無太大問題，而藉由MAID也能消除VTL耗電較高的缺點，目前已有Copan等廠商推出具有MAID功能的VTL。當然MAID的效益仍須視使用環境而定，對於系統複雜、資料量十分龐大的環境，VTL很可能隨時都有備份或臨時的還原作業需要執行，很難騰出可以讓RAID群組進入休眠的時間，這種狀況下MAID的節能效果就相當有限了。

新世代VTL市場現況

直接磁帶輸出、重複資料刪除、硬體壓縮、MAID與I/O負載平衡等技術，都是這一年多來才陸續出現在VTL上的新功能，因此各主要VTL廠商導入的速度也不一。

目前看來，老字號的VTL供應商FalconStor是其中腳步較快的一家，上一版的VTL 4.5就有部分新功能，而最新一代VTL 5.0則具備除了MAID以外，具備了我們這裡談到全部新功能。不過FalconStor屬於軟體廠商，MAID這類硬體功能非其重點，只要搭配VTL軟體的硬體具備該功能即可。相對的與FalconStor有合作關係的Copan則是目前唯一提供MAID的VTL廠商。另外NetApp的Nearstore VTL系列除了預訂在明年初導入的重複資料刪除功能外，其餘功能也已大致齊備。

在磁帶系統上浸淫已久的Quantum在這方面也沒有缺席，其高階的DXi7500可支援直接磁帶輸出、重複資料刪除、硬體壓縮，低階的DXi3500/5500也有重複資料刪除與硬體壓縮。至於其餘廠商的支援性就沒前述幾家完整，如EMC的DL系列還沒有重複資料刪除，Sepaton的S2100沒有硬體壓縮與直接磁帶輸出等。不過支援這些功能已是大勢所趨，可以預期多數廠商到明年時都會追上先行者的腳步，讓VTL的應用進入一個新的世代。文⊙張明德

VTL-S是一系列針對中小企業與遠端辦公室的VTL應用伺服器，產品涵蓋2U～5U的3種款式，原生容量可達4.5～18TB，除了基本的模擬不同廠牌、規格磁帶設備的功能外，還具備重複資料刪除、直接磁帶輸出，以及選購的遠端複製功能。使用者可選擇4Gb/s FC與iSCSI兩種傳輸通道，以適應FC SAN或IP SAN等不同應用環境。

緊密結合VTL與實體磁帶的直接磁帶輸出功能
VTL-S系列是老字號VTL廠商FalconStor推出的新一代VTL產品，早先叫做VTL All in One（VTL AiO），後來改為VTL-S，兩者都支援FalconStor的Single Instance Repository（SIR）重複資料刪除技術，但VTL-S又另外增加了直接磁帶輸出與資料壓縮功能，具有更好的作業彈性與管理機能。

直接磁帶輸出功能即是把VTL-S本身當作備份伺服器，將VTL-S儲存的資料直接輸出到後端的實體磁帶設備上，不再需要像過去需透過前端備份軟體來執行磁帶轉存作業，可將備份伺服器從轉存磁帶作業中解脫出來，有效打通備份流程中的瓶頸。不過要特別注意的是，如果使用者啟動了重複資料刪除功能，由於該技術只對磁碟有效，因此資料在轉存到實體磁帶前，將會被回復到原始狀態。

另外VTL-S新增的壓縮功能，為透過系統處理器執行的軟體壓縮，雖較消耗VTL系統資源，但比起透過前端備份軟體執行的壓縮，由VTL本身執行壓縮，只會消耗VTL本身的系統資源，只要VTL本身的處理器等級夠高，對作業造成的影響還算可以接受，但更重要的是不會影響到備份伺服器的效能。

後處理類型的重複資料刪除
除了直接磁帶輸出外，新增SIR重複資料刪除技術是VTL-S最重要的特色。SIR是一種寫入後再處理的重複資料刪除技術，使用者只要在控制臺的VTL系統項目中把SIR項目打勾即完成了設定。另外還能設定資料寫入VTL後到開始執行SIR的延遲時間（預設最小為1分鐘，即資料寫入1分鐘後才會開始進行刪除演算），以及寫入多少資料後才開始SIR的比對作業（預設為1MB）。

另外由於SIR的導入，也讓透過網路遠端傳送大量備份資料有了實現的可能。過去只有能負擔頻寬費用的大型企業，才會導入遠端複製備份資料的功能，但現在有了SIR後，VTL-S用戶便可選購遠端複製功能，可把資料複製到遠端的另一臺VTL-S上。由於傳輸的備份資料將會先經過SIR的處理，去除大量冗餘部分後，因此只需要很小的頻寬即可執行遠端複製工作。所以對有多個分支據點的企業，就能利用VTL-S的這個特性將遠端資料統一備份回總公司的資料中心。文⊙張明德

實測新世代VTL

DXi3500是Quantum新一代磁碟備份伺服器，2U機箱可安裝8臺SATA硬碟，最大原生容量可達6TB，系統提供RAID 5保護磁碟資料，並具可熱抽換的硬碟槽與電源供應器。系統除了可模擬多種廠牌、規格的磁帶設備外，也能當成NAS用於磁碟備份，另外還可選購遠端複製功能。

可對應不同環境需求的系列產品
DXi3500是Quantum DXi系列磁碟備份伺服器中的入門產品，該系列另有中階的DXi5500與高階的DXi7500兩款產品，三款產品的容量與功能略有差別，可對應從中小企業到大型企業的備份環境。在容量方面，DXi3500採用可容納8個硬碟槽的2U機箱，最大原生容量為6TB；Dxi5500為可容納24個硬碟槽的5U機箱，最大原生容量可達18TB；最高階的Dxi7500則採用了18U的機櫃，容量可高達240TB。

在功能方面，Dxi系列的三款產品全部都可支援光纖通道（FC）與GbE網路，不過DXi3500/5500只支援到2Gb/s FC，而Dxi7500則能支援4Gb/s FC。另外Dxi7500還提供直接磁帶輸出、線上（in-line）/後處理（post-processing）兩種重複資料刪除政策選擇，以及系統控制器、RAID控制器的主動—主動式備援、雙風扇/電源供應器備源，以及硬碟、風扇、電源供應器熱抽換等高可用性功能，可用於要求較高的關鍵應用環境。

至於DXi3500/5500則均只有後處理重複資料刪除技術，以及硬碟、電源供應器的熱抽換，較適合要求不高、能容許較長故障排除時間的中小型環境使用。

兼具虛擬磁帶櫃與NAS功能
能同時支援多種傳輸協定，並扮演不同角色是DXi系列磁碟備份伺服器的一大特色。可透過FC埠接上FC SAN，或是利用GbE埠接上iSCSI SAN或IP網路。

在FC SAN或iSCSI SAN這類區塊（Block）存取環境下，DXi系列是扮演虛擬磁帶櫃（VTL）的角色，可模擬成ATL P1000/7000、Quantum M2500/PX500DX5000與ADIC Scale系列磁帶櫃，以及Quantum DLT7000、SDLT320/600、DLT-S4、HP LTO-2/3、IBM LTO-1/2/3等磁帶機，充作備份目標端的儲存媒體。

較特別的是Dxi系列還能支援CIFS/NFS檔案傳輸協定，因此可在乙太網路下當成檔案伺服器或NAS使用，作為檔案備份的目標設備。

整合重複資料刪除技術
為了提高儲存效率，讓有限磁碟容量發揮更大的儲存能力，整合重複資料刪除技術已是新一代的VTL或近線磁碟儲存設備的趨勢，而DXi系列正是這類新型態儲存設備之ㄧ。透過重複資料刪除技術，在相同的磁碟空間內，以前只能短期保存的資料，現在就可以在VTL中留存更長的時間，因此能降低轉存磁帶的頻率，同時也大幅提高了還原效能。

需額外外選購的遠端複製功能，也是建立在重複資料刪除技術的基礎上，由於系統內儲存的都是刪除冗餘後的資料，因此複製時所占用的頻寬將遠小於原始資料量，有效降低複製作業對網路的衝擊。

DXi系列不同產品的重複資料刪除技術略有差異。中低階的DXi3500/5500均只支援「線上」方式的重複資料刪除，在資料寫入的同時，執行重複刪除演算，這種方式占用的容量較小，但會影響寫入效能；至於高階的DXi7500則有「線上」與「後處理」兩種重複資料刪除方式，後處理就是等到資料寫入後，再執行重複刪除演算，這種方式須占用較大的暫存容量，但比較不會影響備份效能。

要特別注意的是，DXi系列的重複資料刪除技術雖能同時用在VTL與NAS上，無論是對虛擬出來的磁帶空間或是共享檔案存放區，都能發揮刪除冗餘資料的效果。但在NAS的共享區域中最好不要存入細碎的小檔案，由於重複資料刪除演算會對每一份存入的資料產生相對應的Metadata，對於經由備份軟體處理後的大型備份檔案，這些Metadata相對應的容量都很小，不會造成什麼影響。

但若把DXi當成普通NAS而任意存入細碎的小檔案，則每一份小檔案產生的Metadata大小甚至會超過檔案本身容量，累積的Metadata容量也會隨之增大，以致DXi不但不能發揮「刪除冗餘」效果，反而消耗掉的總容量還會大大增加。

以我們在DXi3500上的測試為例，如果是以備份軟體將3500多個檔案轉成一個特定格式的5GB備份檔案，DXi3500確實能發揮刪除重複的效果，存入後只消耗了4GB的空間，也就是刪除了整整1GB的冗餘資料。但若改成直接存入5個18MB的小檔案，則DXi3500所消耗的總容量反而膨脹到269MB，比原始容量還大2.5倍。

所以在使用DXi的NAS功能時，較好的方式是關閉重複資料刪除功能，當成純綷的檔案存取區域使用；或者是啟動重複資料刪除功能，但禁止像普通NAS般存入零碎檔案，限定只能透過備份軟體存取，當成純綷的備份專用存取區域。

易於部署與操作
相較於某些必須藉由文字命令列，或是繁複設定程序才能使用的VTL，DXi系列的安裝與操作可說是十分簡便，以我們測試的DXi3500來說，開機並登入系統的網頁式控制臺後，先利用控制臺的圖形介面設定欲模擬的磁帶櫃與磁帶機規格，以及對應的磁帶匣容量、數量，再把空磁帶匣分配給模擬出來的磁帶機就完成了設定。接下來再到組態選單中的硬體設定選項，設定磁帶設備分配的輸出埠即可。此時在前端連接的備份伺服器上啟動iSCSI initiator，將會找到模擬出來的新增磁帶設備，這時候再安裝該磁帶設備的驅動程式，就能在備份軟體中開始使用DXi3500。

至於NAS功能的設定就更簡單了，只要設定欲加入的網域或工作群組，以及可供登入存取的帳號/權限後，就能開始使用，整個過程花不到5分鐘的時間。文⊙張明德