Von: Brian Blanchard
Es ist noch gar nicht so lange her, dass 1,44 MByte-Disketten das Non-Plus-Ultra für Sekundärspeicher waren. Doch die Zeiten haben sich gewandelt: Die jährliche Wachstumsrate des Speicherbedarfs im Business-Sektor liegt heute bereits bei 100 Prozent. Auch die Erwartungen des Benutzers in Hinblick auf einen möglichst bequemen und schnellen Datenzugriff steigen. So ist die Archivierung von E-Mails zurzeit eines der heißesten Eisen für die ständig unter Zeitdruck stehenden IT-Fachkräfte. Viele Unternehmen begreifen die sichere Speicherung digitaler Informationen inzwischen als einen geschäftskritischen Faktor.
Auswahlkriterien für Speichermedien
Um zu sinnvollen Kriterien für die Auswahl der optimalen Speichertechnik zu gelangen, sind zunächst folgende zehn Fragen zu klären:
1. Welche Datenmengen müssen gespeichert werden?
2. Welche Kapazität benötigen die einzelnen Geräte?
3. Wie häufig wird auf die Daten zugegriffen?
4. Wie schnell muss der Datenzugriff erfolgen?
5. Soll der Datenträger wiederbeschreibbar oder unlöschbar sein?
6. Wie schnell muss eine Wiederherstellung einzelner oder aller Dateien möglich sein?
7. Geht es um vertrauliche Daten, und sind rechtliche oder physikalische Sicherheitskriterien zu beachten?
8. Sind software- oder hardwareseitig bestimmte Austauschstandards erforderlich?
9. Wie viel dürfen Geräte, Datenträger, Verbindungskabel und Wartung kosten?
10. Stammen die zu speichernden Daten von einem Desktop-PC, einem Server, einem Netzwerk oder aus dem Web?
Die Kosten der primären Online-Speicherung sind relativ gering, deren Verwaltung hingegen teuer.
Bei der Sicherung und beim Zugriff auf Informationen im LAN, bei der Datenverwaltung in einem SAN oder über das Web, steht die geeignete Speichersoftware im Mittelpunkt. Sie muss Datenträger und Dateistruktur effizient verwalten sowie einen raschen Zugriff sicherstellen. Zu berücksichtigen sind außerdem die Sicherungsstrategien der Anwendungs- und Datenbankanbieter, der Betriebssystemhersteller und anderer Softwareanbieter.
Für primäre Speichersysteme ist Server Attached Storage (SAS) weiterhin die gängigste Verbindungsmethode. Auf Workstations sind Festplatten normalerweise über SCSI- oder EIDE-Schnittstellen angebunden. Im Kommen sind die beiden komplementären Speichertechniken Network Attached Storage (NAS) und Storage Area Network (SAN).
Sekundärspeicher
Die Speicherung auf Festplattensystemen bietet zwar die schnellsten Zugriffszeiten, doch in vielen Fällen reichen Sekundärspeichertechniken völlig aus. Wir zeigen deren Vor- und Nachteile aus der Sicht unterschiedlicher Unternehmenskategorien auf.
Den schnellen Online-Zugriff benötigen nur wenige Anwender. 80 Prozent aller Online-Daten werden weder geändert noch genutzt. Die geschätzten Verwaltungskosten für Online-Daten in einem LAN belaufen sich jährlich auf sieben Dollar pro Megabyte. Obwohl das bekannt ist, ziehen bisher nur wenige Unternehmen die Konsequenzen daraus. Würden IT-Manager diese Daten mit den verwaltungsmäßig wesentlich preiswerteren Near-Online- oder Offline-Techniken speichern, könnten sie ihre Online-Speicherkosten senken. Die Lösung heißt Speichervirtualisierung und bezeichnet die Gesamtheit an Software-Tools und Verbindungsstrategien, die den optimalen Einsatz verschiedener Speichertechniken für die jeweilige Daten- und Zugriffsart automatisiert. Im Falle der Sekundärspeicher gilt es, die Voraussetzungen für Near-Online- Sicherungs- und Archivierungs-Anwendungen zu bestimmen.
Sekundärspeicher lassen sich aus dem Speichergerät herausnehmen und bei Bedarf unabhängig vom Computer aufbewahren. Sie eignen sich sowohl zur Sicherung und Archivierung als auch für die Speichervirtualisierung.
Sicherung und Archivierung
Bei der Datensicherung geht es um die Geschäftssicherheit, bei der Archivierung um die langfristige Aufbewahrung von Daten. Beide nutzen entweder Datenträger mit direktem Zugriff (optische Geräte und Wechselplatten) oder mit seriellem Zugriff (Bänder), die entweder wiederbeschreibbar sind oder sich nur einmal beschreiben lassen. Letztere Datenträger bezeichnet man als Write-Once-Read-Many-Datenträger (WORM). Für "Near-Online"-Anforderungen mit Zugriffszeiten im Millisekundenbereich stehen Random-Access-Geräte mit robotergestützten Bibliotheken zur Verfügung. Für Offline-Lösungen reichen serielle Geräte aus, bei denen Zugriffe auf Daten durschschnittlich 30 Sekunden dauern.
Wenn sich der gesuchte Datenträger bei einer Bibliothek nicht im Laufwerk befindet, muss der Roboter ihn zuerst aus seinem Steckplatz holen und einlegen. Dies dauert bei magnetooptischen Geräten durchschnittlich zehn Sekunden, bei Band- und CD/DVD-Geräten noch länger. Die WORM-Technik wird für Geschäftsprozesse eingesetzt, die mit unveränderbaren Daten arbeiten.
Aktuelle Sekundärspeicher basieren vor allem auf optischen und Bandtechniken. Die Anforderungen an die unterschiedlichen Verfahren:
- Near-Online-Archivierung
Schnelle Übertragung (kontinuierlich 2 MByte/s), Random Access (25 ms), hohe Kapazität (mindestens 5 GByte pro Datenträger), äußerst zuverlässige Geräte und austauschbare Datenträger (lebenslange Garantie, Lesezugriff mindestens 40 Jahre), Import-/Exportmöglichkeit der Datenträger für Offsite-Archivierung, Unterstützung für Dateisystem-Volumes oder Laufwerkbuchstaben (Softwarepaket), robotergestützte Bibliothekssysteme, Near-Online-Datenzugriff (10 - 15 s, wenn online in Laufwerk nur noch Millisekunden), sehr viele Überschreibungen bei beschreibbaren Datenträgern oder WORM-Unterstützung zum Schutz der Archive.
- Sicherung
Schnellstmögliche Schreibzugriffe (5 - 15 MByte/s), hohe Datenträgerkapazität (zum Beispiel 20 GByte), zuverlässige Geräte und preiswerte austauschbare Datenträger (Pfennigbeträge pro Megabyte), Laufwerke, Selbstladevorrichtungen, Bibliotheksoptionen, Backup-Softwarepakete für Unternehmen, Import-/Exportmöglichkeit der Datenträger für Offsite-Archivierung.
- Archivierung
Wie bei Near-Online-Archivierung äußerst zuverlässige Geräte und langlebige Datenträger. Datenträger müssen bequem und sicher für die Offsite-Aufbewahrung transportiert und gelagert werden können. Die Kassette oder Disc muss einfach zu handhaben sein und ausreichend Schutz für das Speichermedium bieten. Für die Lagerung dürfen keine besonderen Umgebungsbedingungen erforderlich sein. Die Kassette muss robust sein. Unterstützung verschiedener Standards, um sicherzustellen, dass die Daten auch noch nach einer Laufwerkaufrüstung gelesen werden können - mindestens zwei Generationen Rückwärtskompatibilität. Archivierungs- und Katalogisierungssoftware für Unternehmen.
Optische Techniken (CD/DVD)
Für austauschbare Datenträger gibt es zahlreiche optische Techniken. Die allgegenwärtige 120-mm-CD (Compact Disc) hat zur Verbreitung von CD-R-(Recordable)- und CD-RW-(Rewriteable)-Geräten geführt. Die preiswerte CD-R mit einer Kapazität von 650 MByte hat besonders für Backup-Zwecke im Small-Office-Home-Office-Bereich (SoHo) eine große Anhängerschaft gefunden. Die Einschränkungen von CD-Rs: Sie erfordern eine besondere Sorgfalt bei der Lagerung und Handhabung der Datenträger und bieten geringe Speicherkapazität.
Auch gibt es Probleme beim Brennen von CDs, zum Beispiel das des "Buffer Underrun". Dieser Fehler tritt ein, wenn der PC während des Brennvorgangs nicht in der Lage ist, Daten ausreichend schnell zu liefern. Ursachen dafür sind unter anderem langsame PCs, Multitasking, Netzwerk- oder Schnittstellenprobleme. Ein CD-Recorder versucht daher beim Start zunächst, eine ausreichende Datenmenge in den Puffer zu laden, um kurze Unterbrechungen des Datenflusses vom PC aufzufangen. Ist der Inhalt des Datenpuffers jedoch geringer als die Aufnahmekapazität des CD-Recorders, treten Buffer Underruns auf. Dagegen hilft "Burn-Proof" (Buffer Underrun Proof), eine Technik, die Hersteller wie Plextor und Sanyo bereits einsetzen. Ausgehend von der Position des letzten erfolgreich geschriebenen Sektors positioniert die Burn-Proof-Schaltung den so genannten "Optical Pickup". Sobald der Puffer wieder aufgefüllt ist, setzt der CD-Recorder den Brennvorgang fort.
DVDs (ebenfalls 120 mm) haben in der Speicherindustrie bisher vor allem als Unterhaltungsmedium für Aufsehen gesorgt. DVD-RAM, das vom DVD-Forum empfohlene wiederbeschreibbare Format, findet heute bereits großen Anklang bei Near-Online-Speicheranwendungen. Mit einer Kapazität von 9,4 GByte pro Disc (doppelseitig) nimmt es mehr als die vierzehnfache Menge einer herkömmlichen CD auf. Gleichzeitig lesen DVD-Geräte auch normale CD- und andere DVD-Formate. Wiederbeschreibbare DVD-RAM-Medien müssen sich in einer Kassette beziehungsweise einem Caddy befinden. Das in Kürze eingeführte DVD-R-Format für "Consumer" zielt besonders auf die Anhänger der bisherigen CD-R-Technik. Es kann allerdings keine DVD-Filme oder andere vorgeprägte Inhalte aufnehmen, da der Content-Scrambling-System-Bereich (CSS) nicht beschreibbar ist. CSS bezeichnet ein Kopierschutzsystem, das aufgrund einer ungenügenden 40-Bit-Verschlüsselung schon geknackt wurde. Auch diese Laufwerke können herkömmliche CDs lesen.
Die genannten Techniken bieten robotergestützten Bibliotheken eine große Auswahl. Mit optischen Laufwerken erreichen sie Kapazitäten von 100 GByte (20 Steckplätze) bis zu 17 TByte in einem 1,7 x 1,3 x 1,3 Meter großen Schrank (1840 Steckplätze). Tabelle 1 listet die Einsatzbereiche von CDs/DVDs auf.
Magnetooptische Techniken
Auch im Bereich der magnetooptischen Techniken gibt es austauschbare Datenträger (MO) und Bibliotheken. Diese ISO-konformen Speichergeräte liegen in zwei Formaten vor: 3,5-Zoll und 5 1/4-Zoll. Die maximalen Speicherkapazitäten betragen bei doppelseitigen Datenträgern 1,3 GByte (3,5-Zoll) beziehungsweise 9,1 GByte (5 1/4-Zoll). 3,5-Zoll-Laufwerke werden nahezu ausschließlich in Desktop- oder OEM-Umgebungen eingesetzt. 5 1/4-Zoll-Laufwerke sind zusätzlich auch in Unternehmen zu finden. MO-Bibliotheken bieten Kapazitäten bis hin zu mehreren Terabyte, eine gute Rückwärtskompatibilität (10 Jahre) sowie eine lange Lebensdauer der Daten (50 Jahre). Die meisten MO-Datenträgerhersteller geben für ihre Speichermedien eine lebenslange Garantie.
Da die Datenträger unter gleichformatigen Laufwerken austauschbar sind, ist der Kunde an keinen bestimmten Hersteller gebunden. Als Random-Access-Geräte sind MO-Laufwerke für den schnellen Datenabruf geeignet. Das Speichermedium selbst ist durch eine dicke Polycarbonat-Schicht geschützt und von einer Kunststoffkassette umhüllt. Fingerabdrücke und Verschmutzungen durch Staubteilchen in der Luft sind daher so gut wie ausgeschlossen. Das Medium wird über einen auf 200oC erhitzten roten Laser beschrieben. Gegenüber normalen Raum- oder Lagertemperaturen ist der Datenträger daher ziemlich unempfindlich. Durch magnetische Felder oder Sonneneinstrahlung allein kommt es zu keinen Datenschäden. MOs eignen sich für geschäftskritische Anwendungen, da es sie sowohl in einem wiederbeschreibbaren als auch im WORM-Format gibt. Sie speichern Daten von Near-Online-, Add-on-Storage-, Sicherungs- und Archivierungsanwendungen. Aufgrund der guten Lagereigenschaften werden sie auch eingesetzt für Desktop-Publishing (DTP), Dokumentenarchivierung, medizinische Aufnahmetechniken, Audio/Video-Broadcasting, Datenprotokollierung und Telekommunikation. Tabelle 3 listet die wesentlichen Bereiche auf, für die sich MOs eignen.
Bandtechniken
Auch im Bereich Bandtechniken existieren diverse Formate (vergleiche Tabelle 4 und 5 der erweiterten Online-Berichterstattung). Helical Scan (AIT, Mammoth, Ecrix, DAT-DDS) und Linear Serpentine (DLT, LTO, Travan) bieten zum Beispiel Bänder mit Speicherkapazitäten von 2 GByte bis 100 GByte. Durch Komprimierung lässt sich die Kapazität verdoppeln. Die meisten dieser Bandtechniken werden in robotergestützten Bibliotheken mit Selbstladevorrichtungen eingesetzt und verwalten Offline-Speicher im GByte- oder TByte-Bereich. Die Wartung und Lagerung der Bänder ist allerdings ein kritisches Thema, dem sich die Nutzer stellen müssen.
Bandspeicher bewältigen gestreamte Daten schnell, vorausgesetzt, sie liegen dem Band in entsprechendem Tempo vor.
Auf die Fähigkeit des Streamens wirken sich Faktoren wie die Bandbreite des Netzwerks, die Prozessorgeschwindigkeit, die Größe des Arbeitsspeichers, die Anzahl der Dateien sowie die Datenzugriffsmethoden der Sicherungssoftware aus. Große Dateiserver erreichen durchaus Übertragungsgeschwindigkeiten von 2 bis 7 MByte/s.
Das Speichermedium Band ist eine Kontakttechnik, und die Laufwerke sind häufig nicht für den kontinuierlichen Betrieb ausgelegt. Die Bandköpfe müssen entsprechend der Herstelleranleitung regelmäßig gereinigt werden, und die Lesbarkeit der Datenträger sollte immer geprüft werden.
Tape-Raid
Die Antwort auf diese physikalischen Einschränkungen heißt Tape-Raid. In einer Raid-3-Implementierung sind bis zu fünf Laufwerke konfiguriert. Die Daten verteilen sich auf die Bänder, wobei die Paritätsinformationen ein extra Band beanspruchen. Diese Implementierung kommt sehr gut und transparent mit einzelnen Bandausfällen zurecht. Zusätzliche Lüfter, eine redundante Stromversorgung sowie die Möglichkeit, das System mit mehreren Controllern auszustatten, qualifizieren diesen Ansatz für geschäftskritische Sicherungen einschließlich LAN- und serverlose Backups. Mit "Maxoptix Stream-IT", das fünf Sony AIT-Laufwerke umfasst, sind heute Kapazitäten von 400 GByte üblich, mit einer Sicherungsrate von 130 GByte pro Stunde - vorausgesetzt, dass die Daten komprimiert sind, und der Server und das Netzwerk sie entsprechend schnell bereitstellen. Da die Speichersoftware die fünf Laufwerke als ein Gerät behandelt, lässt sich Tape-Raid problemlos an ein System anschließen. Jede Sicherungssoftware, die ein einzelnes Bandgerät unterstützt, unterstützt auch das virtuelle Gesamtspeichergerät. Die Technik eignet sich ebenfalls für gespiegelte Offline-Bandsicherungen.
Eine weitere Implementierung ist "Redundant Array of Independent Libraries" (RAIL) - eine redundante Reihe unabhängiger Bibliotheken. Dabei werden Bandlaufwerke durch Bandbibliotheken ersetzt.
Fazit
Die Speicherindustrie bietet eine ganze Reihe unterschiedlicher Techniken an, die alle erdenklichen Anforderungen erfüllen. Die Kunst besteht darin, aus der Vielfalt an Lösungen die für das konkrete Projekt passende herauszufiltern. (rim)
Zur Person
Brian Blanchard
ist Managing Director bei Maxoptix Europe.