MÜNCHEN: Der Berg digitaler Daten wächst von Jahr zu Jahr. Bilder, Texte, Videos - alle wollen gespeichert werden und leicht verfügbar sein. Doch wohin damit? Bandlaufwerke bieten eine kostengünstige Möglichkeit, die Mammut-Datenmengen sicher zu verwahren. Dr. Jörg Bachmann* beschreibt, wie Robotersysteme helfen, den Datenverlust gering zu halten.Das Volumen der für Computer verfügbaren Daten hat 1995 die magische Grenze von 1000 Petabyte überschritten, das entspricht 1000 Milliarden Megabyte. Es soll sich zur Zeit jährlich nahezu verdoppeln. Neue Image-, Text- und Graphik-Programme produzieren Daten in wachsendem Umfang, während gleichzeitig Anwendungen wie Multimedia, Internet/Intranet, Data Warehousing oder Data Mining die Anforderungen an die Sicherheit und Verfügbarkeit der wachsenden Datenmengen ständig steigern. Weniger als zehn Prozent dieser Daten sind auf Festplatte gespeichert. Der größte Teil liegt auf Wechselmedien, vor allem Bändern. Da die Datenmengen ständig wachsen, müssen die Technologien konstant verbessert werden, um Datenintegrität und -verfügbarkeit sicherstellen zu können.
Bandsysteme bilden seit Anfang der 50er Jahre einen integralen Bestandteil von Mainframe-Architekturen. In Midrange- und Client/Server-Umgebungen waren Bandspeichertechnologien dagegen eher die Ausnahme. Aufgrund der raschen technologischen Entwicklung konnte der Speicherbedarf dort mit Festplatten kosteneffektiv gedeckt werden. Die Plattenhersteller entwickeln die magnetischen Technologien ständig weiter und verdoppeln die Speicherkapazitäten im Schnitt alle 18 Monate. Dabei steigern sie gleichzeitig die Performance, verringern den Platzbedarf und reduzieren die effektiven Kosten pro Megabyte. Aktuell kommen Festplatten auf Kapazitäten von über neun Gigabyte, auf Transferraten von bis zu neun MB pro Sekunde und auf Kosten von weniger als 20 Pfennigen pro Megabyte. Zusätzlich wurde durch die Anfang der 90er Jahre eingeführte RAID-Technologie die Verfügbarkeit der Daten drastisch erhöht - vor allem für unternehmenskritische Anwendungen ein entscheidendes Kriterium.
Festplattenspeicherung stößt an Grenzen
Trotzdem stößt die Datenspeicherung auf Festplatten allmählich an Grenzen. Ende 1996 betrug die installierte Festplattenkapazität rund 250 Petabyte. Bei jährlich um 30 bis 50 Prozent steigender Kapazitätsanforderung an Massenspeicher läßt sich die Datenspeicherung ungeachtet der stark gesunkenen Preise auch im Midrange- und Client/Server-Bereich mit Festplatten kaum noch kosteneffektiv realisieren. Eine kostengünstige Alternative sind Bandlösungen, die sehr große Volumina zu extrem niedrigen Preisen von rund drei Pfennigen pro MB speichern können. Neben Kosteneffizienz und Kapazität stellt der Einsatz von Bändern jedoch hohe Anforderungen an Performance und Datensicherheit. Dabei hat der Anwender die Wahl zwischen unterschiedlichen Technologien, Standards und Formaten. Welche Technologie letztlich gewählt wird, hängt von den Anforderungen ab, die an die Speichermedien gestellt werden. QIC-Bänder mit Kapazitäten bis fünf GB und 4mm beziehungsweise 8mm DAT-Kassetten mit maximal sieben GB eignen sich ebenso wie das DDS-Verfahren mit immerhin schon zwölf GB oder Sonys neue AIT-Technologie mit bis zu 25 GB Speicherkapazität besonders für Backup-Anwendungen im Office-Bereich. Im High-end-Bereich angesiedelt sind dagegen die Mammoth-Technologie von Exabyte sowie die ursprünglich von Digital Equipment entwickelte, 1994 von der Quantum Corp. erworbene und weiterentwickelte DLT-Technologie (Digital Linear Tape).
Trotz des deutlichen Preisunterschieds gegenüber anderen Speichertechniken findet die DLT-Technologie breite Akzeptanz, denn sie sichert unternehmenskritische Anwendungen zuverlässig. Durch den stationären Schreib-/Lesekopf, an dem das Band mit Geschwindigkeiten zwischen 100 und 150 Zoll pro Sekunde vorbeigeführt wird, erreicht DLT originär bis zu 30.000 Betriebsstunden für den Kopf und rund eine Million Durchläufe beim Band. Die Transferraten liegen bei 1,5 MB pro Sekunde für DLT4000-Laufwerke, während DLT7000-Drives auf etwa fünf MB pro Sekunde kommen.
Eingesetzt für Video-on-Demand- oder Data-Warehousing-Systeme, müssen Bandlaufwerke im Laufe eines Jahres bis zu 100.000 Zyklen bewältigen. Legt man die Kapazität von 35 GB bei DLT-IV-Cartridges und eine durchschnittliche Fehlerrate von eins auf einer Million Zyklen zugrunde, ergibt sich ein jährlicher Datenverlust von rund 3,5 GB - in kritischen Systemanwendungen eine nicht akzeptable Größenordnung. Die größte Fehlerquelle bei den durchgängig für manuelle Bedienung konzipierten Bandspeichersystemen ist die nur unzureichend kontrollierbare Mensch-/Maschine-Schnittstelle. Vor allem das Be- und Entladen der Laufwerke ist fehlerträchtig. Unter diesen Umständen sind in einem manuell betriebenen Umfeld akzeptable Fehlerraten nicht zu erreichen. Erst durch eine größtmögliche Automatisierung lassen sich Fehlerquellen minimieren. Gleichzeitig werden dadurch die Betriebskosten reduziert, die bei manuell bedienten Laufwerken durchschnittlich bei einem Dollar pro Bandladung liegen.
Roboter übernehmen das Beladen
Eine effektive Automatisierung der Bandspeicherung wurde durch die Entwicklung des Kassettensystems möglich. Erst nachdem die Bänder in robusten, Audio- und Videokassetten ähnlichen Gehäusen untergebracht worden waren, war daran zu denken, Robotersysteme zu entwickeln, die das Be- und Entladen der Bandlaufwerke übernahmen. Die ersten automatischen Systeme, die auf breiter Basis installiert wurden, waren Mitte der 80er Jahre Systeme der IBM 3480-Klasse für Großrechner in VM- und MVS-Umgebungen. Im Midrange- und Client/Server-Bereich war die automatischen Bandspeicherung aus technischen und ökonomischen Gründen und aufgrund von Betriebssystembeschränkungen vor allem auf UNIX bis Mitte der 90er Jahre dagegen weitgehend auf Backup begrenzt.
Erst mit der Einführung der DLT-Systeme waren mit Client/Server-Umgebungen kompatible, automatische Bandspeichersysteme im Terabyte-Bereich möglich. Freilich war die DLT-Technologie in bezug auf die Bandlaufbahn, den Lademechanismus und die Kassette ursprünglich nicht für automatische Systeme ausgelegt. Das bedeutet, daß für die Konstruktion von automatischen Tape Libraries auf der Basis der DLT-Technologie optimal aufeinander abgestimmte elektronische, mechanische, Kontroll- und Software-Komponenten entwickelt und implementiert werden mußten, die einen zuverlässigen automatischen, weitgehend operatorlosen Betrieb ermöglichen.
Auf dem Markt werden heute DLT-Loader oder auch Mini-Libraries und skalierbare automatische Tape Libraries für alle Bereiche von Client/Server bis Mainframe angeboten. Einige dieser Lösungen bieten die Möglichkeit zum Mixed Media-Modus, das heißt der Anwender kann vorhandene Bandtechnologien gemeinsam mit DLT einsetzen oder Datenbestände einfach auf DLT konvertieren.
Während Mini-Libraries mit Kapazitäten ab 200 GB verfügbar sind, decken automatische Libraries den Bereich zwischen einem und mehr als 20 Terabyte ab. Praktisch alle führenden System- und Storage-Hersteller wie Digital Equipment, Exabyte, HP bieten solche Lösungen an. Marktführer bei automatischen Tape Libraries ist laut Freeman Associates mit einem Anteil von rund 55 Prozent die im kalifornischen Irvine ansässige ATL Products Inc.
Das Herzstück bei allen automatischen Tape Libraries ist das Robotersystem zum Be- und Entladen der Cartridges. Diese Aufgabe erscheint simpel, erfordert tatsächlich aber einigen Aufwand, da ein Roboter im Gegensatz zu einem menschlichen Operator nicht fähig ist, auf unvorhergesehene Situationen zu reagieren. Einige Hersteller setzen auf Führungsschienen, auf denen der Roboter die Kassetten auflegt, um sie dann in den Laufwerkschacht einzuschieben.
Das System von ATL verzichtet darauf, um schon geringste Abriebpartikel von den Kassetten auf den DLT-Laufwerken zu vermeiden. Statt dessen ist das System mit einem hochpräzisen Mechanismus zur millimetergenauen Ausrichtung ausgestattet, der sich automatisch justiert. Darüber hinaus beseitigt das System bei Bedarf automatisch durch Bandabrieb verursachte Verunreinigungen, die schon in geringfügigen Mengen Störungen der Laufwerke verursachen. Mit diesen Features konnte ATL seine MSBF-Rate (Mean-Swap-Between-Failure) auf inzwischen über zwei Millionen Bandwechselzyklen steigern. Auch die für ATL spezifizierten DLT-Laufwerke von Quantum erreichen mit einer MTBF von 80.000 Stunden bei ununterbrochenem Dauerbetrieb eine um rund 200 Prozent höhere Zuverlässigkeit als Standardlaufwerke.
Neben dem operatorlosen Dauerbetrieb bieten automatische Tape Libraries ein hohes Maß an Flexibilität, das für ein effizientes Management großer Datenmengen erforderlich ist. Als Nearline-Technologie finden sie vor allem für Backup und Restore, in Archivierungs- und Imaging-Anwendungen sowie in HSM-Umgebungen Verwendung. Das skalierbare Konzept und die große Zahl verfügbarer Konfigurationen, die bis zu Durchsatzraten von 650 Gigabyte pro Stunde und Speicherkapazitäten von bis zu 18,5 Terabyte unkomprimiert reichen, ermöglicht es Anwendern, die jeweils beste Konfiguration für ihren spezifischen Bedarf zu wählen.
Wer setzt Tape Libraries ein?
Solche großen Tape Libraries kommen in Rechenzentren zum Einsatz, in denen ein hohes Maß an Datenintegrität und Datenverfügbarkeit unverzichtbare Forderungen sind. Für das unternehmensweite Backup wurden beispielsweise im Zentralen Rechenzentrum der Deutschen Post AG in Darmstadt fünf 6/528 Tape Libraries der ATL StorLink-Familie mit einer Gesamtkapazität von 52,8 Terabyte (unkomprimiert) installiert. Die Deutsche Post AG sichert auf den Tape Libraries ihre gesamten SAP R/3 Produktionssysteme unter Windows NT. Das System in Darmstadt umfaßt ein aus 12 FDDI-Ringen aufgebautes Hochgeschwindigkeitsnetz auf der Basis der Client/Server-Architektur, in das 30 SAP R/3 Produktionssysteme (Release 2.2F und 3.0E) mit 150 Applikationsservern sowie mehreren Drucker- und Schnittstellenservern eingebunden sind. An das Rechenzentrum sind über WAN-Anbindung 48 dezentrale Standorte, regionale Buchhaltungs- und Frachtpostzentren, mit rund 2.400 Clients angeschlossen. Die R/3-Systeme verwalten über 550.000 Debitoren- und etwa 285.000 Personal-Stammdaten und bearbeiten die täglich unter anderem an rund 20.000 Postschaltern in etwa 16.000 Postfilialen anfallenden Bewegungsdaten. Mit einem täglich zu sichernden Datenvolumen von etwa einem Terabyte ist die Installation in Darmstadt gegenwärtig eines der größten Backup-Systeme für die Sicherung von SAP R/3-Applikationen weltweit.
Branchenbeobachter sehen im Markt für Tape Libraries ein erhebliches Wachstumspotential. Bereits in den vergangenen zwei Jahren hat bedingt durch die ungebremste Zunahme der Datenmengen und das Vordringen von Tape Libraries in den Client/ Server-Bereich der Einsatz solcher Systeme rapide zugenommen. Auf der Basis dieser Entwicklung kommen Analysen von Freeman Associates zu dem Ergebnis, daß der Markt für automatische Tape Libraries jährlich um satte 55 Prozent von 6.450 installierten Einheiten im Jahr 1994 auf mehr als 90.000 im Jahr 2000 anwachsen wird. Automatische DLT-Tape Libraries, deren Zahl von knapp 1.200 ausgelieferten Geräten 1995 auf etwa 6.500 im Jahr 1996 hochschnellte, sollen mittelfristig im
Client/Server- und Midrange-Bereich einen Marktanteil von 40 Prozent erreichen. Ende dieses Jahrzehnts wird der Markt für DLT-Libraries einen Wert von rund 500 Millionen US-Dollar repräsentieren. Allerdings basieren solche Schätzungen auf einer Durchdringung von lediglich fünf Prozent der potentiellen Märkte dieser Technologie. Gelingt es, die
Systeme auch außerhalb ihrer angestammten Märkte zu etablieren, sind noch höhere Wachstumsraten möglich. Voraussetzung für eine breite Akzeptanz ist die Gewißheit der Anwender, daß automatische Tape Libraries eine Lösung für ihren rasch wachsenden Speicherbedarf sind, und die Sicherheit, daß die Integrität der Daten gewährleistet ist.
*Dr. Jörg Bachmann ist freier Journalist in Mannheim.