Erweiterung einer standardisierten Software-Komponente zur effizienten Ansteuerung großer Tape-Libraries

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1 Fachhochschule Mannheim Fachbereich Informationstechnik Windeckstraße 110, Mannheim IBM Speichersysteme GmbH Software Development Open Systems Hechtsheimerstraße 2, Mainz Diplomarbeit Erweiterung einer standardisierten Software-Komponente zur effizienten Ansteuerung großer Tape-Libraries Christof Schmitt 14. März 2003 betreut von: Prof. Dr. Erich Eich (Fachhochschule Mannheim) Dipl.-Inform. Wolfgang Müller (IBM Speichersysteme GmbH)

2 Eidesstattliche Erklärung Hiermit versichere ich, dass ich die vorliegende Arbeit selbständig verfasst und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe. Alle Ausführungen, die wörtlich oder sinngemäß übernommen wurden, habe ich als solche gekennzeichnet. Weiter erkläre ich, die Diplomarbeit in gleicher oder ähnlicher Form keiner anderen Prüfungsbehörde vorgelegt zu haben. Mainz, 14. März 2003 Christof Schmitt Änderungen 14. März 2003 Bei Fachhochschule und IBM eingereichte Version mit Vermerk IBM Vertraulich. 25. Mai 2006 Entfernen des Vermerks IBM Vertraulich, da nach 3 Jahren die Geheimhaltungsfrist abgelaufen ist.

3 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Motivation Aufgabenstellung Gliederung der Diplomarbeit Grundlagen und Stand der Technik Magnetbänder Tape-Libraries Übersicht Direkte Anbindung Zugriff über lokales Netz Partitionierung Anbindung über Speichernetze Zusammenfassung Medienverwaltung nach IEEE-Standard Architektur Library-Manager Drive-Manager Media-Manager Aufbau der Kommunikations-Protokolle Objektmodell Anfordern eines Datenträgers Konzept zur Kommunikation mit SCSI-Tape-Libraries Tape-Libraries nach dem Standard LTO Library-Manager Drive-Manager Untersuchung von Tape-Libraries Allgemein IBM UltraScalable Tape Library Aufbau Ansteuerung IBM 3995 Optical Library C-Series iii

4 Inhaltsverzeichnis Modelle Ansteuerung IBM TotalStorage Enterprise Tape Library Aufbau Laufwerke Schnittstelle für Anwendungen Kategorien Umsetzung der LMP/M-Befehle Tape-Libraries der Firma StorageTek Übersicht Aufbau der Tape-Libraries Laufwerke Aufbau der ACSLS Kommunikation über ACSLS Umsetzung der LMP/M-Befehle Zugriffskontrolle und Verwaltung der Kassetten Konzepte zur Ansteuerung der Tape-Libraries Einleitung Asynchrone Kommunikation mit Tape-Libraries Ziele Neue Anforderungen an den Library-Manager Dual-Gripper Übersicht Transport von Kassetten Auswechseln von Kassetten in Laufwerken Erkennen mehrerer LMP/M-Befehle Tape-Libraries mit interner Verwaltung der Kassetten Verwaltung der Kassetten Virtualisierte Sicht auf die Tape-Libraries Implementierung für die Tape-Library Übersicht Integration in das Konzept für SCSI-Tape-Libraries Aufbau des Library-Managers Erweiterung der Treiberschicht Neue Anforderungen an den Library-Manager Änderungen am Konzept des Library-Managers Ereignisse von der Tape-Library Organisation in Klassenhierarchie Ereignisverarbeitung in zusätzlichem Thread iv

5 Inhaltsverzeichnis 5.4 Verwaltung der LMP/M-Befehle Container für Befehlsobjekte Auf Ausführung in der Tape-Library wartende Befehle Abbrechen gesendeter Befehle Integration des LMP/L-Protokolls Virtualisierte Sicht auf die Tape-Library Implementierung der Library-Klasse Zum Einsatz des Systems Ausblick Integration weiterer Tape-Libraries Weitere Testmöglichkeiten Verbesserungsmöglichkeiten IEEE-Standard Zusammenfassung 75 Literaturverzeichnis 77 Abbildungsverzeichnis 81 Tabellenverzeichnis 83 Glossar 85 v

6 Inhaltsverzeichnis vi

7 1 Einleitung 1.1 Motivation Tape-Libraries ermöglichen die kostengünstige Sicherung großer Datenmengen auf Magnetbändern. Dabei besteht der Wunsch, die Verwaltung der Datenträger und Zugriffsrechte möglichst zu automatisieren. Klassische Großrechner und manche proprietäre Systeme besitzen bereits ausgereifte Konzepte für den Umgang mit Magnetbändern und Tape-Libraries. Diese Arbeit betrachtet dagegen die Situation im Open Systems -Umfeld. Open Systems umfasst unix-ähnliche Betriebssysteme und das Betriebssystem Microsoft Windows. In diesem Bereich existiert kein einheitliches System zur Verwaltung von Magnetbändern. Der IEEE-Standard 1244 (IEEE 2000a) beschreibt ein System, das die Verwaltung von Datenträgern und den automatisierten Zugriff auf diese plattformunabhängig und modular realisiert. Anwendungen erhalten damit eine einheitliche Schnittstelle zum Zugriff auf Magnetbänder und andere auswechselbare Datenträger. Besonders große Tape-Libraries mit vielen Laufwerken und einer großen Kapazität verlangen nach einer möglichst effizienten Kommunikation, um optimal auf die dort gespeicherten Daten zugreifen zu können. Daneben bieten manche Tape-Libraries bereits interne Möglichkeiten zur Verwaltung von Datenträgern und werden über herstellerspezifische Schnittstellen angesprochen. Bei der Einbindung von Tape-Libraries in das System zur Medien-Verwaltung nach IEEE-Standard ist darauf zu achten, dass auch über das Verwaltungssystem möglichst effizient auf die Daten zugegriffen werden kann. Desweiteren müssen Überlegungen angestellt werden, ob und wie die zusätzlichen Verwaltungsmöglichkeiten der Tape-Libraries in das System integriert werden können. 1.2 Aufgabenstellung Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung von Tape-Libraries mit großer Kapazität im Hinblick auf eine möglichst effiziente Ansteuerung über ein Verwaltungssystem nach IEEE-Standard

8 1 Einleitung Dazu sollen die Architektur eines solchen Verwaltungssystems und vier Modelle von Tape-Libraries untersucht werden. Dies geschieht im Hinblick auf die Integration in ein Verwaltungssystem und die möglichst effiziente Ansteuerung der Tape-Libraries. Nach der Beschreibung möglicher Konzepte zur Integration der Tape-Libraries in ein Verwaltungssystem soll ein Konzept für eine Tape-Library implementiert werden. 1.3 Gliederung der Diplomarbeit Diese Arbeit ist in vier Schwerpunkte gegliedert: Kapitel 2 beschreibt als Grundlagen verschiedene Zugriffsmöglichkeiten auf Tape-Libraries, den IEEE-Standard 1244 als allgemeines System zur Verwaltung von Datenträgern und ein einfaches Konzept zur Kommunikation mit SCSI-Tape-Libraries. In Kapitel 3 werden der Aufbau, Funktionen und Schnittstellen weiterer Tape- Libraries untersucht. Darauf aufbauend stellt Kapitel 4 allgemeine Konzepte zur effizienten Integration der Tape-Libraries in ein Verwaltungssystem nach IEEE-Standard 1244 vor. Kapitel 5 beschreibt die Verfeinerung eines vorgestellten Konzepts und die darauf aufbauende Implementierung. 2

9 2 Grundlagen und Stand der Technik 2.1 Magnetbänder Alle Arten von Datenspeicher in Rechnersystemen lassen sich in einer Speicherpyramide, die auch als Speicherhierarchie bezeichnet wird, anordnen und in die Kategorien Primär-, Sekundär- und Tertiärspeicher gliedern. Abbildung 2.1 zeigt diese Anordnung in der Speicherpyramide. Primärspeicher sind die prozessorinternen Register, der Hauptspeicher des Rechners, sowie die Caches zur Beschleunigung des Zugriffs auf den Hauptspeicher. Als Sekundärspeicher bezeichnet man die Festplatten ( Disks ), die während des Betriebs durchgehend zur Verfügung stehen und die deswegen auch als Online -Speicher bezeichnet werden. Tertiärspeicher sind alle Speichermedien, die während des Betriebs ausgetauscht werden können und vorrangig zur Datensicherung dienen. Kann automatisch auf die Daten zugegriffen werden, wird dieser Speicher als Nearline -Speicher bezeichnet, ansonsten als Offline -Speicher. Anhand dieser Gliederung sieht man, dass der Tertiärspeicher durch austauschbaren Medien die höchste Kapazität bei geringen Kosten ermöglicht, Register geringere Zugriffszeit Cache höhere Kosten Hauptspeicher geringere Kapazität Festplatten magneto-optische Platten optische Platten Magnetbänder Abbildung 2.1: Speicherpyramide Primärspeicher Sekundärspeicher Tertiärspeicher 3

10 2 Grundlagen und Stand der Technik Anwendungen Dateisystem Gerätetreiber Festplatte Anwendung Gerätetreiber Bandlaufwerk Abbildung 2.2: Zugriff auf Festplatten und Magnetbänder aber zugleich eine lange Zugriffszeit bedingt. Innerhalb der Kategorie der Tertiärspeicher wiederum bieten Magnetbänder ( Tape ) die höchste Kapazität bei geringsten Kosten. Der Vergleich zwischen dem Sekundärspeicher Festplatten und dem Tertiärspeicher Magnetbänder zeigt einige Unterschiede bezüglich der Handhabung dieser Speichertypen: Der Zugriff auf Festplatten wird üblicherweise durch ein Dateisystem abstrahiert (siehe Abbildung 2.2): Eine Anwendung arbeitet nicht direkt mit den Datenblöcken auf der Festplatte sondern mit den logischen Einheiten Dateien. Dagegen gibt es diese Abstraktion nicht beim Zugriff auf ein Bandlaufwerk. Jede Anwendung arbeitet mit einem linearen Datenstrom, der als Folge von Datenblöcken auf das Band geschrieben oder von dort gelesen wird. Das fehlende Dateisystem bedeutet auch, dass eine Anwendung ein Bandlaufwerk immer exklusiv verwendet, während über ein Dateisystem mehrere Anwendungen gleichzeitig mit unterschiedlichen Dateien auf einer Festplatte arbeiten können. Festplatten erlauben den schnellen, wahlfreien Zugriff auf beliebige Daten, während Bandlaufwerke bei der Arbeit mit dem linearen Datenstrom hohe Datenraten erzielen. Oft besitzen Bandlaufwerke eine interne Datenkompression zur Erhöhung der Kapazität und der Datenrate. Magnetbänder werden nur bei Bedarf in Laufwerke eingelegt und können bei Nichtgebrauch an geschützten Orten gelagert werden. Dadurch kann man die gespeicherten Daten gegen Schäden, z. B. durch Feuer, schützen. Optische Datenträger nehmen bei diesem Vergleich eine Zwischenstellung ein. Es kann wahlfrei auf sie zugegriffen werden und sie werden oft über ein Dateisystem verwendet. Durch die auswechselbaren Medien zählen sie aber zu den Tertiärspeichern, die große Datenmengen aufnehmen und an geschützten Orten gelagert werden können. 4

11 2.2 Tape-Libraries (a) Außenansicht (b) Innenansicht Abbildung 2.3: IBM UltraScalable Tape Library 3584 (Werner u. a. 2000) 2.2 Tape-Libraries Übersicht Die Magnetband-Kassetten können manuell mit entsprechenden Laufwerken benutzt oder in sogenannten Tape-Libraries verwaltet werden. Der Begriff Tape-Libraries wird in dieser Arbeit durchgängig verwendet, da diese Bezeichnung weiter verbreitet ist als die deutschen Begriffe Bandarchiv oder Magnetband-Bibliothek. Tape-Libraries bestehen aus Ablage-Fächern ( Slots ) in denen momentan unbenutzte Kassetten liegen, den Laufwerken mit denen die Bänder gelesen und beschrieben werden und einer Vorrichtung zum Transport der Kassetten. Das ermöglicht einen automatisierten Zugriff auf große Datenmengen. Abbildung 2.3 zeigt die beschriebenen Elemente anhand der IBM UltraScalable Tape Library 3584, oder kurz Tape-Library Sie wird in Abschnitt 3.2 genauer betrachtet. In Abbildung 2.3(b) sind die erwähnten Komponenten Laufwerke (rechts oben), die Ablage-Fächer und der Wechsel-Roboter zu sehen. Ein Vorteil der Datenspeicherung auf Magnetbändern sind die geringeren Kosten: Wenn Kapazitäten im Bereich von Terabytes benötigt werden, ist der Einsatz von Tape-Libraries meist um den Faktor 15 bis 40 günstiger als die Datenspeicherung auf Disk-Systemen gleicher Kapazität (Moore 2002). Gründe hierfür sind der Stromverbrauch der Festplatten sowie die höhere Kapazität von 5

12 2 Grundlagen und Stand der Technik Rechner 1 Laufwerk 1 Wechsler Kassette 1 Kassette 2... Abbildung 2.4: Direkte Anbindung einer Tape-Library Magnetband-Kassetten gegenüber Festplatten. Deswegen bieten sich Tape-Libraries zur Sicherung und Archivierung von Daten an, auf die nicht sofort wieder zugegriffen werden muss. Eine Hauptanwendung ist der Einsatz als Speichermedium für Backup-Systeme Direkte Anbindung Die einfachste Möglichkeit eine Tape-Library zu benutzen, ist die direkte Anbindung an einen Rechner und der exklusive Zugriff einer Anwendung auf die Tape-Library (siehe Abbildung 2.4). Diese Möglichkeit wird häufig als Direct Attached Storage (DAS) bezeichnet. Die Anwendung, die die Tape-Library benutzt, steuert den Wechsel-Mechanismus zum Transport der Bänder und greift auf die Laufwerke zu, um Daten von den Bändern zu lesen und um Daten auf die Bänder zu schreiben. Die Schnittstelle zwischen dem Rechner und der Tape-Library besteht in der Regel aus einem SCSI-Bus. Der Standard Small Computer Systems Interface (SCSI) beschreibt physikalische Schnittstellen und Protokolle zum Zugriff auf Speichergeräte (siehe T ). Die Kommunikation mit Bandlaufwerken erfolgt über das Protokoll SCSI Stream Commands (SSC) und mit Wechsel-Mechanismen über das Protokoll SCSI Media Changer Commands (SMC). Jedes Laufwerk ist auf dem SCSI-Bus als Gerät sichtbar. Ein Rechner sieht den Wechsel-Mechanismus dort entweder als zusätzliches Gerät, oder er kann über das SCSI-Gerät eines Laufwerks auch auf den Wechsel-Mechanismus zugreifen. In diesem Fall besitzen das Laufwerk und der Wechsel-Mechanismus jeweils eine eigene Logical Unit Number (LUN). Bandlaufwerke bewegen die Magnetbänder im Allgemeinen mit konstanter Geschwindigkeit. Damit ein Laufwerk das Band während Schreib- und Lesevorgängen nicht anhält, darf die Datenrate zwischen Rechner und Laufwerk nicht 6

13 2.2 Tape-Libraries zu gering sein. Bei SCSI-Tape-Libraries erfolgt die Anbindung von Laufwerken und Wechsel-Mechanismen über eine gemeinsame SCSI-Schnittstelle. Das kann dazu führen, dass die Kommunikation zwischen Rechner und Wechsel- Mechanismus die Datenübertragung zu einem Laufwerk behindert. Die direkte Anbindung einer Tape-Library bietet eine einfache Lösung für einzelne Anwendungen, besitzt aber auch Nachteile: Auf die Tape-Library hat nur eine Anwendung Zugriff. Mehrere Anwendungen, die mit Magnetbändern arbeiten, benötigen jeweils eine eigene Tape-Library. Das führt zu höheren Gesamtkosten und kann eine unterschiedlichen Auslastung der Tape-Libraries bedeuten. Die Verfügbarkeit einer Anwendung hängt in dem beschriebenen Szenario direkt von der Verfügbarkeit der Tape-Library ab. Bei Problemen mit der Tape-Library oder bei Wartungsarbeiten kann die Anwendung nicht auf die Daten zugreifen. Da die Anwendung die Tape-Library direkt ansteuert, muss sie auch die Schnittstelle zur Tape-Library sowie deren Aufbau kennen. Ein Austausch der Tape-Library gegen ein anderes Modell ist nicht ohne Änderung der Anwendung möglich. Andere Anwendungen haben keinen Zugriff auf die Tape-Library und können somit auf die dort gespeicherten Daten nicht zugreifen. Der Zugriff auf Wechsel-Mechanismus und Laufwerke erfolgt über die gleiche SCSI-Schnittstelle (auch In-Band -Kommunikation genannt). Befehle an den Wechsel-Mechanismus können dabei einen laufenden Zugriff auf ein Laufwerk behindern Zugriff über lokales Netz Ein Rechner, der auf eine Tape-Library zugreift und gleichzeitig Daten über das Netz überträgt, kann anderen Rechnern den Zugriff auf die Tape-Library ermöglichen. Die typische Anwendung davon ist ein Backup-Server, der die zentrale Datensicherung von mehreren Rechnern auf einer Tape-Library erlaubt (siehe Abbildung 2.5). Der zentrale Backup-Server verwaltet auch die Zugriffsrechte, z. B. dass jeder Benutzer nur auf seine eigenen Daten zugreifen darf. Das Verfahren ist weit verbreitet und wird von verschiedenen Produkten unterstützt: Arcserver (Computer Associates), NetBackup (Veritas), Networker (Legato), Tivoli Storage Manager (IBM) (Troppens und Erkens 2003, 6.2 Dienste der Netzwerk-Datensicherung). Allerdings besitzt es auch einige Nachteile: 7

14 2 Grundlagen und Stand der Technik LAN Rechner 1 Rechner 2 Backup- Server Laufwerk 1 Wechsler Kassette 1 Kassette 2 Abbildung 2.5: Tape-Library als Datenspeicher im Netz... Die Kommunikation über das Netz findet über anwendungsspezifische Protokolle statt. Zur Datensicherung muss daher auf jedem Rechner die entsprechende Backup-Anwendung vorhanden sein. Das Netz dient oft zur Übertragung anderer Protokolle ( , Zugriff auf Datei-Server,... ). Die Übertragung großer Datenmengen an den Backup-Server blockiert eventuell das Netz und behindert damit die Übertragung dieser Protokolle. Ein Rechner kann leicht die Datenrate eines üblichen Ethernet-Netzes von 100 Mbit/s komplett mit der Übertragung seiner Daten an den Backup- Server belegen. Damit wird das lokale Netz zum Engpass. Zusätzlich wird diese Lösung umso schlechter, je mehr Rechner gleichzeitig Daten an den Backup-Server übertragen Partitionierung Einige große Modelle von Tape-Libraries erlauben eine Partitionierung. Das bedeutet, dass eine Tape-Library so konfiguriert werden kann, dass mehrere Anwendungen jeweils mit einem Teil der Library arbeiten können. Das Verfahren wird auch als statische Partitionierung (Troppens und Erkens 2003, Dynamic Tape Library Sharing) bezeichnet. Jedes Laufwerk und jedes Band sind dabei genau einer Partition zugeordnet. Eine Anwendung arbeitet nur mit den Komponenten ihrer Partition und kann nur auf diese zugreifen. Der Wechsel-Mechanismus steht allen Anwendungen zur Verfügung und wird über eine interne Steuer-Einheit kontrolliert. Diese 8

15 2.2 Tape-Libraries Rechner 1 Rechner 2 Laufwerk 1 Laufwerk 2 Wechsler Kassette 1 Kassette 2 Kassette 3 Kassette (a) reale Tape-Library Rechner 1 Rechner 2 Laufwerk 1 Laufwerk 2 Wechsler Wechsler Kassette 1 Kassette 2 Kassette 3 Kassette (b) Sicht der Rechner Abbildung 2.6: Partitionierung einer Tape-Library verwaltet den Zugriff auf den Wechsel-Mechanismus und stellt sicher, dass jede Anwendung nur auf Kassetten innerhalb einer Partition zugreift. Typischerweise erfolgt der Zugriff über einen SCSI-Bus, auf dem jedes Laufwerk als Gerät sichtbar ist. Jedes Laufwerk besitzt dort eine zusätzliche LUN, über die der Wechsel-Mechanismus angesprochen wird. In Abbildung 2.6 ist die Tape-Library in zwei Partitionen unterteilt. Rechner 1 arbeitet mit der Partition, die Laufwerk 1, Kassette 1 und Kassette 3 enthält. Entsprechend arbeitet Rechner 2 mit der Partition, die Laufwerk 2, Kassette 2 und Kassette 4 enthält. Die Partitionierung einer Tape-Library besitzt allerdings auch Einschränkungen: Für Änderungen an der Konfiguration (z. B. Änderung der Zuordnung von Kassetten und Laufwerken) müssen alle Anwendungen umkonfiguriert werden. Für jede Partition wird ein Laufwerk benötigt, auch wenn nur selten auf deren Daten zugegriffen wird Anbindung über Speichernetze In einem Speichernetz oder Storage Area Network (SAN) wird der SCSI-Bus zwischen Rechnern und Speichergeräten durch ein eigenes Netz ersetzt. Dieses Netz basiert in den meisten Fällen auf Fibre-Channel und überträgt SC- SI-Befehle. Fibre-Channel (ANSI 1996) definiert die untersten Schichten eines 9

16 2 Grundlagen und Stand der Technik LAN Rechner 1 Rechner 2 Library- Master SAN Laufwerk 1 Laufwerk 2 Wechsler Kassette 1 Kassette 2 Kassette 3 Kassette Abbildung 2.7: Dynamisches Teilen einer Tape-Library Netzes, das speziell zur Übertragung großer Datenmengen geeignet ist. Alternative Lösungen benutzen das Protokoll iscsi (Satran u. a. 2003), das SCSI-Befehle mittels der Protokolle TCP und IP über beliebige Netze übertragen kann. Allgemein wird als Speichernetz eine Infrastruktur bezeichnet, die den direkten Zugriff auf Speichergeräte erlaubt. Die Anbindung von Geräten über ein Speichernetz bietet eine größere Flexibilität: Eine Fibre-Channel-Verbindung kann ohne zusätzliche Komponenten bis zu 10 km überbrücken, und mehrere Rechner können über ein Speichernetz auf das gleiche Gerät zugreifen. Da Speichernetze SCSI-Befehle übertragen, besteht für Anwendungen kein Unterschied zur Anbindung eines Gerätes über einen SCSI-Bus. Der flexible Zugriff auf Geräte in einem Speichernetz führt zu neuen Problemen: Wenn mehrere Anwendungen jederzeit Zugriff auf ein Bandlaufwerk haben können, müssen die Zugriffsrechte entsprechend verwaltet werden. Eine Möglichkeit, den Zugriff auf die Tape-Library und ihre Laufwerke zu koordinieren, ist in (Troppens und Erkens 2003, Dynamic Tape Library Sharing) beschrieben und in Abbildung 2.7 dargestellt. Ein Rechner verwaltet dabei als Library-Master den Zugriff auf die Tape-Library: 1. Möchte eine Anwendung auf eine Kassette in der Tape-Library zugreifen, stellt sie eine entsprechende Anforderung an den Library-Master. 2. Dieser überprüft, ob der Zugriff erlaubt ist, legt die gewünschte Kassette in ein Laufwerk ein und teilt der Anwendung das Laufwerk mit. 3. Die Anwendung kann über das Speichernetz auf das Laufwerk zugreifen und die Kassette lesen oder beschreiben. Nach Beendigung des Zugriffs 10

17 2.2 Tape-Libraries teilt sie das dem Library-Master mit, der dann die Kassette wieder aus dem Laufwerk entfernt. Durch das zusätzlich eingeführte Speichernetz und die Verwaltung der Zugriffe über den Library-Master, bietet diese Lösung einige Vorteile: Der Zugriff auf die Laufwerke wird dynamisch vergeben. Es muss also nicht für jede Anwendung ein Laufwerk vorhanden sein. Der Austausch von Tape-Libaries und Anwendungen ist unabhängig voneinander möglich. Die Daten werden über das Speichernetz und nicht über das lokale Netz transportiert. Damit wird das lokale Netz während der Datenübertragungen zur Tape-Library nicht blockiert. Ein Backup-System, das ein Speichernetz zur Datenübertragung einsetzt, wird deswegen auch als LAN-Free- Backup (Troppens und Erkens 2003, LAN-free Backup) bezeichnet. Das System ist erweiterbar: Neue Laufwerke müssen nur an das Speichernetz angeschlossen und dem Library-Master bekannt gemacht werden. Desweiteren kann der Library-Master auch mehrere Tape-Libraries ansteuern, ohne dass die Anwendungen geändert werden müssen. Über den Library-Master können die Zugriffsrechte flexibel verwaltet werden. Falls gewünscht, können auch mehrere Anwendungen Zugriff auf die gleichen Kassetten haben Zusammenfassung Von den verschiedenen Lösungen zum Zugriff auf Tape-Libraries werden die direkte Anbindung, der Zugriff über ein lokales Netz und die Partitionierung bis heute am häufigsten eingesetzt. Jedoch besitzen diese drei Lösungen jeweils Einschränkungen. Der im letzten Abschnitt vorgestellte Zugriff von mehreren Anwendungen auf Tape-Libraries über ein Speichernetz bietet die größte Flexibilität. Allerdings benötigt dieses Verfahren zusätzlich das Speichernetz zur Anbindung der Laufwerke und den Library-Master zur Verwaltung der Zugriffe. Der im folgenden Abschnitt diskutierte IEEE-Standard 1244 realisiert den verteilten Zugriff auf Tape-Libraries über ein Speichernetz und definiert insbesondere die Schnittstellen zur Kommunikation mit dem Library-Master. 11

18 2 Grundlagen und Stand der Technik Anwendung MMP Daten (SCSI) Media-Manager Datenbank DMP LMP Drive-Manager Library-Manager Laufwerk Tape- Library Abbildung 2.8: Architektur des Verwaltungssystems nach IEEE-Standard Medienverwaltung nach IEEE-Standard Architektur Das Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. (IEEE) beschreibt im IEEE Standard for Media Management Systems (MMS) IEEE Std (IEEE 2000a) ein System zur Verwaltung von auswechselbaren Speichermedien. Das System realisiert den in Abschnitt vorgestellten, dynamisch vergebenen Zugriff auf Tape-Libraries. Abbildung 2.8 zeigt den Aufbau des Systems. Der Media-Manager entspricht dem Library-Master aus Abschnitt Allerdings kommuniziert der Media- Manager nicht direkt mit den Wechsel-Mechanismen und Laufwerken. Anstelle dessen erfolgt der Zugriff über die Komponenten Library-Manager und Drive- Manager. Der IEEE-Standard 1244 beschreibt nicht wie die Übertragung der gespeicherten Daten erfolgt. Die Verwaltung von Datenträgern wird plattformunabhängig realisiert. Da das Protokoll SCSI zur Kommunikation mit Speichergeräten am weitesten verbreitet ist, dient es bei den hier betrachteten Systemen zur Übertragung der gespeicherten Daten. Kern des Systems ist der Media-Manager, der in einer Datenbank Informationen über Datenträger, vorhandene Laufwerke, Tape-Libraries und Zugriffsrechte speichert. Anwendungen, die auf Datenträger des Systems zugreifen, stellen entsprechende Anfragen an den Media-Manager. Die Kommunikation mit einer Tape-Library erfolgt über einen Library-Manager für diese Tape-Library, ge- 12

19 2.3 Medienverwaltung nach IEEE-Standard 1244 nauso wie die Kommunikation mit einem Laufwerk über einen Drive-Manager für dieses Laufwerk erfolgt. Die Funktionen dieser Komponenten sind in den folgenden Abschnitten genauer beschrieben. Die Beschreibung des Verwaltungssystems besteht momentan aus den fünf Dokumenten (IEEE 2000a) (IEEE 2000b) (IEEE 2000c) (IEEE 2000d) (IEEE 2000e). Sie definieren den Aufbau des Systems und die Kommunikations-Protokolle zwischen den Komponenten. Eine Komponente entspricht dem Standard, wenn sie die erforderlichen Kommunikations-Protokolle vollständig implementiert. Die Implementierung einer Komponente kann somit auf beliebige Weise erfolgen, solange die im IEEE-Standard 1244 definierten Protokolle als Schnittstellen eingehalten werden. In Zukunft soll das System um weitere standardisierte Elemente erweitert werden. Dazu sind weitere Dokumente in Arbeit: IEEE P Media Manager Interchange Protocol (MMIP) ermöglicht den Informationsaustausch zwischen mehreren Media-Managern IEEE P Media Manager Control Interface Protocol (MMCIP) Schnittstelle zwischen Media-Manager und anderen Verwaltungssystemen IEEE P C Language Procedural Interface APIs zur Erstellung von Clients und Komponenten des Verwaltungssystems IEEE P MMS User Mount Commands Benutzerbefehle, um das Verwaltungssystem über eine Kommandozeile benutzen zu können. IEEE P MMS Standard Administrative and Operational Commands Schnittstelle, um Steuerungen z.b. über Webseiten zu ermöglichen. IEEE P Media Data Mover Protokoll zur Übertragung der eigentlichen Daten Library-Manager Ein Library-Manager ermöglicht die Integration einer Tape-Library in das Verwaltungssystem. Er übersetzt das allgemein definierte Library Management Protocol (LMP) (IEEE 2000e) in Befehle für eine bestimmte Tape-Library (siehe Abbildung 2.8 auf Seite 12). Aus Sicht des Media-Managers existiert somit eine einheitliche Schnittstelle zu allen Tape-Libraries. Die Erweiterung des Verwaltungssystems für eine neue Tape-Library erfolgt durch die Einbindung eines entsprechenden Library-Managers für diese Tape-Library. 13

20 2 Grundlagen und Stand der Technik Befehl mount unmount move inject eject scan activate reset exit barrier private cancel Beschreibung Einlegen einer Kassette in ein Laufwerk Entfernen einer Kassette aus einem Laufwerk Bewegen einer Kassette in einer Tape-Library Neue Kassetten in Tape-Library einführen Kassette aus Tape-Library entfernen Überprüfen, ob Kassetten in Ablage-Fächern vorhanden sind Kommunikation mit Tape-Library aufnehmen oder beenden Nach Möglichkeit Fehler in Tape-Library beseitigen Library-Manager beenden Alle gesendeten Befehle abarbeiten Datenwerte im Library-Manager lesen oder schreiben Einen Befehl nach Möglichkeit nicht ausführen Tabelle 2.1: Befehle des Protokollteils LMP/M Befehl message config request ready private cancel Beschreibung Eine Nachricht (Hinweis, Fehlermeldung) Die aktuelle Konfiguration der Tape-Library Eine Anfrage an einen Anwender Der aktuelle Status der Tape-Library und der Library-Managers Datenwerte im Media-Manager lesen oder schreiben Einen Befehl nach Möglichkeit nicht ausführen Tabelle 2.2: Befehle des Protokollteils LMP/L 14

21 2.3 Medienverwaltung nach IEEE-Standard 1244 Das LMP besteht aus den Befehlen, die der Media-Manager sendet (LMP/M) in Tabelle 2.1 und den Befehlen, die der Library-Manager sendet (LMP/L) in Tabelle 2.2. Die Befehle des LMP/M beschreiben eine konkrete Aktion in der Tape-Library und die des LMP/L übermitteln dem Media-Manager den aktuellen Status der Tape-Library und des Library-Managers. Aufgabe des Library-Managers ist die vollständige Implementierung des Protokollteils LMP/M und die Umsetzung der Befehle für die angesteuerte Tape-Library. In der vorliegenden Diplomarbeit erfolgt diese Umsetzung im Hinblick auf die effiziente Benutzung der Tape-Libraries. Für jede Tape-Library, die in das Verwaltungssystem eingebunden ist, übernimmt ein Library-Manager die Kommunikation mit dem Media-Manager. Eine Tape-Library kann zur Erhöhung der Ausfallsicherheit auch über mehrere Library-Manager an einen Media-Manager angebunden sein. Von diesen Library-Managern ist nur jeweils ein Library-Manager aktiv. Falls der aktive Library-Manager versagt oder die Kommunikation an einer Stelle gestört ist, kann ein anderer Library-Manager die Kommunikation mit der Tape-Library übernehmen. Umgekehrt kommuniziert ein Library-Manager immer mit einem Media-Manager Drive-Manager Ein Laufwerk wird über einen Drive-Manager in das Verwaltungssystem eingebunden (siehe Abbildung 2.8 auf Seite 12). Ein Drive-Manager implementiert das allgemeine Drive Management Protocol (DMP) und übersetzt dessen Befehle in Befehle für das angesteuerte Laufwerk. Aus Sicht des Media-Managers existiert über das DMP für alle Laufwerke eine einheitliche Schnittstelle. Diese Schnittstelle umfasst nur Steuerbefehle, insbesondere das Laden und Entladen einer Kassette und die Gewährung von Zugriffen auf das Laufwerk. Sie umfasst jedoch nicht das Lesen und Schreiben der eigentlichen Daten. Zusätzlich informiert der Drive-Manager den Media-Manager auch über den Namen des Laufwerks auf dem lokalen Rechner. Der Media-Manager gibt den Namen an die Anwendung weiter, die den Zugriff auf das Laufwerk erlangt. Der Name des Laufwerks (auf einem Unix-System der Name der entsprechenden Gerätedatei) ist nur auf dem lokalen System eindeutig. Das bedeutet, dass auf jedem Rechner, der Zugriff auf ein Laufwerk hat, ein Drive-Manager für dieses Laufwerk vorhanden ist. Soll in Abbildung 2.7 auf Seite 10 von beiden Rechnern aus auf jeweils beide Laufwerke zugegriffen werden, so müssen auf jedem Rechner zwei Drive-Manager vorhanden sein. 15

22 2 Grundlagen und Stand der Technik Media-Manager Die zentrale Komponente des Systems ist der Media-Manager (siehe Abbildung 2.8 auf Seite 12). Er verwaltet alle Informationen über Laufwerke, Kassetten, Tape-Libraries und die Zugriffsrechte einzelner Anwendungen in einer Datenbank. Diese Datenbank ist der einzige Platz, an dem Daten innerhalb des Verwaltungsystems dauerhaft abgelegt werden. Anwendungen kommunizieren über das MMP mit dem Media-Manager. Nicht-privilegierte Anwendungen haben nur Zugriff auf die ihnen zugewiesenen Kassetten. Privilegierte Anwendungen dienen zur Administration des Systems, haben Zugriff auf alle Daten des Systems und dürfen auch Änderungen an ihnen vornehmen. Der Media-Manager führt zusätzlich eine Virtualisierung ein. Aus Sicht der Anwendungen existieren nur Volumes. Diese werden vom Media-Manager den Partitionen auf den Bändern zugeordnet. Damit können Bänder für Anwendungen transparent ersetzt werden, und mehrere Anwendungen können über jeweils eigene Volumes Zugriff auf die gleichen Daten erlangen. Dieses Virtualisierungs-Verfahren wird auch als Asymmetrische Speichervirtualisierung oder Out-Band-Virtualisierung bezeichnet (Troppens und Erkens 2003, Asymmetrische Speichervirtualisierung), da der eigentliche Datenfluss davon nicht betroffen ist Aufbau der Kommunikations-Protokolle Die drei im IEEE-Standard 1244 beschriebenen Kommunikations-Protokolle MMP, LMP und DMP folgen einem einheitlichen Aufbau und benutzen das Protokoll TCP/IP. Der Verbindungsaufbau erfolgt immer von Anwendungen, Drive- oder Library-Manager. Der Media-Manager nimmt die TCP-Verbindungen auf den Well Known Port Numbers 651 und 695 entgegen (IANA 2003). Verbindungen über den Port 651 sind unverschlüsselt und Verbindungen über den Port 695 benutzen das SSL-Protokoll (Secure Sockets Layer) zur Verschlüsselung der übertragenen Daten. Alle Protokolle sind textbasiert und verwenden den Zeichensatz ISO (ISO 2000) in der Kodierung UTF-8 (Universal Character Coding Set Transformation Format) (Yergeau 1998). Das bedeutet, dass alle Zeichen des 7-Bit-ASCII- Zeichensatzes unverändert verwendet werden und alle weiteren Zeichen in mehreren Bytes kodiert sind. Auf den TCP/IP-Verbindungsaufbau folgt der Verbindungsaufbau nach dem Protokoll Session Security, Authentication, Initialization Protocol (SSAIP) (IEEE 2000b). Dort authentifizieren sich beide Seiten und einigen sich auf das verwendete Protokoll und dessen Version. Beispielsweise sendet ein Library-Manager 16

23 2.3 Medienverwaltung nach IEEE-Standard 1244 zuerst den Befehl hello: hello client [" Library 3581"] instance ["Library - Manager 1"] language ["LMP"] version ["1.0"] password ["geheim"]; Darauf antwortet der Media-Manager mit welcome: welcome language [" 1.0"] servername [" Media - Manager"] password ["secret"]; Falls die Authentifizierung ungültig ist, lehnt der Media-Manager die Verbindung mit unwelcome ab. Neben der Authentifizierung mit Klartext-Passwörtern, können auch X.509-Zertifikate (Housley u. a. 1999) verwendet werden, oder die Authentifizierung kann entfallen. Alle weiteren Befehle der Protokolle DMP, LMP und MMP bestehen aus drei Teilen: 1. Der Befehl wird übertragen. 2. Der Empfänger bestätigt einen korrekten Befehl mit response accepted oder weist einen syntaktisch ungültigen mit response unacceptable zurück. 3. Nach der Abarbeitung des Befehls signalisiert der Empfänger die erfolgreiche Ausführung mit response success oder ein Fehlschlagen mit response error. Alternativ bestätigt er mit response cancelled, dass der Befehl auf die Anforderung cancel hin vor dem Beginn seiner Abarbeitung aufgehoben wurde. Der Sender eines Befehls darf laut Protokoll schon nach Erhalt der Bestätigung response accepted einen neuen Befehl senden. Der Empfänger darf mehrere bestätigte Befehle gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge ausführen (IEEE 2000a, Command sequencing). Da es dem Empfänger von Befehlen auch freigestellt ist, wann er die Bestätigung sendet, ermöglicht das eine einfache Flusskontrolle: Soll die Gegenseite keinen neuen Befehl senden, verzögert der Empfänger das Senden der Bestätigung. Bestätigt er dagegen mehrere Befehle sofort, kann er über die Reihenfolge ihrer Ausführung entscheiden Objektmodell Neben der Architektur definiert (IEEE 2000a) das den Protokollen zugrunde liegende Objektmodell. Es beschreibt Objekte des Systems, darin enthaltene Attribute und ihre Beziehungen zueinander. 17

24 2 Grundlagen und Stand der Technik * * * Library Bay Slotgroup Slot * Drive Abbildung 2.9: Aufbau von Tape-Libraries nach dem Objektmodell Ein wichtiger Aspekt für diese Arbeit ist der Aufbau einer Tape-Library nach diesem Objektmodell. Abbildung 2.9 zeigt den entsprechenden Ausschnitt des Objektmodells. Danach besteht eine Tape-Library aus mehreren Einheiten, genannt Bays. Sie enthalten die Ablage-Fächer für die Kassetten (Slots) und die Laufwerke (Drives). Die Slots sind in Gruppen (Slotgroups) organisiert. Die Slotgroups beschreiben unter anderem, ob die Slots von außen erreichbar sind, das heißt, ob sie zur Ein- und Ausgabe von Kassetten dienen können. Daneben beschreibt das Objektmodell auch alle möglichen Beziehungen zwischen den Komponenten des Verwaltungssystems. Da im Rahmen dieser Diplomarbeit jedoch die Betrachtung der Tape-Libraries im Vordergrund steht, muss der Rest des Objektmodells hier nicht betrachtet werden Anfordern eines Datenträgers Abbildung 2.10 zeigt die Befehlssequenz für eine Anwendung, die Zugriff auf einen Datenträger anfordert. Um das Diagramm übersichtlich zu halten, sind die Befehle dort vereinfacht und ohne Parameter dargestellt. Zuerst teilt die Anwendung dem Media-Manager mit, auf welchen Datenträger sie zugreifen möchte und dass die Antwort auf den Befehl den Bezeichner des Laufwerks mit der eingelegten Kassette enthalten soll. Der Media-Manager bestätigt diesen Befehl. mount task [" client1"] type [" VOLUME"] volname [" volume1"] report [ MOUNTLOGICAL." MountLogicalHandle"]; response task [" client1"] accepted; Um diese Anforderung zu erfüllen, muss der Media-Manager die Kassette identifizieren, auf der sich der logische Datenträger befindet und ein Laufwerk bestimmen, über das die Anwendung auf die Kassette zugreifen darf. Danach fordert der Media-Manager den Library-Manager auf, diese Kassette in das Laufwerk einzulegen. Der Library-Manager bestätigt den Befehl und führt ihn aus. Anschließend informiert der Library-Manager den Media-Manager über die neue Position der Kassette. Nach der Bestätigung des Media-Managers ist der mount-befehl zwischen Media-Manager und Library-Manager beendet. 18

25 2.3 Medienverwaltung nach IEEE-Standard 1244 Anwendung Media- Manager Drive- Manager Library- Manager mount accepted mount accepted config accepted + success success load accepted + success attach accepted + success success Abbildung 2.10: Befehlssequenz für das Anfordern einer Kassette mount task ["mm1"] slot [" slot42" " cartridge08" " side1"] drive ["drive1"]; response task ["mm1"] accepted; config task ["lm1"] scope [" partial"] slot ["slot42" "bay1" "slotgroup1" "" "3480" " unoccupied" " accessible"] drive [" drive1" " cartridge08" "occupied" "accessible"]; response task ["lm1"] accepted; response task ["lm1"] success; response task ["mm1"] success text [" drive1" " slot42" "cartridge08" "side1"]; Der Media-Manager fordert den Drive-Manager mittels load auf, die Kassette in das Laufwerk zu laden und mit attach den Zugriff auf das Laufwerk zu 19

26 2 Grundlagen und Stand der Technik gewähren. In der Antwort auf den zweiten Befehl übergibt der Drive-Manager auch einen Bezeichner, der den Zugriff auf das Laufwerk erlaubt. load task ["mm2"]; response task ["mm2"] accepted; response task ["mm2"] success; attach task ["mm3"] modename [" uncompressed"] partition [" partition1"]; response task ["mm3"] accepted; response task [" mm3"] success text ["/ dev/ tape/ rmt0"]; Damit ist die Anforderung der Anwendung erfüllt, der Media-Manager bestätigt die Ausführung des ursprünglichen mount-befehls und übergibt den Bezeichner für das Laufwerk an die Anwendung. response task [" client1"] success text ["/ dev/ tape/ rmt0"]; 2.4 Konzept zur Kommunikation mit SCSI-Tape-Libraries Tape-Libraries nach dem Standard LTO Der Standard Linear Tape Open (LTO) für Magnetbänder wurde 1997 von den Firmen HP, IBM und Seagate beschlossen und beschreibt das Ultrium-Format für Magnetbänder, Kassetten und Laufwerke (LTO 2003). Kassetten der ersten Generation speichern jeweils 100 GB unkomprimiert; die zweite Generation von Laufwerken und Kassetten arbeitet unkomprimiert mit 200 GB pro Kassette. In beiden Fällen erlaubt eine in den Laufwerken integrierte Kompression eine höhere Kapazität. Der Kompressionsfaktor ist abhängig von den gespeicherten Daten und wird mit 2 : 1 angegeben. Die Tape-Libraries IBM 3581 Ultrium Tape Autoloader und IBM 3583 Ultrium Scalable Tape Library (siehe Abbildung 2.11) benutzen Kassetten nach dem LTO-Standard. Das Modell 3581 besitzt ein Laufwerk vom Typ IBM 3580 Ultrium Tape Drive und kann sieben Kassetten aufnehmen. Dagegen besitzt das Modell 3583 bis zu sechs Laufwerke dieses Typs und kann 72 Kassetten aufnehmen. Die Kommunikation mit dem Wechsel-Mechanismus dieser Tape- Libraries erfolgt über das Protokoll SMC und mit den Laufwerken über das Protokoll SSC. 20

27 2.4 Konzept zur Kommunikation mit SCSI-Tape-Libraries (a) Außenansicht (b) Innenansicht Abbildung 2.11: Tape-Library 3583 (Werner u. a. 2000) LMP/M-Befehl mount unmount move inject eject scan activate enable activate disable reset exit barrier private cancel SCSI-Befehl MOVE MEDIUM MOVE MEDIUM MOVE MEDIUM MOVE MEDIUM MOVE MEDIUM READ ELEMENT STATUS READ ELEMENT STATUS Tabelle 2.3: Umsetzung der LMP/M-Befehle für SCSI 21

28 2 Grundlagen und Stand der Technik Library-Manager Hauptaufgabe des Library-Managers ist die Umsetzung der LMP/M-Befehle des Media-Managers in Befehle für die jeweilige Tape-Library. Für die Tape- Libraries 3581 und 3583 muss ein Library-Manager die LMP/M-Befehle in Befehle des Protokolls SMC übersetzen. Tabelle 2.3 zeigt die entsprechenden Befehle der beiden Protokolle. Dabei sieht man, dass zur Kommunikation mit dem Wechsel-Mechanismus die Befehle MOVE MEDIUM und READ ELEMENT STATUS genügen. Alle Aktionen, die eine Kassette bewegen, benutzen MOVE MEDIUM und die Abfrage des Inventars der Tape-Library erfolgt mit READ ELEMENT STATUS. Die Kommunikation einer Anwendung mit einem SCSI-Gerät erfolgt über eine einfache Schnittstelle: Über einen Systemaufruf kann ein SCSI-Befehl abgesetzt werden. Der Systemaufruf kehrt zurück, wenn zu dem Befehl eine Antwort eingetroffen ist. Diese synchrone Abarbeitung der Befehle ermöglicht einen einfachen Ansatz für einen Library-Manager. Ein Thread genügt, um einen Befehl des Media- Managers zu erkennen, den entsprechenden SMC-Befehl auf der Tape-Library auszuführen und die Antwort an den Media-Manager zu senden. Soll ein Library-Manager für verschiedene Tape-Libraries verwendbar sein, so kann er die Unterstützung der verschiedenen Tape-Libraries in jeweils eigenen Klassen kapseln. Diese Klassen können über die Schnittstelle einer gemeinsamen Basisklasse benutzt werden. Beim Start des Library-Managers muss dieser nur ein Objekt der Klasse für die aktuelle Tape-Library anlegen. Der Library-Manager kann so durch Neukonfiguration und Neustart ein anderes Modell ansteuern. Genauso kann die Unterstützung für verschiedene Plattformen dadurch erfolgen, dass eine Basisklasse eine Schnittstelle zum Senden von SCSI-Befehlen definiert und abgeleitete Klassen diese Schnittstelle für die jeweilige Plattform implementieren. Da der Programmcode von C ++ für jede Plattform getrennt übersetzt wird, muss die Auswahl der entsprechenden Klasse für die jeweilige Plattform schon während der Übersetzung erfolgen. Abbildung 2.12 veranschaulicht die Ausführung eines Befehls nach diesem Konzept. LMUltrium3581 ist die Implementierung für die Tape-Library 3581 und LMAIX für das Betriebssystem AIX. Bei der Ausführung eines Befehls (hier mount) wird die entsprechende Methode der Tape-Library-Klasse aufgerufen. Diese sendet über die plattformspezifische Klasse einen SCSI-Befehl an die Tape-Library. Der Rückgabewert der Methode mount kann das Ergebnis der Befehlsausführung liefern. Informationen über den Status des Library-Managers und der Befehlsabarbeitung können global innerhalb des Library-Managers abgelegt werden. 22

29 2.4 Konzept zur Kommunikation mit SCSI-Tape-Libraries :LMUltrium3581 :LMAIX :mount execute sendaccept mount execute_scsi_cmd sendconfig Success SCSI gotresponse sendsuccess Abbildung 2.12: Synchrone Befehlsausführung für SCSI-Tape-Libraries Drive-Manager Die Kommunikation mit dem Laufwerk der Tape-Libraries erfolgt über die Befehle des SSC-Protokolls. Sie beschränkt sich für den Drive-Manager auf die Befehle LOAD zum Einlegen einer Kassette in das Laufwerk und UNLOAD zum Auswerfen einer Kassette aus dem Laufwerk. Die synchrone Kommunikation mit dem Laufwerk entspricht der Kommunikation mit dem Wechsel-Mechanismus einer Tape-Library in Abschnitt Daher kann der Aufbau des Drive-Managers entsprechend dem des Library- Managers erfolgen. Nach diesem Konzept kann der Drive-Manager auch portabel für verschiedene Laufwerke und verschiedene Plattformen gestaltet werden. 23

30 2 Grundlagen und Stand der Technik 24

31 3 Untersuchung von Tape-Libraries 3.1 Allgemein In diesem Kapitel werden weitere Tape-Libraries und die Schnittstellen zu ihrer Ansteuerung betrachtet. Die Betrachtung richtet sich dabei besonders auf große Modelle, d. h. Tape-Libraries mit Speicherkapazitäten im Bereich von Terabytes. Es soll untersucht werden, wie eine Anbindung verschiedener Tape-Libraries an ein Verwaltungssystem nach dem IEEE-Standard 1244 erfolgen kann. Konzepte zur möglichst effizienten Ansteuerung der Tape-Libraries werden anschließend in Kapitel 4 betrachtet. 3.2 IBM UltraScalable Tape Library Aufbau Die IBM UltraScalable Tape Library 3584, kurz Tape-Library 3584, ist momentan das größte Modell der LTO-kompatiblen Tape-Libraries der Firma IBM. Sie besteht aus bis zu sechs Elementen ( Frames ), die Laufwerke und Kassetten aufnehmen. Eine Tape-Library 3584 besteht mindestens aus dem Frame L32, der bis zu 12 Laufwerke oder bis zu 281 Kassetten aufnehmen kann. Die maximale Anzahl an Laufwerken und Kassetten kann nicht gleichzeitig erreicht werden, da Plätze für Kassetten durch Laufwerke ersetzt werden können. Abbildung 2.3(a) auf Seite 5 zeigt diesen Frame L32. Der Frame L32 enthält auch den Wechsel-Mechanismus. Das ist ein Greifer, der auf Schienen geführt alle Laufwerke und Ablage-Fächer für Kassetten erreichen kann. Bei der Tape-Library 3584 ist dieser Greifer in Form eines Dual- Gripper vorhanden, das heißt, dass er zwei Kassetten gleichzeitig transportieren kann. Abbildung 2.3(b) zeigt bereits diesen Dual-Gripper. Zusätzlich kann die Tape-Library aus fünf weiteren Frames der Typen D32 oder D42 bestehen. Beide können jeweils bis zu 12 Laufwerke aufnehmen. Daneben besitzt der Frame D32 eine Kapazität von 440 Kassetten und der Frame D42 eine Kapazität von 360 Kassetten. Der Unterschied besteht in den 25

32 3 Untersuchung von Tape-Libraries verwendbaren Laufwerken: Während D32 LTO-Laufwerke aufnimmt, können in D42 Laufwerke des Typs Digital Linear Tape (DLT) 8000 installiert werden. Die LTO-Laufwerke sind die gleichen wie in den Tape-Libraries 3581 und 3583 aus Abschnitt Dagegen arbeiten die DLT-8000-Laufwerke mit DLTtape IV Tape Cartridges, die unkomprimiert 40 GB an Daten aufnehmen können. Das Hinzufügen neuer Kassetten in die Tape-Library und das Entfernen von Kassetten ist über eine Ein-/Ausgabeeinheit möglich. Diese Einheit gibt es in zwei Ausführungen: Sie kann entweder bis zu 10 oder bis zu 30 Kassetten aufnehmen Ansteuerung Die Kommunikation mit der Tape-Library erfolgt über das SCSI-Protokoll. Entsprechend den Tape-Libraries 3581 und 3583 in Abschnitt werden die Laufwerke der Tape-Library 3584 auch über das Protokoll SSC, und der Wechsel- Mechanismus wird über das Protokoll SMC angesprochen. Der Dual-Gripper der Tape-Library 3584 besitzt zwei Positionen zum Transport von Kassetten. Diese Positionen des Dual-Grippers können in den MOVE ELEMENT-Befehlen direkt adressiert werden. Zusätzlich existiert der SCSI-Befehl EXCHANGE, der zwei MOVE MEDIUM-Befehle ersetzen kann. Die Tape-Library 3584 gehört zu den partitionierbaren Tape-Libraries, die in Abschnitt beschrieben wurden. Damit bietet die Tape-Library 3584 die Möglichkeit, dass mehrere Anwendungen unabhängig voneinander mit jeweils einem Teil der Tape-Library arbeiten. Bei Nichtbenutzung des Dual-Grippers erfolgt die Umsetzung der LMP/M- Befehle auf das Protokoll SMC wie bei den Tape-Libraries 3581 und 3583 (siehe Tabelle 2.3 auf Seite 21). Da eine eventuelle Partitionierung für den Library- Manager nicht sichtbar ist, muss dieser sie nicht berücksichtigen. 3.3 IBM 3995 Optical Library C-Series Modelle Die IBM 3995 Optical Library C-Series, kurz Optical-Library 3995, verwaltet keine Kassetten mit Magnetbändern sondern optische Medien. Das Grundprinzip der Verwaltung der Medien in der Optical-Library sowie der Zugriff auf die Daten über entsprechende Laufwerke entsprechen den betrachteten Tape-Libraries. Die Optical-Library 3995 wird deswegen auch zu den Tertiär- 26

33 3.3 IBM 3995 Optical Library C-Series Anzahl Kassetten Gripper Schnittstelle LAN S/390 AS/400 SCSI 20 Single C20 C30 C40 C60 52 Dual C22 C32 C42 C Dual C24 C34 C44 C Dual C26 C36 C46 C Dual C28 C38 C48 C68 Tabelle 3.1: Modelle der IBM 3995 Optical Library C-Series Abbildung 3.1: IBM 3995 Optical Library C-Series Cx0, Cx4/Cx6, Cx8, Cx2 (IBM 2003a) speichern in Abschnitt 2.1 gezählt und kann entsprechend den Tape-Libraries betrachtet werden. Die verschiedenen Modelle dieser Optical-Library gliedern sich in verschiedene Größen und verschiedene externe Schnittstellen (siehe Tabelle 3.1 und Abbildung 3.1). Die Modelle C3x und C4x sind Datenspeicher für die Rechnertypen S/390 und AS/400. Daneben bietet die Modellreihe C2x die Möglichkeit der Datensicherung über ein lokales Netz: Mittels der Protokolle NFS (Network File System), APPC (Advanced Program to Program Communication) und Netbios können Rechner auf die Optical-Library zugreifen, dort Daten sichern und wieder lesen. Das entspricht dem Prinzip der Datensicherung über ein lokales Netz aus Abschnitt 2.2.3, wobei hier der Backup-Server in die Optical-Library integriert ist. 27

34 3 Untersuchung von Tape-Libraries Von Interesse ist hier allerdings nur die Modellreihe C6x. Diese ermöglicht den Zugriff auf den Wechsel-Mechanismus über das SMC-Protokoll und macht eine Einbindung in das Verwaltungssystem nach IEEE-Standard 1244 möglich. Bis auf die kleinsten Modelle Cx0 besitzen alle weiteren als Wechsel-Mechanismus einen Dual-Gripper. Dieser ermöglicht, wie bei der Tape-Library 3584, den gemeinsamen Transport von zwei Kassetten. Die Optical-Library 3995 benutzt das Laufwerk IBM 0632 OpticalDiskDrive Subassembly Model C4D. Es kann verschiedene Medien mit einer Kapazität bis zu 5,2 GB benutzen. Bei den hier betrachteten Modellen mit SCSI- Schnittstelle erfolgt die Kommunikation mit dem Laufwerk über das SCSI- Protokoll Multi-Media Commands (MMC). Für einen Drive-Manager, der den Zugriff auf diese Laufwerke erlaubt, besteht kein Unterschied zu dem SSC- Protokoll für Bandlaufwerke; beide enthalten die für den Drive-Manager wesentlichen Befehle LOAD und UNLOAD Ansteuerung Da hier die Modelle mit SCSI-Schnittstelle betrachtet werden, besteht bei der Ansteuerung kein Unterschied zu den bekannten Tape-Libraries mit SCSI- Schnittstellen. In beiden Fällen erfolgt die Kommunikation mit dem Wechsel- Mechanismus über das Protokoll SMC. Die Ansteuerung des Dual-Grippers erfolgt wie bei der Tape-Library 3584 aus Abschnitt durch entsprechende Adressierung der Positionen im Dual- Gripper in den SCSI-Befehlen MOVE MEDIUM und EXCHANGE. Bei Nichtbenutzung des Dual-Grippers genügt für einen Library-Manager auch die Zuordnung zwischen LMP/M- und SCSI-Befehlen aus Tabelle 2.3 auf Seite 21. Beim optischen Laufwerk IBM 0632 Optical Disk Drive Subassembly Model C4D besteht der Unterschied bezüglich der Ansteuerung darin, dass das SC- SI-Protokoll Multi-Media Commands (MMC) verwendet wird. Die für die Implementierung im Drive-Manager interessanten Befehle LOAD und UNLOAD (siehe Abschnitt 2.3.3) sind jedoch sowohl im Protokoll SSC als auch im Protokoll MMC enthalten. Damit besteht aus Sicht des Drive-Managers kein Unterschied zwischen dem optischen Laufwerk und den Bandlaufwerken. 3.4 IBM TotalStorage Enterprise Tape Library Aufbau Eine weitere modulare Tape-Library ist die IBM TotalStorage Enterprise Tape Library 3494, kurz Tape-Library Der Aufbau aus einzelnen Elementen 28

35 3.4 IBM TotalStorage Enterprise Tape Library 3494 Element-Typen Laufwerks-Typ Control-Unit Drive-Unit Storage-Unit 3490 Model E, F1A L10 D Model B1A, E1A, H1E L12 D A60 L14 D14 Tabelle 3.2: Elemente der Tape-Library 3494 S10 (a) Außenansicht (b) Innenansicht Abbildung 3.2: Tape-Library 3494 (IBM 2003b) ähnelt der Tape-Library 3584, allerdings ist bei der Tape-Library 3494 die Anzahl unterschiedlicher Elemente größer (siehe Tabelle 3.2): Jede Tape-Library 3494 besteht aus einer Control-Unit, die den Wechselmechanismus beinhaltet, sowie Ablage-Fächer für die Kassetten und einer Ein-/Ausgabe-Einheit. Abbildung 3.2(b) zeigt diese Elemente. Die Ein-/Ausgabe-Einheit kann 10 oder 30 Kassetten aufnehmen. Neben der Control-Unit kann eine Tape-Library 3494 aus bis zu 15 weiteren Elementen bestehen. Drive-Units nehmen bis zu sechs Laufwerke oder bis zu 360 Kassetten auf. Storage-Units nehmen bis zu 360 Kassetten auf. 29