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Bandlaufwerke als Backupmedium: "Wie ein bisschen Tetris spielen"

Hinter all den modernen Computern rasseln im Keller heutzutage noch immer Bandlaufwerke vor sich hin - eine der ältesten digitalen Speichertechniken. Golem.de wollte wissen, wie das im modernen Rechenzentrum aussieht und hat das GFZ Potsdam besucht, das Tape für Backups nutzt.

Artikel von veröffentlicht am
Viele Tausend Magnetbänder werden im GFZ Potsdam archiviert.
Viele Tausend Magnetbänder werden im GFZ Potsdam archiviert. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)

Obwohl die Welt der IT ständig im Wandel ist, bleiben doch einige Konstanten erhalten. So zum Beispiel Bandlaufwerke, die bereits seit den 50er Jahren das Bild eines typischen Computers prägen: riesige Konsolen mit winzigen Bildschirmen und Bändern im Schrank. Diese für Computertechnik fast antike Hardware ist im Bereich der Langzeitarchivierung und für Backup-Strategien heute noch immer im Gebrauch - allerdings in einem kompakteren Format. Doch warum ist das so? Golem.de hat das Rechenzentrum des Geoforschungszentrums in Potsdam aufgesucht und sich die Technik genauer angeschaut.

Inhalt:
  1. Bandlaufwerke als Backupmedium: "Wie ein bisschen Tetris spielen"
  2. Ganz ohne Festplatten geht es nicht

Für Steffen Loos, IT-Administrator beim Institut, ist die Antwort simpel: "Das ist eine Kostenfrage", sagt er. Tatsächlich kosten die von ihm verwendeten LTO-7-Magnetbänder momentan etwa 10 Euro pro Terabyte. Festplatten im Enterprise-Bereich sind da wesentlich teurer, genauso wie Flash-Speicher, der trotz starken Preisverfalls für Backup-Anwendungen noch immer eher ungeeignet ist.

Auch der Tape-Anbieter IBM bringt auf Anfrage von Golem.de das Argument der Kosten als Vorteil der Technik an. "Laut ESG sind die erwarteten zehnjährigen Gesamtbetriebskosten für die LTO-8-Datenspeicherlösung 86 Prozent niedriger als bei einer All-Disk-Lösung und 66 Prozent niedriger als bei einem All-Cloud-Storage", sagt Josef Weingand, Business-Development-Leiter bei IBM DACH.

Als einer der verbliebenen Anbieter stellt IBM zum Großteil Laufwerke nach dem Standard Linear Tape Open her, unter anderem LTO-5, LTO-7 und dem aktuellen Vertreter LTO-8. Dieses Format zeichnet sich dadurch aus, dass Laufwerke jeweils zwei Generationen abwärtskompatibel sind, zumindest beim Lesen älterer Bänder. LTO-8 ist nur noch zu LTO-7 abwärtskompatibel, kann allerdings leere Tapes der Vorgängergenerationen auch beschreiben. Zudem können Bänder verschiedener Hersteller meist im gleichen Bandlaufwerk betrieben werden. Andere Tape-Standards sind beispielsweise der IBM-Standard 3692, Oracle Storagetek T10000 und das erste in kommerziell verkauften Computern genutzte Format Uniservo 1 aus dem Jahr 1951.

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Tape hat zusätzlich den Vorteil, dass es ein kaltes Medium ist und daher keinen Strom benötigt - ähnlich wie andere Wechselmedien wie DVDs, CDs und Disketten. Bandlaufwerke benötigen typischerweise 20 Watt im Betrieb und 5 Watt im Ruhezustand. Die Lebensdauer von Bändern liegt laut IBM bei bis zu 30 Jahren. Allerdings sollten dazu möglichst gute Lagerbedingungen eingehalten werden. Das bedeutet, eine Temperatur von 16 bis 25 Grad und eine Luftfeuchtigkeit von 20 bis 50 Prozent zu gewährleisten, um statischer Aufladung vorzubeugen.

  • Im Inneren der Tape Library (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Die Serverschränke beinhalten Technik verschiedener Hersteller. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Patchkabel kreuz und quer. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Die Serverschränke beinhalten Technik verschiedener Hersteller. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • LTO-5-Tape von IBM (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Ein offenes Bandlaufwerk (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Tape und Bandlaufwerk (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • LTO-5-Tape von IBM (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Im Inneren der Tape Library (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Tapes lagern neben- , über- und hintereinander. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Serverschränke in Reih und Glied (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Auf dem schwarzen Magnetband werden Daten gespeichert. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Tapes lagern neben- , über- und hintereinander. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Im Inneren der Tape Library (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
LTO-5-Tape von IBM (Bild: Martin Wolf/Golem.de)

Auch verträgt Tape staubige Umgebungen eher weniger. Das GFZ stellt seine Tape-Backups daher in einem abgeschlossenen, sauberen und klimatisierten Rechenzentrum neben anderer Hardware auf. Neben Tape-Storage-Systemen finden wir dort viele Serverschränke in Reih und Glied. Darin sind Blades, Patchfelder, Switches, Router und Luftkühlungen verschiedenster Hersteller montiert. Es wird klar, dass die Anlage im Laufe der Zeit immer weiter gewachsen ist. Kreuz und quer gesteckte Patchkabel bezeugen, dass ständig neue Hardware hinzugefügt wird. Paletten mit vielen Magnetbändern betonen die Wichtigkeit des Mediums für das GFZ. Der Bedarf ist groß.

Robust scheinen Tapes auf jeden Fall zu sein. So erzeugte einmal ein Batteriebrand der USV-Anlage starke Rauchschwaden im Rechenzentrum. Loos berichtet von beschädigten Fileservern und Festplatten, während die alten Bänder alles anscheinend gut überstanden haben.

Loos sind die neuen LTO-8-Bänder von IBM trotz höherer Kapazität von 12 TByte noch zu teuer. Neben den Datenträgern an sich müssten bei einem Wechsel nämlich auch die Bandlaufwerke selbst ausgetauscht werden, da sie nur nach einem Standard beschreiben können. Die Laufwerke kosten einzeln schon etwa 2.500 Euro netto pro Stück. Das Institut nutzt daher momentan den etwas älteren LTO-7-Standard, gemischt mit sehr alten, aber noch lesekompatiblen LTO-5-Systemen. Auf jede der neueren Kassetten passen maximal etwa 6 TByte an Daten. Komprimiert können es 15 TByte sein.

  • Im Inneren der Tape Library (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Die Serverschränke beinhalten Technik verschiedener Hersteller. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Patchkabel kreuz und quer. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Die Serverschränke beinhalten Technik verschiedener Hersteller. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • LTO-5-Tape von IBM (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Ein offenes Bandlaufwerk (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Tape und Bandlaufwerk (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • LTO-5-Tape von IBM (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Im Inneren der Tape Library (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Tapes lagern neben- , über- und hintereinander. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Serverschränke in Reih und Glied (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Auf dem schwarzen Magnetband werden Daten gespeichert. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Tapes lagern neben- , über- und hintereinander. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Im Inneren der Tape Library (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
Tape und Bandlaufwerk (Bild: Martin Wolf/Golem.de)

Da Daten auf Band allerdings immer hintereinander gespeichert sind, ist es für einen effizienten Betrieb eines Backupsystems mit dieser Technik wichtig, zusammengehörende Dateien möglichst als durchgehende Sequenz zu übertragen. Im Gegensatz zu einer Festplatte kann ein Tape-Laufwerk nicht ohne Weiteres schnell zwischen Sektoren hin- und herspringen. Normalerweise wird bei LTO ein Bandsektor immer nur einmal beschrieben. Das ständige Stoppen und Starten der Spulenmotoren bei einer starken Datenfragmentierung führt zudem zu schnellerem Verschleiß der Bänder. Bei vielen Tausend Computern in der IT-Landschaft des GFZ ist das für Loos und sein Team nicht unbedingt immer trivial.

Ein Faktor für eine kürzere Haltbarkeit eines Bandes sind auch die Schreibprozesse. In der Theorie sollte ein LTO-Tape mindestens 200 Zugriffe über die komplette Bandlänge aushalten. Kurze Backup-Intervalle und das häufige Beschreiben eines Mediums sind daher schädlich für die Haltbarkeit. Loos gruppiert inkrementelle Backups mehrerer Rechner deshalb in festen zeitlichen Intervallen zu größeren Datenschüben zusammen, um diese einem Schreibdurchlauf zu sichern.

  • Im Inneren der Tape Library (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Die Serverschränke beinhalten Technik verschiedener Hersteller. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Patchkabel kreuz und quer. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Die Serverschränke beinhalten Technik verschiedener Hersteller. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • LTO-5-Tape von IBM (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Ein offenes Bandlaufwerk (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Tape und Bandlaufwerk (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • LTO-5-Tape von IBM (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Im Inneren der Tape Library (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Tapes lagern neben- , über- und hintereinander. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Serverschränke in Reih und Glied (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Auf dem schwarzen Magnetband werden Daten gespeichert. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Tapes lagern neben- , über- und hintereinander. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Im Inneren der Tape Library (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
Auf dem schwarzen Magnetband werden Daten gespeichert. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)

Das stellt sicher, dass all die vielen Magnetbänder lange unbeschadet lagern können. Das Archiv befindet sich in einer automatisierten Tape Library, in der Tausende von Bändern Platz haben.

Roboterarm wechselt Kassetten automatisch

Das GFZ Potsdam hat zwei redundante Backup-Systeme in zwei verschiedenen Kellern untergebracht. Auf den fast 2.000 verwendeten Bändern speichert Loos die essenziellen Daten von wissenschaftlichen Auswertungen, von Forschungsprojekten und Messungen. Dazu kommen die Ordner und Dateien der Mitarbeiter - insgesamt haben sich bereits 3 Petabyte auf Magnetbändern angesammelt. Die Anschaffungskosten für eine solche Library können schon einmal jenseits von 100.000 Euro liegen. Auf Dauer rechtfertigt sich das wegen der absurd geringen Preise im Vergleich zu HDD und SSD aber trotzdem.

Bänder werden mithilfe von Laufwerken, auch Streamer genannt, ausgelesen oder mit neuen Daten bespielt. "Das ist für Praktikanten immer spannend", sagt Loos, als er Golem.de das aufgeschraubte Gehäuse eines Laufwerkes zeigt. Innen sind viele mechanische Teile zu erkennen, etwa Zahnräder aus Kunststoff und Servomotoren, die sich theoretisch per Hand austauschen ließen. Das ist bei immer kompakter werdenden Produkten wie Festplatten nicht immer ohne Weiteres möglich.

Mehrere Laufwerke übereinander befinden sich in den automatisierten Archivsystemen, sogenannten Tape Libraries. In diesen großen Schränken liegen auch mehrere Tausend Magnetbänder neben- und übereinander. Ein Robotergreifarm kann automatisch zwei Bänder gleichzeitig aus ihren Lagerfächern ziehen und in eines der vielen parallel laufenden Bandlaufwerke einlegen. "Das ist wie ein bisschen Tetris spielen", sagt Loos über das Stapeln der Kassetten in Anlehnung an das berühmte Geschicklichkeitsspiel.

  • Im Inneren der Tape Library (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Die Serverschränke beinhalten Technik verschiedener Hersteller. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Patchkabel kreuz und quer. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Die Serverschränke beinhalten Technik verschiedener Hersteller. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • LTO-5-Tape von IBM (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Ein offenes Bandlaufwerk (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Tape und Bandlaufwerk (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • LTO-5-Tape von IBM (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Im Inneren der Tape Library (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Tapes lagern neben- , über- und hintereinander. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Serverschränke in Reih und Glied (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Auf dem schwarzen Magnetband werden Daten gespeichert. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Tapes lagern neben- , über- und hintereinander. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Im Inneren der Tape Library (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
Tapes lagern neben- , über- und hintereinander. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)

Währenddessen schiebt er händisch neu gekaufte LTO-7-Bänder in die Library, welche diese automatisch in freie Fächer einsortiert. Interessant: An einem kleinen LC-Display am Einschub erkennen wir, welches Band aus einem Fach in ein anderes Fach gelegt wird. Die Fächer sind in einer dreidimensionalen Matrix durchnummeriert, da an der hinteren Seite der Library in einem Einschub mehrere Bänder hintereinander lagern.

Wir können uns vorstellen, dass die Zugriffszeiten einer solchen Anlage teilweise im Sekunden- oder Minutenbereich liegen, wenn ein Datenträger erst gesucht, eingelegt und anschließend abgespielt werden muss.

Ganz ohne Festplatten geht es nicht 
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x2k 11. Jun 2019 / Themenstart

Ja gut ich finde die Technik dahinter interessant, ihr habt mich erwischt ;-) Wenn ich...

Konfuzius Peng 08. Jun 2019 / Themenstart

Filme auf einem Magnetband... DAS wird Revolutionär!!! ;-)

ZappaF. 08. Jun 2019 / Themenstart

Meines Wissens nach baut IBM als einzige Firma LTO-8 Laufwerke..alle anderen haben sich...

DooMRunneR 04. Jun 2019 / Themenstart

Ist auch nur bis zu einem gewissen bereich Brauchbar. Wir sind schon am anschlag unser...

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