Podatki na traku

Včasih je izdelava varnostne kopije zahtevala vso noč. Marsikateri starejši računalnikar ali programer je »kariero« v večjem podjetju začel kot fant, ki je skrbel za menjavo kaset v tračnih pogonih. Danes imamo k sreči vrsto uporabnejših in do uporabnika prijaznejših pomnilniških alternativ za hrambo podatkov.

Tračni pogoni so v računalniških okoljih dolgo veljali za nepogrešljive, saj je marsikatero podjetje na tračne kasete shranjevalo varnostne kopije podatkov s strežnikov. Podatki so se shranjevali na magnetni trak kaset, pretežno v arhivske namene, saj je bilo iskanje točno določenega podatka v primerjavi z drugimi pomnilniškimi rešitvami precej zamudno. Zakaj so se torej računalnikarji sploh ukvarjali s tračnimi pogoni? Predvsem zato, ker so bili ti razmeroma poceni in so se dokazali kot pravšnji medij za dolgoročno hrambo podatkov. Če je bila kaseta ustrezno arhivirana, se je dalo s traka prebrati podatke tudi po več desetletjih, marsikateri disk pa se po tem, ko nekaj let ni bil v stiku z električnim napajanjem, ni več »pobral«.

Tračni pogon zaporedno shranjuje in dostopa do podatkov, disk pa omogoča neposreden dostop do vsebine. Če se bralno-pisalna glava diska lahko premakne v poljuben položaj na disku v nekaj milisekundah, mora tračni pogon fizično »pritrditi« trak med kolute in začeti brati podatke. Posledično imajo tračni pogoni zelo dolge povprečne dostopne čase in so neprimerni za tipično delo z računalnikom, kjer podatke ves čas shranjujemo in beremo, tudi z različnih pomnilniških lokacij. A to še ne pomeni, da so tračni pogoni neuporabno počasni, nenazadnje lahko sodobnejši tračni pogoni hitro prenašajo podatke s traku, ko dosežejo zahtevan položaj na traku – njihove hitrosti nepretrganega prenosa podatkov lahko presegajo 100 MB/s in so tako primerljivi z diski.

Značilen prizor iz 70. let prejšnjega stoletja – informatiki so pozorno spremljali delovanje tračnih pogonov in menjavali kasete s trakom.

Več kot pol stoletja zgodovine

Kasete z magnetnim trakom so se kot pomnilniški nosilec začele uporabljati v 50. letih prejšnjega stoletja v navezi z velikimi računalniškimi sistemi (angl. mainframe). Kaseta izdelovalca Remington Rand iz leta 1951 je lahko shranila za tiste čase bogato odmerjenih 224 KB podatkov, uporabljala pa je 13 mm ponikljani fosforni bronasti trak. V tistih časih se je zdelo, da bodo tračne enote postale glavni medij hrambe podatkov. Čeprav so bili sami pogoni pregrešno dragi, so bile kasete s trakom razmeroma poceni. Primat je hitro prevzelo podjetje IBM, ki je leta 1952 predstavilo kaseto s plastičnim ohišjem in 7-stezni trak, na katerega je lahko računalnik shranil šest bitov (in bit za pariteto). V naslednjem desetletju je IBM poskrbel za vrsto zanimivih inovacij, z ločenima bralno in pisalno glavo vred, ta zasnova pa je računalniškim okoljem zagotavljala zanesljivo verifikacijo zapisanih podatkov – dokler tega ni bilo, so podjetja varnostne kopije pogosto snemala na več kaset, saj so se želela izogniti scenariju, po katerem bi jih okvarjena kaseta stala izgube podatkov.

Praktično 20 let so ljudje v podjetjih menjavali tračne kasete v računalnikih, saj je šele z modelom 3400 IBM razvil mehanizem samodejnega nalaganja ter navijanja kaset in trakov. Danes imajo podjetja, ki uporabljajo hrambo podatkov na trak, implementirane robotske tračne knjižnice.

Nekateri računalniki so imeli celo operacijske sisteme nameščene na tračni kaseti. Eden takih je bil tračni pogon z disketo DECtape, ki je imela fiksno določene in indeksirane dele traku, zato se je lahko uporabljala kot (res) počasen disk.

Kot prvi resen konkurent IBMu je leta 1972 podjetje 3M predstavilo tračni pogon QIC-11, ki je lahko na posamezno kaseto zapisal 20 MB podatkov. Omenjene kasete so imele dvoje navojnih koles, uvedle pa so tudi tehnologijo linearnega večslojnega zapisovanja.

Enokolesno zasnovo je nadomestila dvokolesna.

Domači računalniki kot inovatorji

Da ima lahko tehnologija zapisovanja podatkov na trak uporabno vrednost za širši del populacije, je poskrbela revija Byte, ki je na svojem dogodku v Kansas Cityu leta 1975 predstavila način hrambe digitalnih podatkov na trak klasičnih avdio kaset, kakršne so se uporabljale za poslušanje glasbe. Avdio kasete so bile namreč takrat bistveno dostopnejše in cenejše od disket, rešitve pa se je prijela oznaka Kansas City standard (KCS). S pridom so jo uporabljali predvsem prvi dostopni domači/gospodinjski računalniki, kakršna sta bila ZX Spectrum in Commodore.

Klasične avdio kasete so lahko shranile do 1978 KB podatkov, na sliki je Commodorjev podatkovni kasetnik.

Odprava ozkih grl

Leto 1980 je prineslo novega prišleka z zanimivo inovacijo. Podjetje Cipher Data Products se je odločilo tračni pogon F880 opremiti z večjo količino pomnilnika RAM in tako zakriti očitne pomanjkljivosti počasnega začetnega dostopa do podatkov. Podjetja žal novincu niso preveč zaupala, čeprav se je celo desetletje trudil z izdelavo nadpovprečnih pogonov, preden je leta 1990 prešel v roke družbe Archive Corporation.

Leta 1984 je za novo inovacijo poskrbelo podjetje DEC, ki je s tračnim pogonom TK50 uvedlo digitalni linearni trak (DLT), posamezna kaseta pa je lahko shranila 94 MB podatkov. Za premikanje mejnika na področju zmogljivosti hrambe podatkov je sicer še naprej skrbel IBM, ki je leta 1984 letvico dvignil na 200 MB (kasete z glavo MR), leta 1986 pa na 400 MB z uvedbo strojnega stiskanja podatkov (tračna enota je uporabljala algoritem IDRC). Stiskanje podatkov se je dodobra uveljavilo šele desetletje pozneje, večina sistemov je premogla kompresijsko razmerje 2 : 1, zato so bile tudi tračne kasete naprodaj z dvojnimi oznakami – oznaka 80/160 je, denimo, pomenila, da lahko tračna kaseta v normalnem načinu shrani do 80 GB podatkov, s stiskanjem pa se lahko njena zmogljivost poveča na 160 GB. V nadaljevanju sta se predvsem IBM in Sony v marketinških gradivih svojih rešitev hvalila s še precej večjimi razmerji stiskanja podatkov, a so bili končni rezultati močno odvisni od vrste podatkov, ki jih je kaseta hranila. Video posnetki so, denimo, že uporabljali lastno tehnologijo stiskanja podatkov, zato jih ni bilo mogoče dodatno stisniti, »napol prazne« zbirke podatkov pa so omogočale tudi stiskanje podatkov v razmerju 10 : 1 ali višjem.

Tračni pogoni so se v novejši zgodovini povezovali na računalnike prek vodila SCSI, redki modeli pa so podpirali tudi vmesnike SATA, USB, FireWire in celo Fibre Channel.

Leta 1987 je kot strela z jasnega udarila naveza podjetij Exabyte in Sony, ki je predstavila tračno rešitev, ki je lahko shranila za tiste čase res razkošnih 2,4 GB podatkov. Šlo je za prvi spiralni digitalni tračni pogon, ki je odpravil vrsto omejitev glede zapore traku.

Naslednjo večjo inovacijo je prispeval HP z modelom DDS3, ki je zmogljivost hrambe podatkov na traku leta 1996 dvignil na 12 GB, s tehnologijo PRML, ki je »ugibala«, kaj bi uporabnik želel prebrati, pa znatno pohitril branje podatkov. Že naslednje leto je IBM tekmecem vrnil udarec in predstavil virtualni tračni sistem, ki je znal ob sočasni rabi šestih tračnih enot računalniškemu sistemu te prikazati kot 32 virtualnih tračnih enot.

V nadaljevanju se je količina inovacij ustavila, ponudniki so tekmovali pretežno na področju zmogljivosti hrambe podatkov in cen tračnih rešitev. Mejo 100 GB sta leta 2000 prebili podjetji Linear Tape-Open z modelom LTO-1 (ta je shranil 100 GB podatkov) in Quantum, katerega kaseta Super DLT je lahko shranila do 110 GB podatkov.

Troboj zadnjega desetletja in pol

Na preboj terabajtne meje je bilo treba počakati naslednjih osem let, tudi takrat pa sta jo dosegli dve rešitvi – IBMova TS1130 in StorageTek T10000B. Od leta 2005 se na področju rešitev za tračno hrambo podatkov pojavljajo predvsem tri imena – za stranke med seboj tekmujejo IBM, Linear Tape-Open in StorageTek, zato se vsaj zaenkrat za razvoj tračnih rešitev ni bati, čeprav gre že danes za precej nišne tehnologije. Kljub temu tračne enote še niso rekle zadnje besede – lanski različici lahko namreč shranita spoštljivih 12 (LTO-8) oziroma 15 terabajtov podatkov (IBM TS1155)!