15. Jak pracují mechaniky zálohovacích magnetických pásek

Zálohování pevných disků na páskovou mechaniku je jako jedno z varování vaší matky když jste byli dětmi: V oblačný den si s sebou vezmi deštník a vždycky nos plášť do deště. Jistě, maminka měla jednou za čas pravdu - mohlo by se dát do deště a zmokli bychom, ale to by nebylo to nejhorší. Takže co s tím, když se porušila vaše tabulka FAT a ztratili jste polovinu souborů? Před několika lety nebyla obnova těch pár megabyte na disku zase takovým problémem, protože jste několik základních datových souborů mohli překopírovat na diskety.

Dnes se ovšem důsledky havárie "malého" disku značně zhoršily. Dnes o disku jako malém nemluvíte tehdy, když je na něm pár megabyte, ale když má jen několik set megabyte. Jediný program pro Windows může mít až 20 megabyte souborů. A u takových složitých prostředí jako jsou Windows nestačí nikdy mít jenom samotný program. Každý program pod Windows, který instalujete, změní alespoň jeden z .INI souborů ve Windows. Navíc kolik zásahů jste ve svém systému nadělali - od tajuplných parametrů na řádce v souboru CONFIG.SYS pro ovladač manažeru paměti až po barevné ladění Windows, se kterým jste si hráli hodiny - zásahů, na které byste si nikdy netroufali vzpomenout?

A ve stejné době, která začíná být pro zálohování disků kritičtější než jindy, se stále více hroutí představy zálohování disků o velikosti nad 200 megabyte na diskety. Podívejme se na nové pokolení nepříliš drahých, zato však velkou kapacitou oplývajících, páskových záložních mechanik. A na možnost snadno kopírovat gigabyte nebo víc na jedinou pásku, i v případě těch největších disků.

Uvedeme dva nejpopulárnější typy zálohovacích pásek, kterými jsou: čtvrtpalcová kazeta (QIC, quarter inch cartridge) a digitální audio páska (DAT, digital audio tape).

Záložní mechanika s čtvrtpalcovou kazetou (QIC)
1. Pokud použijete příslušný software a čtvrtpalcové mechanice vydáte povel pro zálohování, tak program přečte tabulku FAT vašeho disku a najde soubory, jejichž zálohování požadujete. Software zapíše do 32k oblasti v paměti RAM vašeho stroje adresářovou informaci. Soubory pak zkopíruje do téže oblasti. Před každým souborem je úvodní informace, která identifikuje soubor a jeho umístění uvnitř adresářového stromu na pevném disku.
2. Je-li řadič páskové mechaniky osazen čipem, který provádí ošetření chyb, software přenese celou oblast RAM do vlastní paměti řadiče, kde čip přidá kód pro opravu chyby (EC, error correction). Pokud řadič tento čip nemá, vypočte kód pro opravu chyby sám software. Kód je vypočten z posloupnosti 0 a 1 v souboru a připojí se na konec dat zapsaných v oblasti paměti RAM. Software pak veškerý obsah oblasti kopíruje do paměti řadiče. Když jsou data přenesena do řadiče, je oblast v paměti RAM volná pro zápis dalšího bloku dat z disku.
3. Řadič páskové mechaniky vyšle signály do páskové mechaniky, aby se rozběhlo médium. Mechaniky QIC se starají o to, aby páska byla stále napnutá. Jakmile pohon mechaniky otočí kazetovou cívkou - elastický pásek ovinutý okolo cívek s páskou se jemně napne až pásku uchopí, takže je zajištěno, že tažná síla navíjecí cívky je shodná s odporem odvíjecí cívky. To nutí pásku k tlaku proti hlavě mechaniky s konstantní silou, čímž se minimalizují chyby při zápisu a čtení.
4. Řadič odešle proud dat do zápisové hlavy mechaniky. Mnoho páskových mechanik má trojdílnou hlavu, umožňující čtení během zápisu. Dvě čtecí hlavy rámují střední zápisovou hlavu, která přenáší data do magnetického povrchu pásky. V závislosti na směru pohybu pásky čte jedna z čtecích hlav data, která byla právě zapsána zápisovou hlavou, aby se tak zkontrolovalo, zda se data na pásce opravdu shodují s tím, co tam zápisová hlava zapsala. Když je kontrola skončena, je paměť v řadiči vyprázdněna a mechanika se dá do dalšího kusu dat přečtených z disku. Objeví-Ii kontrola chybu, jsou data znovu zapsána na další část pásky.
5. Formát pásky QIC v typickém případě obsahuje až 32 rovnoběžných stop. Když se cívka přetočí na konec, pohyb se obrátí a tok dat jde zpět spirálovým způsobem směrem k vnějšku pásky. Každá stopa je rozdělena na bloky po 512 nebo 1024 byte a segment v typickém případě obsahuje 32 bloků. Mimo bloky v segmentu jich 8 obsahuje kód pro opravu chyby. Dále na konci každého bloku mechanika vypočítá kód cyklické kontroly (CRC, cyclic redundancy check) pro další opravy chyb a připojí ho za blok. Většina zálohovacích programů rezervuje místo pro adresář zálohovaných souborů na začátku stopy 0 nebo na zvláštní adresářové stopě.
6. Jakmile se hlava mechaniky dostane na konec pásky, otvory vystřihnuté v pásce signalizují mechanice, že je potřeba otočit směr pohybu pásky, posunout aktivní oblast zápisové hlavy nahoru nebo dolů na další stopu a pokračovat v zápisu. Když jsou na pásku zapsána všechna data, zálohovací program zapíše umístění stopy a segmentu zálohovaného souboru do adresáře na pásce.

Poznámka: Obnovení souboru z pásky se děje tak, že mechanika použije adresář na pásce, aby zjistila, kde soubor je a pak data souboru přečte do paměti. Řadič vypočítává kód CRC pro každý čtený blok a srovnává jej s kódem CRC zapsaným na konci bloku. Jakmile mechanika naplní vyhrazenou pracovní paměť, data se zapíší na pevný disk do příslušného adresáře.

Záložní mechanika s digitální audio páskou (DAT)
1. Pokud použijete příslušný software a vydáte povel pro zálohování, program přečte tabulku FAT vašeho disku a najde soubory, jejichž zálohování požadujete. Nato kopíruje data, soubor po souboru, do pracovní paměti v mechanice digitální audio pásky, která má obvykle místo na 512 kilobyte až 1 megabyte dat. Stejně jako pásková mechanika QIC i mechanika DAT provádí výpočet kódu pro opravu chyb, který přidá na konec dat v pracovní paměti.
2. Rozdílná koncepce čtecí/zápisové hlavy u mechanik DAT je to, co umožňuje zapsat obrovská množství dat na malou páskovou kazetu velikosti krabičky od zápalek. Mechanismem je tady rotující válec se čtyřmi hlavami posunutými o 90 stupňů. Dvě z těchto hlav, zápisová hlava A a B, zapisují zálohovaná data a dvě odpovídající čtecí hlavy data přezkušují. Válec je lehce nakloněn, takže vzhledem pásce se otáčí pod určitým úhlem. Válec se za minutu otočí 2000 krát, zatímco páska před válcem běží ve směru proti otáčení válce rychlostí 8,5 mm za sekundu.
3. Během doby, po kterou je zápisová hlava A ve styku s páskou, zapíše hlava okolo 128 kilobytů dat a opravných kódů z pracovní paměti mechaniky na stopu na pásce. Jelikož je válec nakloněn, setká se páska při zahájení zápisu s jedním krajem pásky a pak se pohybuje diagonálně přes pásku, až se dostane na druhou stranu. Výsledkem je úzká úhlopříčná stopa, asi osmkrát delší než je šířka pásky.
4. Čtecí hlava A znovu čte data zapsaná na stopu a srovnává je bit po bitu s původním obsahem pracovní paměti. Jsou-li kontrolovaná data na pásce v pořádku, jsou odstraněna z pracovní paměti a z pevného disku se přečtou data další. Jestliže data na stopě A obsahují nějakou chybu, budou při dalším průchodu přepsána
5. Zápisová hlava B při přechodu pásky zapisuje data na stopu pod 40 stupňovým sklonem vůči straně A, čímž vytváří stromečkový vzor, který překrývá stopu A. Překrývání dat směstná na palec pásky více informací; později při čtení nedochází k chybě, protože magnetické bity zapsané dvěma zápisovými hlavami mají rozdílnou polaritu a různé čtecí hlavy čtou data pouze z vhodně umístěných stop.
6. Čtecí hlava B a zápisová hlava B provádějí tytéž kroky, střídajíc se s hlavami A, dokud nejsou všechna zálohovaná data zapsána. Pak mechanika pásku přetočí a zapíše adresář uložených souborů buď do zvláštního oddílu na začátku pásky nebo do souboru na pevném disku.

Poznámka: Při obnově souboru z mechaniky DAT, přečte software adresář, přetočí pásku do místa kde požadovaný soubor začíná a soubor zkopíruje na pevný disk.