为LTO磁带而生的文件系统LTFS｜主线任务

在LTO第一代到第四代，如果我们想要访问LTO磁带的内容，都需要厂商提供的特殊软件来支持，软件需要全部加在整个磁带的内容，才能展示你要查找的文件，保存文件的过程也需要特有的软件来处理。提供的磁带存储的厂商还有多个这就导致用户在使用磁带过程中，非常的痛苦地面对来回之间复杂的搬运场景。

为了解决这个问题，IBM和HP最先开始这方面的研究，推出了线性磁带文件系统（LTFS-Linear Tape File System）。最开始在2010，从第五代LTO5使用，并在2012年由IBM主推进入SNIA协会开放规范。

目前LTFS已经成为一种开放文件系统规范标准，最新是2021年发布的LTFS V2.5.1版本。

拥有了LTFS后，对LTO磁带意味着什么？带来了哪些好处呢？

随着 LTFS 的引入，LTO 磁带在系统中显示为一个设备，允许用户将文件拖放到磁带和从磁带拖放文件。简而言之，它允许LTO驱动器接口像普通硬盘驱动器一样工作。这消除了对任何特殊软件的需求，并使用户保存和复制文件更加直观。它还具有使LTO驱动器与所有主要操作系统兼容的额外优势。

因为LTFS是self-describing自描述特性，使得数据管理的复杂度降低了很多。LTFS还简化了跨工作流的数据交换，实现统一的文件共享，不依赖硬件和软件平台，这样会让数据恢复变得更加的容易。因为在传统磁带的数据恢复过程，必须要要求使用数据写入时刻使用的特定软件，而这写特定软件存在系统不兼容或者不更新的问题，使得数据修复变得异常困难。

此外，传统磁带中，如果我们需要访问数据，还需要把数据转移拷贝到硬盘再从系统中访问，在LTFS LTO磁带中，我们只需要直接访问磁带即可，变得是一种很简单的的操作。

既然LTFS这么多的优势，那么，LTFS到底是怎么实现的呢？

LTFS 使用 LTO 第 5、6、7 、 8、9 代提供的分区功能。通过使用分区，磁带被分成两个分区，分别存储index和数据（类似于FAT32文件系统，大家可以感兴趣可以参考之前发布的FAT32文件系统的介绍文章：）

第一个分区partion0：比较小，保存索引index，其中包括文件系统信息和元数据，这些元数据提供有关第二个分区数据块中包含的文件的详细信息（例如名称，大小，创建日期，扩展属性以及哪些数据块属于哪个文件的映射，相当于一个数据存储映射表）。将 LTFS 磁带插入驱动器时，软件可以读取第一个分区并快速显示磁带的内容。
第二个分区partion1：空间很大，为数据存储空间，也就是实际的数据的存储最终归宿。有一点需要注意：在数据分区中，磁带内容仍然通过数据块和文件标记格式进行存储，只是分区信息对外解释为LTFS文件系统，并不是对物理磁带的存储技术本质改变，只是让磁带更加的容易使用。

对比 LTFS 出现之前存在的一些弊端，从LTFS出现后就改变了：

磁带仅按照顺序记录数据块和文件标记，没有用于查找特定文件的目录，所有的映射关系（哪些块属于哪些文件的映射）都是由外部应用程序（如备份和归档存储管理软件）维护和管理。如果映射关系丢失，磁带上的数据虽然还在，但是很难被识别和使用了。这个也是LTFS文件系统提供的最大好处。
由于磁带的串行性质，没有固有的“就地”更新功能。如果重写了某个块，则所有后续块也必须重写。在磁带的当前端更新文件标记是不切实际的，因为每次添加数据时，文件标记都会移动到新的物理位置。但是对于 LTFS，磁带没有这种限制，可以根据需要修改索引分区，而不会影响数据分区。

在LTFS文件规范文档中，定义了数据存储的格式，下面是一个完整的LTFS文件格式示例：

针对上图有一些关键的信息点，小编总结如下：

如上文提到，一个完整的LTFS逻辑卷包括两个分区：Index Partition和Data Partition。
每个分区包括Lable Construct标记结构和Content Area内容区域。其中，Lable Construct标记结构有VOL1 Lable逻辑卷标记和LTFS Lable文件标记组成，中间有File Mark间隔。Content Area内容区域则包含index索引和后续的连续数据块组成，中间也有File Mark间隔。

上面说了这么多LTFS的好处和实现原理，还有一个很容易让人误解的地方，需要提醒下。

基于前面的信息，你会不会觉得LTO磁带+LTFS就可以真的向HDD硬盘一样使用了？其实不然，这个也是最容易误解的地方。

HDD硬盘或者叫做磁盘，是随机访问的介质；而磁带不是，在数据分区内部还是要求数据写入的数据。如果在LTO磁盘格式化成LTFS文件系统后，如果直接当作HDD磁盘执行随机访问，可能会出现IO严重慢的情况。

整体来说，LTFS 是一项重大突破，可以让磁带像磁盘一样使用方便，这里重点是“像”，但它并不能取代磁盘读写能力和介质特性。客观对待就好！

最后，如果大家想了解LTFS文件系统的代码，可以参考开源的github链接https://github.com/LinearTapeFileSystem/ltfs

根据github的开源内容，有条件的话还可以动手尝试：

采用ltfs -o device_list命令，可以查看磁带的LTFS文件系统格式化后盘符，类似下图示例，看到三个磁带的字符设备：/dev/sg43，/dev/sg38，/dev/sg37，LTFS文件系统的版本是2.4.0

使用# mkltfs -d 9A700L0077命令可以执行磁带的格式化，

格式化完整后，还可以使用ltfs -o devname=9A700L0077 /ltfs完成文件目录的挂载。这些操作跟linux系统下其他的文件系统操作方式也类似，只是命令不同。

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