第 1 章 數(shù)據(jù)存儲的背景 001 1.1　數(shù)據(jù)存儲的重要性　001 1.2　數(shù)據(jù)存儲的目標　002 1.2.1　高性能　002 1.2.2　高易用性　003 1.2.3　高可靠性　004 1.2.4　其他目標　005 參考文獻　005 第　2 章 存儲盤與存儲介質(zhì)　007 2.1　磁盤　007 2.1.1　磁盤的組成與結(jié)構(gòu)　008 2.1.2　磁盤性能　009 2.1.3　磁盤固件　011 2.2　SSD　014 2.2.1　閃存單元與結(jié)構(gòu)　015 2.2.2　FTL　017 2.3　主存　020 2.3.1　DRAM 組成與結(jié)構(gòu)　020 2.3.2　DRAM 刷新　023 2.3.3　內(nèi)存控制器　024 2.3.4　非易失性存儲器　024 2.4　其他存儲介質(zhì)　027 2.4.1　光存儲　027 2.4.2　磁帶　028 2.5　本章小結(jié)　028 2.6　思考題　029 參考文獻　029 第　3 章 存儲陣列　030 3.1　硬件架構(gòu)　030 3.1.1　整機架構(gòu)　031 3.1.2　控制器模塊　031 3.1.3　接口模塊　032 3.1.4　硬盤框和硬盤單元　033 3.1.5　散熱模塊　033 3.2　軟件架構(gòu)　034 3.2.1　RAID 子系統(tǒng)　034 3.2.2　緩存鏡像子系統(tǒng)　040 3.3　高性能與高可靠性設計　042 3.3.1　應用場景　042 3.3.2　高可靠性冗余切換子系統(tǒng)　043 3.3.3　高性能集群子系統(tǒng)　045 3.3.4　重定向?qū)懪c垃圾回收技術(shù)　047 3.4　本章小結(jié)　049 3.5　思考題　049 參考文獻　049 第　4 章 存儲協(xié)議　050 4.1　SCSI 協(xié)議　050 4.1.1　SCSI 協(xié)議概述　050 4.1.2　SCSI 服務模型　051 4.1.3　SCSI 指令集　053 4.1.4　SCSI 讀寫流程解析　053 4.2　SCSI 鏈路承載協(xié)議　054 4.2.1　SAS 協(xié)議　054 4.2.2　FC 協(xié)議　056 4.2.3　iSCSI 協(xié)議　057 4.3　NVMe 協(xié)議　059 4.3.1　NVMe 設備模型　059 4.3.2　NVMe 隊列模型　060 4.3.3　NVMe 指令集　062 4.3.4　NVMe over PCI-e　062 4.4　NVMe over Fabrics　064 4.4.1　NVMe over RDMA　065 4.4.2　NVMe over TCP　067 4.4.3　NVMe over FC　068 4.5　內(nèi)存互連協(xié)議　070 4.5.1　CXL 協(xié)議概述　071 4.5.2　CXL 類型 1　072 4.5.3　CXL 類型 2　073 4.5.4　CXL 類型 3　074 4.6　本章小結(jié)　074 4.7　思考題　075 參考文獻　075 第　5 章 鍵值存儲　077 5.1　基本操作　077 5.2　鍵值索引　078 5.2.1　散列索引　078 5.2.2　B+樹索引　080 5.2.3　LSM 樹索引　081 5.3　數(shù)據(jù)布局　085 5.3.1　原地更新的數(shù)據(jù)組織　085 5.3.2　日志結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)組織　085 5.4　崩潰一致性　086 5.4.1　WAL　086 5.4.2　影子頁　087 5.5　本章小結(jié)　087 5.6　思考題　087 參考文獻　088 第　6 章 文件系統(tǒng)　089 6.1　文件系統(tǒng)的基本操作　089 6.2　文件系統(tǒng)實現(xiàn)　090 6.2.1　一個簡單的文件系統(tǒng)　091 6.2.2　命名空間管理　094 6.2.3　存儲管理　095 6.3　文件系統(tǒng)實例：ext2　098 6.4　本章小結(jié)　100 6.5　思考題　100 參考文獻　100 第　7 章 網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)　101 7.1　DAS　101 7.2　NAS　102 7.2.1　架構(gòu)特點　102 7.2.2　網(wǎng)絡文件協(xié)議　103 7.2.3　應用場景　104 7.3　SAN　104 7.3.1　架構(gòu)特點　104 7.3.2　核心組件　105 7.3.3　應用場景　106 7.3.4　NAS 與 SAN 對比　106 7.4　對象存儲　106 7.4.1　架構(gòu)特點　106 7.4.2　核心組件　107 7.5　并行存儲　108 7.5.1　架構(gòu)特點　108 7.5.2　關(guān)鍵技術(shù)　108 7.6　P2P 存儲　109 7.6.1　架構(gòu)特點　110 7.6.2　關(guān)鍵技術(shù)　110 7.6.3　應用場景　111 7.7　云存儲　112 7.7.1　架構(gòu)特點　113 7.7.2　應用場景　113 7.8　存儲虛擬化　115 7.8.1　基本概念　115 7.8.2　關(guān)鍵技術(shù)　116 7.9　軟件定義存儲　117 7.9.1　基本概念　117 7.9.2　代表性系統(tǒng)　118 7.9.3　關(guān)鍵挑戰(zhàn)　119 7.10　超融合架構(gòu)　120 7.10.1　基本概念　120 7.10.2　關(guān)鍵技術(shù)　121 7.10.3　代表性系統(tǒng)　121 7.10.4　概念對比　122 7.11　本章小結(jié)　122 7.12　思考題　123 參考文獻　123 第　8 章 分布式存儲系統(tǒng)　125 8.1　分布式存儲系統(tǒng)的典型架構(gòu)　125 8.2　分布式存儲系統(tǒng)的關(guān)鍵衡量指標　126 8.2.1　性能　126 8.2.2　可擴展性　126 8.2.3　一致性　126 8.2.4　可用性　128 8.3　分布式鍵值存儲系統(tǒng)　128 8.3.1　典型分布式鍵值存儲系統(tǒng)　129 8.3.2　分布式鍵值存儲系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)　132 8.4　分布式對象存儲系統(tǒng)　134 8.4.1　典型分布式對象存儲系統(tǒng)　134 8.4.2　分布式對象存儲系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)　138 8.5　分布式塊存儲系統(tǒng)　139 8.5.1　典型分布式塊存儲系統(tǒng)　139 8.5.2　分布式塊存儲系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)　142 8.6　分布式文件系統(tǒng)　142 8.6.1　典型分布式文件系統(tǒng)　143 8.6.2　分布式文件系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)　150 8.7　本章小結(jié)　151 8.8　思考題　151 參考文獻　151 第　9 章 存儲可靠性　153 9.1　存儲可靠性概述　153 9.1.1　可靠性指標及其計算方法　153 9.1.2　可靠性分層設計　154 9.1.3　可靠性與可用性的區(qū)別　155 9.2　硬盤可靠性　155 9.2.1　硬盤出錯特征分析　155 9.2.2　硬盤故障預警和監(jiān)測　157 9.2.3　面向環(huán)境因素的硬盤可靠性設計　160 9.3　閃存介質(zhì)可靠性　161 9.3.1　閃存介質(zhì)錯誤源　161 9.3.2　閃存可靠性優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)　163 9.4　糾刪碼技術(shù)　165 9.4.1　多副本原理　165 9.4.2　糾刪碼原理　165 9.4.3　典型的糾刪碼介紹及分析　168 9.4.4　糾刪碼技術(shù)發(fā)展趨勢　176 9.5　分布式存儲系統(tǒng)可靠性　180 9.5.1　數(shù)據(jù)冗余技術(shù)　180 9.5.2　故障恢復技術(shù)　181 9.5.3　數(shù)據(jù)一致性協(xié)議　181 9.5.4　負載均衡技術(shù)　182 9.6　本章小結(jié)　182 9.7　思考題　182 參考文獻　183 第　10 章 存儲安全　189 10.1　理念和安全體系　189 10.2　系統(tǒng)安全　190 10.2.1　硬件安全　190 10.2.2　容器安全　192 10.2.3　系統(tǒng)韌性　193 10.3　數(shù)據(jù)安全　194 10.3.1　數(shù)據(jù)加密　194 10.3.2　數(shù)據(jù)完整　196 10.3.3　權(quán)限管理　199 10.3.4　數(shù)據(jù)安全銷毀　200 10.3.5　數(shù)據(jù)安全計算　201 10.4　安全管理　203 10.4.1　系統(tǒng)訪問控制（認證管理）　203 10.4.2　用戶身份和訪問管理　206 10.4.3　證書管理和密鑰管理　207 10.4.4　網(wǎng)絡安全管理　211 10.5　本章小結(jié)　212 10.6　思考題　212 參考文獻　213 第　11 章 數(shù)據(jù)保護　216 11.1　數(shù)據(jù)保護背景　216 11.1.1　數(shù)據(jù)保護標準　216 11.1.2　數(shù)據(jù)保護技術(shù)特點　218 11.2　數(shù)據(jù)保護技術(shù)　219 11.2.1　鏡像　219 11.2.2　快照　222 11.2.3　克隆　223 11.3　數(shù)據(jù)保護場景　223 11.3.1　備份　224 11.3.2　歸檔　228 11.3.3　容災　231 11.4　本章小結(jié)　240 11.5　思考題　240 參考文獻　240 第　12 章 存儲維護　242 12.1　概述　242 12.2　預防性維護　242 12.2.1　硬盤健康預測　243 12.2.2　容量趨勢預測　244 12.2.3　性能異常檢測　245 12.2.4　性能潮汐分析　245 12.3　糾正性維護　246 12.3.1　主動問題處理　246 12.3.2　升級　246 12.3.3　擴容　249 12.4　思考題　251 參考文獻　252 第　13 章 存儲解決方案　253 13.1　運營商行業(yè)解決方案　253 13.1.1　運營商大數(shù)據(jù)解決方案　253 13.1.2　運營商 BOM 域生產(chǎn)業(yè)務備份　255 13.2　政務融合存儲資源池解決方案　257 13.2.1　場景需求　257 13.2.2　融合資源池解決方案　258 13.3　金融行業(yè)容災解決方案　259 13.3.1　場景需求　259 13.3.2　容災建設需求　260 13.3.3　兩地三中心容災解決方案　260 13.4　醫(yī)療行業(yè)解決方案　261 13.4.1　場景需求　261 13.4.2　PACS 影像系統(tǒng)存儲解決方案　262 13.5　教育行業(yè)解決方案　262 13.5.1　場景需求　263 13.5.2　教育科研高性能計算和數(shù)據(jù)分析　263 13.6　思考題　264 參考文獻　264 第　14 章 存儲技術(shù)趨勢與發(fā)展　265 14.1　閃存存儲系統(tǒng)　265 14.1.1　OC SSD　266 14.1.2　ZNS SSD　267 14.2　存內(nèi)計算　269 14.2.1　近存計算　270 14.2.2　存算一體化　270 14.3　持久性內(nèi)存　272 14.3.1　文件系統(tǒng)　272 14.3.2　鍵值存儲系統(tǒng)　273 14.3.3　分布式存儲系統(tǒng)　275 14.4　在網(wǎng)存儲　276 14.4.1　在網(wǎng)數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)　276 14.4.2　在網(wǎng)數(shù)據(jù)調(diào)度　277 14.4.3　在網(wǎng)數(shù)據(jù)緩存　278 14.5　智能存儲　278 14.5.1　AI for Storage　278 14.5.2　Storage for AI　280 14.6　邊緣存儲　282 14.6.1　邊緣存儲設備　283 14.6.2　邊緣存儲 I/O 棧　284 14.6.3　邊緣數(shù)據(jù)組織與檢索　284 14.7　區(qū)塊鏈存儲　285 14.7.1　區(qū)塊鏈存儲系統(tǒng)簡介　286 14.7.2　區(qū)塊鏈存儲系統(tǒng)優(yōu)化　286 14.8　分離式數(shù)據(jù)中心架構(gòu)　287 14.8.1　背景　287 14.8.2　架構(gòu)特點及關(guān)鍵技術(shù)　288 14.8.3　未來趨勢　291 14.9　高密度新型存儲　292 14.9.1　疊瓦式磁性存儲　292 14.9.2　高密光存儲　293 14.9.3　DNA 存儲　293 14.10　本章小結(jié)　294 14.11　思考題　294 參考文獻　295 縮略語表　301