数据存储架构与技术（第2版）

图书标准信息

• 作者 舒继武
• 出版社 人民邮电出版社
• 出版时间 2024-06
• 版次 2
• ISBN 9787115639226
• 定价 89.80元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 页数 328页
• 字数 501千字

【内容简介】

本书介绍数据存储架构与技术，涵盖存储盘与存储介质、存储阵列、存储协议、键值存储、文件系统、网络存储体系结构、分布式存储系统、存储可靠、存储安全、数据保护等基础内容，对存储维护、存储解决方案、存储技术趋势与发展等主题进行了深入讨论，以新的研究成果作为案例，同时提供题帮助读者加深对数据存储的理解与运用。
本书适合计算机及相关专业高年级本科生或阅读、学，同时也可供相关专业技术人员参。

【作者简介】

清华大学长聘教授，闽江学院院长，杰出青年获得者，“长江学者”特聘教授，ieee fellow，中国计算机学会(ccf)会士，兼任ccf理事、北京信息灾备技术产业联盟副理事长等，曾任ccf信息存储专委会主任。主要研究信息存储系统、智能存储系统、数据存储可靠与安全等。担任“十五”863计划重大专项课题“新型网络服务器系统”的负责人、“十一五”863计划信息领域“海量存储系统关键技术”重大项目体专家组副组长、“十二五”863计划信息领域“面向大数据的优选存储结构及关键技术”主题项目首席专家、“十三五”重点研发计划项目“tb级持久内存存储技术与系统”的项目负责人。主持研制出海量存储网络系统thmn、软硬件协同闪存存储系统th、分布式持久内存存储系统thdpm、智能存算一体系统thid，成果发表在fat、odi、uenix atc、euroy、aplo、micro、ica、hpca、c、igmod等重要会议和acm/eee tran系列期刊。按cranking.org统计，近5年(20192023)在作系统领域高水会议(op、odi、fat、uenix atc.euroy)上发表的数居世界第二，获科学技术进步奖和技术发明奖各1次、省部级5次，获华为奥林帕斯奖等。

【目录】

章 数据存储的背景 001

1.1 数据存储的重要 001

1.2 数据存储的目标 002

1.2.1 高能 002

1.2.2 高易用 003

1.2.3 高可靠 004

1.2.4 其他目标 005

参文献 005

第2章 存储盘与存储介质 007

2.1 磁盘 007

2.1.1 磁盘的组成与结构 008

2.1.2 磁盘能 009

2.1.3 磁盘固件 011

2.2 ssd 014

2.2.1 闪存单元与结构 015

2.2.2 ftl 017

2.3 主存 020

2.3.1 dram 组成与结构 020

2.3.2 dram 刷新 023

2.3.3 内存控制器 024

2.3.4 非易失存储器 024

2.4 其他存储介质 027

2.4.1 光存储 027

2.4.2 磁带 028

2.5 本章小结 028

2.6 思题 029

参文献 029

第3章 存储阵列 030

3.1 硬件架构 030

3.1.1 整机架构 031

3.1.2 控制器模块 031

3.1.3 接模块 032

3.1.4 硬盘框和硬盘单元 033

3.1.5 散热模块 033

3.2 软件架构 034

3.2.1 raid 子系统 034

3.2.2 缓存镜像子系统 040

3.3 高能与高可靠设计 042

3.3.1 应用场景 042

3.3.2 高可靠冗余切换子系统 043

3.3.3 高能集群子系统 045

3.3.4 重定向写与垃圾回收技术 047

3.4 本章小结 049

3.5 思题 049

参文献 049

第4章 存储协议 050

4.1 scsi 协议 050

4.1.1 scsi 协议概述 050

4.1.2 scsi 服务模型 051

4.1.3 scsi 指令集 053

4.1.4 scsi 读写流程解析 053

4.2 scsi 链路承载协议 054

4.2.1 sas 协议 054

4.2.2 fc 协议 056

4.2.3 iscsi 协议 057

4.3 nvme 协议 059

4.3.1 nvme 设备模型 059

4.3.2 nvme 队列模型 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 内存互连协议 070

4.5.1 cxl 协议概述 071

4.5.2 cxl 类型 1 072

4.5.3 cxl 类型 2 073

4.5.4 cxl 类型 3 074

4.6 本章小结 074

4.7 思题 075

参文献 075

第5章 键值存储 077

5.1 基本作 077

5.2 键值索引 078

5.2.1 散列索引 078

5.2.2 b+树索引 080

5.2.3 lsm 树索引 081

5.3 数据布局 085

5.3.1 原地更新的数据组织 085

5.3.2 志结构的数据组织 085

5.4 崩溃一致 086

5.4.1 wal 086

5.4.2 影子页 087

5.5 本章小结 087

5.6 思题 087

参文献 088

第6章 文件系统 089

6.1 文件系统的基本作 089

6.2 文件系统实现 090

6.2.1 一个简单的文件系统 091

6.2.2 命名空间管理 094

6.2.3 存储管理 095

6.3 文件系统实例：ext2 098

6.4 本章小结 100

6.5 思题 100

参文献 100

第7章 网络存储体系结构 101

7.1 das 101

7.2 nas 102

7.2.1 架构特点 102

7.2.2 网络文件协议 103

7.2.3 应用场景 104

7.3 san 104

7.3.1 架构特点 104

7.3.2 核心组件 105

7.3.3 应用场景 106

7.3.4 nas 与 san 对比 106

7.4 对象存储 106

7.4.1 架构特点 106

7.4.2 核心组件 107

7.5 并行存储 108

7.5.1 架构特点 108

7.5.2 关键技术 108

7.6 p2p 存储 109

7.6.1 架构特点 110

7.6.2 关键技术 110

7.6.3 应用场景 111

7.7 云存储 112

7.7.1 架构特点 113

7.7.2 应用场景 113

7.8 存储虚拟化 115

7.8.1 基本概念 115

7.8.2 关键技术 116

7.9 软件定义存储 117

7.9.1 基本概念 117

7.9.2 代表系统 118

7.9.3 关键挑战 119

7.10 超融合架构 120

7.10.1 基本概念 120

7.10.2 关键技术 121

7.10.3 代表系统 121

7.10.4 概念对比 122

7.11 本章小结 122

7.12 思题 123

参文献 123

第8章 分布式存储系统 125

8.1 分布式存储系统的典型架构 125

8.2 分布式存储系统的关键衡量指标 126

8.2.1 能 126

8.2.2 可扩展 126

8.2.3 一致 126

8.2.4 可用 128

8.3 分布式键值存储系统 128

8.3.1 典型分布式键值存储系统 129

8.3.2 分布式键值存储系统关键技术 132

8.4 分布式对象存储系统 134

8.4.1 典型分布式对象存储系统 134

8.4.2 分布式对象存储系统关键技术 138

8.5 分布式块存储系统 139

8.5.1 典型分布式块存储系统 139

8.5.2 分布式块存储系统关键技术 142

8.6 分布式文件系统 142

8.6.1 典型分布式文件系统 143

8.6.2 分布式文件系统关键技术 150

8.7 本章小结 151

8.8 思题 151

参文献 151

第9章 存储可靠 153

9.1 存储可靠概述 153

9.1.1 可靠指标及其计算方法 153

9.1.2 可靠分层设计 154

9.1.3 可靠与可用的区别 155

9.2 硬盘可靠 155

9.2.1 硬盘出错特征分析 155

9.2.2 硬盘故障预警和监测 157

9.2.3 面向环境因素的硬盘可靠设计 160

9.3 闪存介质可靠 161

9.3.1 闪存介质错误源 161

9.3.2 闪存可靠优化关键技术 163

9.4 纠删码技术 165

9.4.1 多副本 165

9.4.2 纠删码 165

9.4.3 典型的纠删码介绍及分析 168

9.4.4 纠删码技术发展趋势 176

9.5 分布式存储系统可靠 180

9.5.1 数据冗余技术 180

9.5.2 故障恢复技术 181

9.5.3 数据一致协议 181

9.5.4 负载均衡技术 182

9.6 本章小结 182

9.7 思题 182

参文献 183

0章 存储安全 189

10.1 理念和安全体系 189

10.2 系统安全 190

10.2.1 硬件安全 190

10.2.2 容器安全 192

10.2.3 系统韧 193

10.3 数据安全 194

10.3.1 数据加密 194

10.3.2 数据完整 196

10.3.3 权限管理 199

10.3.4 数据安全销毁 200

10.3.5 数据安全计算 201

10.4 安全管理 203

10.4.1 系统访问控制（认证管理） 203

10.4.2 用户身份和访问管理 206

10.4.3 管理和密钥管理 207

10.4.4 网络安全管理 211

10.5 本章小结 212

10.6 思题 212

参文献 213

1章 数据保护 216

11.1 数据保护背景 216

11.1.1 数据保护标准 216

11.1.2 数据保护技术特点 218

11.2 数据保护技术 219

11.2.1 镜像 219

11.2.2 快照 222

11.2.3 克隆 223

11.3 数据保护场景 223

11.3.1 备份 224

11.3.2 归档 228

11.3.3 容灾 231

11.4 本章小结 240

11.5 思题 240

参文献 240

2章 存储维护 242

12.1 概述 242

12.2 维护 242

12.2.1 硬盘健康预测 243

12.2.2 容量趋势预测 244

12.2.3 能异常检测 245

12.2.4 能潮汐分析 245

12.3 纠正维护 246

12.3.1 主动问题处理 246

12.3.2 升级 246

12.3.3 扩容 249

12.4 思题 251

参文献 252

3章 存储解决方案 253

13.1 运营商行业解决方案 253

13.1.1 运营商大数据解决方案 253

13.1.2 运营商 bom 域生产业务备份 255

13.2 政务融合存储资源池解决方案 257

13.2.1 场景需求 257

13.2.2 融合资源池解决方案 258

13.3 金融行业容灾解决方案 259

13.3.1 场景需求 259

13.3.2 容灾建设需求 260

13.3.3 两地三中心容灾解决方案 260

13.4 医疗行业解决方案 261

13.4.1 场景需求 261

13.4.2 pacs 影像系统存储解决方案 262

13.5 教育行业解决方案 262

13.5.1 场景需求 263

13.5.2 教育科研高能计算和数据分析 263

13.6 思题 264

参文献 264

4章 存储技术趋势与发展 265

14.1 闪存存储系统 265

14.1.1 oc ssd 266

14.1.2 zns ssd 267

14.2 存内计算 269

14.2.1 近存计算 270

14.2.2 存算一体化 270

14.3 持久内存 272

14.3.1 文件系统 272

14.3.2 键值存储系统 273

14.3.3 分布式存储系统 275

14.4 在网存储 276

14.4.1 在网数据协调 276

14.4.2 在网数据调度 277

14.4.3 在网数据缓存 278

14.5 智能存储 278

14.5.1 ai for storage 278

14.5.2 storage for ai 280

14.6 边缘存储 282

14.6.1 边缘存储设备 283

14.6.2 边缘存储 i/o 栈 284

14.6.3 边缘数据组织与检索 284

14.7 区块链存储 285

14.7.1 区块链存储系统简介 286

14.7.2 区块链存储系统优化 286

14.8 分离式数据中心架构 287

14.8.1 背景 287

14.8.2 架构特点及关键技术 288

14.8.3 未来趋势 291

14.9 高密度新型存储 292

14.9.1 叠瓦式磁存储 292

14.9.2 高密光存储 293

14.9.3 dna 存储 293

14.10 本章小结 294

14.11 思题 294

参文献 295

缩略语表 301