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第1章　存储系统设计原理1

1.1　应用需求1

1.1.1　数据量增长2

1.1.2　数据的价值2

1.2　计算机存储系统3

1.2.1　计算机存储系统概述3

1.2.2　存储结构的发展6

1.3　评价指标和功能需求10

1.3.1　评价指标10

1.3.2　功能需求11

1.3.3 典型系统12

1.4　存取路径和接口14

1.4.1　存取接口15

1.4.2　存取路径20

1.5　存储空间组织和管理24

1.5.1　存储空间的基本概念24

1.5.2 存储空间和主机的关系26

1.5.3　存储空间的合并27

1.5.4 存储空间的可用性29

1.5.5　存储系统的层次结构29

1.5.6　存储虚拟化30

1.6　设计方法32

1.6.1 测试方法32

1.6.2 系统仿真34

1.6.3　优化方法35

1.7　本章小结37

参考文献39

第2章　基本存储设备41

2.1　磁盘41

2.1.1　发展历史41

2.1.2　原理和结构42

2.1.3　数据布局和接口43

2.1.4　存取特性45

2.1.5　磁盘调度46

2.2　固态盘48

2.2.1　原理和结构49

2.2.2　存取特性52

2.2.3　软件系统53

2.3　磁带55

2.3.1　原理和结构55

2.3.2　存取特性58

2.3.3　磁带库系统优化技术58

2.4　光盘59

2.4.1　原理和结构60

2.4.2　存取特性61

2.5　其他存储机制和设备61

2.5.1　体全息光盘61

2.5.2　相变存储器63

2.5.3 MEMS设备64

2.6　本章小结66

参考文献67

第3章　磁盘阵列68

3.1　基本原理68

3.1.1 RAID级别68

3.1.2 RAID实现方式71

3.1.3 RAID快照技术74

3.2 RAID系统设计76

3.2.1 RAID控制器硬件设计76

3.2.2 RAID核心控制软件84

3.3　磁盘阵列系统性能评价93

3.3.1　磁盘阵列硬件瓶颈分析93

3.3.2 PCI传输瓶颈及优化97

3.3.3 内存访问瓶颈及优化99

3.3.4 CPU运算瓶颈及优化100

3.3.5　硬件性能评估结论103

3.4　磁盘阵列在线扩容技术104

3.4.1　磁盘阵列扩容的一般实现过程104

3.4.2　扩容过程中数据迁移的研究108

3.4.3　基于控制理论的分组分区迁移策略110

3.5　多协议磁盘阵列技术114

3.5.1　外存储设备接口协议114

3.5.2　存储整合116

3.5.3 多协议磁盘阵列系统结构116

3.6　磁盘阵列预警技术122

3.6.1 当前应用需求现状123

3.6.2 国内外相关技术研究现状123

3.6.3 基于安全预警技术的RAID系统设计126

3.7　当前阵列的研究热点128

3.7.1　绿色存储简介128

3.7.2 阵列级节能技术129

3.7　本章小结133

参考文献134

第4章　对象存储系统研究136

4.1　引言136

4.1.1　对象存储技术产生的背景136

4.1.2 常用网络存储系统140

4.1.3 对象存储带来的变化144

4.1.4　对象存储的研究内容146

4.2　对象存储设备的指令集151

4.2.1 SCSI命令集的扩展152

4.2.2 OSDT10的属性页154

4.2.3　属性列表156

4.2.4　对象扩展属性页157

4.3　对象存储文件系统158

4.3.1 分布式文件系统158

4.3.2　对象文件系统的设计思路159

4.3.3 采用OSD的对象文件系统160

4.4　存储服务质量164

4.4.1　存储服务质量的研究意义164

4.4.2 QoS系统结构165

4.4.3 QoSS的实施要素167

4.4.4 面向QoSS的属性管理模型AM-M169

4.4.5　基于属性管理的流媒体QoS保证171

4.5　一种基于属性控制的对象存储文件系统174

4.5.1　对象热度扩展属性页174

4.5.2　文件系统设计175

4.5.3　基于属性管理的应用原型总体设计176

4.5.4　应用原型客户端的设计178

4.5.5　应用原型存储端的设计179

4.5.6　性能评估与分析181

4.6　本章小结185

参考文献187

第5章　大规模网络存储系统191

5.1　概述191

5.1.1　存储域191

5.1.2　存储域的系统结构和功能需要192

5.1.3　基于网络的文件系统196

5.2　典型分布式文件系统198

5.2.1 PVFS198

5.2.2 Lustre文件系统199

5.2.3 Panasas文件系统202

5.2.4 GPFS204

5.2.5 GoogleFS205

5.2.6 Hadoop分布式文件系统205

5.2.7　分布式文件系统评价208

5.3 DNFS系统设计与实现208

5.3.1 DNFS系统结构209

5.3.2 DNFS实现方法213

5.3.3　测试与分析229

5.4　本章小结237

参考文献238

第6章　可靠性和可用性研究239

6.1　可靠性概述239

6.1.1 背景240

6.1.2　可靠性和可用性240

6.2　容错机制244

6.2.1　容错机制的分类244

6.2.2　容错机制的层次分析245

6.3　可靠性研究247

6.3.1　磁盘失效数据247

6.3.2　磁盘阵列的可靠性结构和模型249

6.3.3 集群存储系统的可靠性结构和模型250

6.3.4 Monte Carlo法模拟系统运行252

6.4　集群存储系统的容错机制253

6.4.1　集群存储系统容错253

6.4.2　纠删码的选择254

6.4.3 LDPC编码255

6.4.4 系统实现256

6.4.5　性能评估258

6.5　本章小结261

参考文献262

第7章　存储安全性研究266

7.1 引言266

7.2　存储安全研究现状269

7.2.1　现有原型系统269

7.2.2　现有研究的分析272

7.2.3　存储安全研究范畴273

7.3　存储安全的一般性原理275

7.3.1 怎样研究网络存储安全275

7.3.2　存储安全的三大特征277

7.3.3　安全存储数据通道279

7.3.4　服务独立的存储安全服务模型280

7.3.5　安全访问协议282

7.4　典型存储安全案例研究283

7.4.1　存储设备的安全性283

7.4.2 常用存储系统的安全性287

7.4.3　对象存储安全性研究290

7.4.4　大规模存储系统及其安全性294

7.5　本章小结296

参考文献297

第8章　连续数据保护300

8.1　连续数据保护技术300

8.1.1　数据恢复的技术指标300

8.1.2　数据恢复级别301

8.2 ST-CDP机制303

8.2.1 当前CDP机制存在的问题303

8.2.2　数据记录303

8.2.3　数据恢复304

8.3　量化分析模型304

8.4　机制实现306

8.4.1 系统架构306

8.4.2　机制实现的相关问题307

8.4.3　工作流程308

8.4.4　设计方法改进311

8.5　实验分析311

8.5.1　测试环境设置311

8.5.2　测试结果与分析312

8.6　本章小结318

参考文献319

第9章　网络存储备份系统320

9.1　复制和镜像技术320

9.2　备份系统概述322

9.3　备份系统基本结构324

9.4　典型网络备份系统的设计326

9.4.1 网络备份系统的结构与业务逻辑326

9.4.2 网络备份系统的软件设计329

9.4.3 网络备份系统性能测试336

9.5　本章小结338

参考文献339

附录 存储安全的相关术语表340