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第1章 海量数据存储的基本概念 1

1.1 数据与数据存储 1

1.1.1 数据的基本概念 1

1.1.2 数据存储的基本概念 3

1.2 物联网与大数据时代面临的机遇和挑战 4

1.3 海量数据与海量数据存储 5

1.3.1 海量数据的基本概念 5

1.3.2 海量数据的存储 6

1.4 本章小结与扩展阅读 7

思考题 7

参考文献 7

第2章 数据存储的基本原理 8

2.1 数据存储的实现 8

2.1.1 存储介质的不同状态 8

2.1.2 存储介质的状态感知 10

2.1.3 存储介质的状态转换 11

2.2 数据的写入与读出技术 11

2.3 数据存储设备的发展历史与分类 12

2.3.1 数据存储设备的发展历史 12

2.3.2 数据存储设备的分类 17

2.4 磁盘存储器 18

2.4.1 磁盘存储器的基本结构 18

2.4.2 磁盘存储器的工作原理 19

2.4.3 磁盘存储器的性能指标 20

2.4.4 磁盘存储器的发展趋势 21

2.5 光盘存储器 21

2.5.1 光盘存储器的发展过程 22

2.5.2 光盘存储器的基本原理 24

2.5.3 光盘存储器的发展趋势 28

2.6 数据存储系统 30

2.6.1 数据存储系统的基本概念 30

2.6.2 Cache的工作原理与替换策略 30

2.6.3 虚拟存储器 36

2.7 存储系统实验 37

2.7.1 实验一：虚拟磁盘（RamDisk） 37

2.7.2 实验二：文件系统与目录结构 38

2.8 本章小结与扩展阅读 40

思考题 40

参考文献 40

第3章 容错磁盘阵列（RAID）的技术和应用 42

3.1 RAID的工作原理 42

3.1.1 磁盘阵列的基本概念 42

3.1.2 磁盘阵列的特性 44

3.1.3 磁盘阵列的若干专用术语 45

3.2 RAID的分级与结构 46

3.2.1 RAID0 46

3.2.2 RAID1 47

3.2.3 RAID2 48

3.2.4 RAID3 48

3.2.5 RAID4 49

3.2.6 RAID5 49

3.2.7 RAID6 50

3.2.8 RAID7 50

3.2.9 RAID0+1 51

3.2.10 Matrix RAID 51

3.2.11 JBOD和NRAID 52

3.2.12 NV RAID 54

3.3 RAID的实现技术 54

3.3.1 概述 54

3.3.2 软件RAID的实现技术 55

3.3.3 硬件RAID的实现技术 62

3.4 RAID的性能指标与选购要点 69

3.4.1 RAID的性能指标 69

3.4.2 影响RAID性能的因素 70

3.4.3 磁盘阵列控制器模式对比 71

3.4.4 RAID的选购要点 71

3.5 本章小结与扩展阅读 73

思考题 73

参考文献 74

第4章 网络存储技术 75

4.1 概述 75

4.1.1 网络存储的分类 75

4.1.2 网络存储的发展趋势 76

4.2 DAS 77

4.3 NAS 80

4.3.1 NAS的主要特点 80

4.3.2 NAS的基本结构 81

4.3.3 NAS的工作原理 81

4.3.4 NAS的应用 83

4.3.5 NAS与DAS的比较 86

4.3.6 NAS的选购要点 88

4.4 SAN 90

4.4.1 SAN技术的产生 90

4.4.2 SAN的结构与工作原理 92

4.4.3 SAN的应用 95

4.4.4 NAS与SAN的比较 101

4.4.5 融合NAS的SAN的发展趋势 102

4.5 iSCSI 104

4.5.1 iSCSI简介 104

4.5.2 iSCSI协议及实现 105

4.5.3 iSCSI的性能 108

4.5.4 iSCSI的安全性问题 109

4.5.5 iSCSI的可用性问题 109

4.5.6 基于iSCSI的存储系统 111

4.5.7 iSCSI的应用 112

4.5.8 iSCSI磁盘阵列产品选购要点 113

4.5.9 iSCSI的发展趋势 114

4.6 云存储技术 115

4.6.1 概述 116

4.6.2 云存储的模型与应用 117

4.6.3 云存储的分类和管理工具 121

4.6.4 基于云存储技术实现在线备份的安全 124

4.6.5 基于云的灾难恢复功能 126

4.7 本章小结与扩展阅读 127

思考题 127

参考文献 127

第5章 海量存储系统的体系结构与管理 128

5.1 海量存储系统的体系结构 128

5.1.1 多级存储层次的基本概念 128

5.1.2 多级存储层次的性能分析 130

5.2 分布式文件系统 131

5.2.1 分布式文件系统的基本概念 131

5.2.2 分布式文件系统的关键技术 135

5.2.3 Ceph：一个Linux PB级分布式文件系统 136

5.3 Hadoop及数据分布式管理 138

5.3.1 Hadoop的基本概念 138

5.3.2 Hadoop的实现 139

5.3.3 Hadoop的应用 140

5.4 海量传感数据管理系统的设计 141

5.4.1 海量传感数据管理系统的设计要求 141

5.4.2 海量传感数据管理系统的总体结构 142

5.4.3 HBase数据库设计 142

5.4.4 传感数据存储管理功能 142

5.4.5 传感数据查看功能 143

5.5 适应新型存储介质的存储体系结构 143

5.5.1 存储体系结构的变化 143

5.5.2 面向新型存储介质的存储体系结构 146

5.6 本章小结与扩展阅读 147

思考题 148

参考文献 148

第6章 存储管理自动化与优化技术 149

6.1 存储管理的自动化与标准化 149

6.1.1 为什么需要存储管理自动化 149

6.1.2 哪些存储管理工作可以自动化 150

6.1.3 存储管理自动化的实现 151

6.1.4 存储管理的标准化 152

6.1.5 SMI-S的主要技术特性及应用 153

6.2 虚拟存储技术 155

6.2.1 虚拟存储的特点 155

6.2.2 存储虚拟化的关键技术 156

6.2.3 虚拟存储的实现模式 156

6.2.4 存储虚拟化的应对措施 158

6.3 软件定义存储 159

6.3.1 软件定义存储的基本概念 159

6.3.2 软件定义存储的体系结构 160

6.3.3 软件定义存储的理念对存储体系设计的影响 161

6.3.4 软件定义存储实施过程需要考虑的问题 162

6.3.5 软件定义存储的发展趋势 163

6.4 数据备份与恢复 163

6.4.1 数据备份与恢复的必要性 163

6.4.2 数据备份与恢复的基本概念 164

6.4.3 容灾与灾难恢复 166

6.4.4 连续数据保护技术 168

6.4.5 个人备份工具CrashPlan 172

6.5 重复数据删除 176

6.5.1 重复数据删除的基本概念 176

6.5.2 重复数据删除的基本方法 177

6.5.3 重复数据删除的关键技术 178

6.5.4 源端重复数据删除的利与弊 179

6.5.5 重复数据删除解决方案实例 180

6.6 本章小结与扩展阅读 181

思考题 182

参考文献 182

第7章 存储技术在物联网中的应用 183

7.1 物联网数据的特征与存储需求 183

7.1.1 物联网数据的特征 184

7.1.2 物联网数据的存储需求 185

7.1.3 物联网数据存储系统的评价指标 185

7.2 物联网数据存储模式及实现技术 186

7.2.1 物联网数据存储模式分类 186

7.2.2 物联网典型的存储实现技术 186

7.2.3 物联网存储模式的比较分析 189

7.2.4 物联网数据存储技术的发展趋势 190

7.3 物联网数据存储的高效解决方案 190

7.3.1 物联网数据存储面临的挑战 191

7.3.2 物联网数据存储的研究基础 191

7.3.3 物联网数据存储的体系结构 192

7.3.4 物联网数据存储的实现方法 193

7.3.5 实例研究和讨论 196

7.4 物联网数据中心设计的关键技术 198

7.4.1 物联网数据中心面临的挑战 199

7.4.2 物联网数据中心的总体结构 200

7.4.3 物联网数据中心的应用 203

7.5 TinyOS中的数据存储 205

7.5.1 TinyOS简介 205

7.5.2 卷 206

7.5.3 存储配置数据 206

7.5.4 存储日志数据 210

7.5.5 存储大数据块 212

7.6 无线传感器网络中的容错数据存储技术 212

7.6.1 概述 213

7.6.2 WSN容错存储的相关研究进展 213

7.6.3 设计WSN容错存储方案应考虑的因素 214

7.6.4 备份与恢复机制 216

7.6.5 性能评价 218

7.7 本章小结与扩展阅读 220

思考题 221

参考文献 221

第8章 新型存储技术及发展趋势 222

8.1 存储介质 222

8.1.1 磁存储介质 222

8.1.2 光存储介质 227

8.1.3 半导体存储器 229

8.1.4 DNA存储 230

8.1.5 基于纳米颗粒的存储技术 232

8.2 固态硬盘技术 232

8.2.1 固态硬盘的结构与性能优化 233

8.2.2 闪存感知的RAID技术 237

8.2.3 基于PCIe接口的闪存阵列 245

8.3 铁电存储器 249

8.4 相变存储器 250

8.5 阻变存储器 251

8.6 自旋转移矩磁存储器 254

8.7 本章小结与扩展阅读 257

思考题 258

参考文献 258

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