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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 RAID046

3.2.2 RAID147

3.2.3 RAID248

3.2.4 RAID348

3.2.5 RAID449

3.2.6 RAID549

3.2.7 RAID650

3.2.8 RAID750

3.2.9 RAID0+151

3.2.10 Matrix RAID51

3.2.11 JBOD和NRAID52

3.2.12 NV RAID54

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 DAS77

4.3 NAS80

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 SAN90

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 iSCSI104

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CrashPlan172

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