自学网络存储系统原理与设计

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1、海量网络存储系统原理与设计曹强黄建忠万继光谢长生出版社：华中科技大学出版社前言当前，人类社会活动越来越依赖于各种数字化信息。无论是个人的数据资料、企事业单位核心运营数据（学生提交的作业、科研工作者撰写的技术文档、多媒体娱乐文件等，以及工厂的资源管理系统和生产调度系统、企业交易系统等），还是保证国家和社会正常运转的文件（社会经济统计数据、个人和企业的档案税收记录等），都离不开各种海量信息数据的存储、处理和传输。一个观察到的现象是，社会中数据总量增长速度正比于当前社会信息化的程度，这说明数据总量是按指数形式增长，过去几十年的历史数据也证实了这一点，并在短时

2、期内还没有发现什么因素能够延缓这种数据量的增长速度。因此，数据爆炸式增长，并且其重要性不断增加是客观的，这对于存放数据的存储系统提出了巨大的挑战。虽然在过去几十年中，存储设备的性能和容量得到极大的提高，但在性能方面它还赶不上处理器和网络的性能增长速度；在容量和可用性方面单设备也依然难以满足应用的需求。因此，使用系统的方法提高存储系统的性能、容量和可用性成为必然趋势。与传统计算机系统结构相比，当前存储系统不再仅仅被看做主机的外围I/O设备，而是具有高性能处理、存储和网络传输部件的独立计算机系统，能够提供高质量的数据存储服务，这也导致最近10年以来，数据存

3、储系统及其相关技术受到越来越多的研究者、市场和用户的关注。海量网络存储系统由于能够在系统层面包含各种存储部件并融合多种存储技术，提供高性价比的存储服务成为当前研究和应用的焦点。一般而言，海量网络存储系统主要采用高速网络技术连接多个存储设备或者存储节点，使之能够存储海量的数字化信息，也就是说，高速网络互联是手段，高效组织是核心，海量数据存储是目的。本书从设计者的角度讨论高性能、高可用性和高安全性的海量网络存储系统及其部件的设计原则、评价方法、研究手段和实现方法，同时针对一些典型系统和技术给出相应的设计实例。本书整体分为三个部分：首先，从存储系统整体上高度

4、分析了存储系统的层次性物理与逻辑结构、各种标准存储接口、存取路径及其常用的设计评价原则和方法；其次，从设备、单节点系统和大规模存储系统三个层次分别讨论基本原理和概念、当前的国内外状况、设计和评价方法，然后给出详细的设计实例；最后，针对海量存储系统中的实际功能需求讨论了若干关键问题，包括海量存储系统可靠性和可用性，存取安全和连续数据保护等，在每个专题中给出一些具体的设计优化和实现方案的例子。本书的作者从理论和实践两个方面，全面系统地对海量网络存储系统各个方面的问题进行深入分析和讨论，并结合自身的科研成果以实例的方式细致描述存储系统的研究手段、实现方式和整

5、体思路。考虑到存储领域，特别是海量网络存储领域，国内外都缺乏能够理论结合实际的资料，相信本书能让广大读者加深理解网络存储系统的运行机制和特点，并能为存储系统研究、开发和产业发展提供一定帮助。本书共分为9章，其中第1，2，5，6，8，9章由曹强撰写，第4，7章由黄建忠撰写，第3章由万继光撰写，全书由谢长生统稿。博士生李红艳、刘洋和陈云亮对书中文字和内容进行录入、编排，吴晨涛、吴丹璐绘制了书中部分图表，在此一并表示感谢。在成书过程中得到了华中科技大学计算机学院和武汉光电国家实验室（筹）领导以及师生的热心支持，书中使用了大量的所在研究组的资料，在此谨以衷心的

6、谢意。由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指正。作者2009年8月于武汉第1章存储系统设计原理自从5000年以前，埃及人把象形文字记录在石牌上面开始，人类通过把文字记录在的特定载体上从而能够把思想从一个人告诉给另一个人，从一代人传递给下一代人。无数的壁画、石碑、甲骨、竹简等记录了无数的故事和传说，人类的文明通过这种方式，经过无数人知识和经验的积累和世代传承逐渐发展壮大。纸张的出现、印刷技术的发明使得信息传播的速度更加迅速，使得承载各种知识的文明之火熊熊燃烧并迅猛传播开去。60多年前，计算机系统的出现，人类纪录知识和信息的主要方式开始逐步

7、摆脱了纸张的约束，以数字方式存放在计算机系统之中，这一过程并得到不断的深化和发展，直到今天人类突然发现通过网络互联的计算机系统取代了充满藏书的图书馆成为知识和信息存储和传播的主体；无数电子设备（数字摄像机、数字照相机等）可以无时无刻纪录人类身边的每一个变化取代了书斋中的作者以优雅的文字辛勤地纪录身边的历史；敲几下键盘、点几下鼠标获取所需的信息取代了文山书海中的大量翻阅。计算机存储系统成为无数知识和信息的最主要载体，同时也是社会正常运转不可或缺的重要保证。1.1应用需求伴随着计算机技术发展的信息革命就是不断把各种人类活动过程数字化，并通过各种不同的计算机

8、系统对于这些数字化信息进行存储、传输和处理。与之相适应的是信息和网络时代对现代信息存储的要求使