网络存储技术

作者在网络存储理论与应用技术上深耕不断，著述颇丰。相比于同类教材，本书具有理论知识与应用实践“合二为一”的鲜明特色，重视实践应用能力的培养。
本书全面讲述了当前业界流行的存储技术，尤其对存储的基石—信息存储介质、独立磁盘冗余阵列、存储文件系统有深入的讨论，对网络附接存储、存储区域、虚拟存储技术、云存储更是浓墨重彩，图文并茂。
自然融入思政元素，潜移默化中提升学习者的精神境界。
本书秉承“实践出真知，实战出英才”的理念，注重学以致用，学用结合。每章均有配合理论知识的实践讲习，晦涩难懂的内容能在实践/实验中融会贯通。
书中配备了大量的理论课/实验课题库，各类题目超过了200道，其中不乏研究分析、应用类习题，题材丰富，禺实用性、综合性、挑战性于一体。实验内容具有普适性特点，针对性强，考核全面，无须专业存储设备，普通配置的PC和阵列卡即可。
作者独立设计PPT，使学习者感受名师的风采。同时提供了理论课/实验课教学大纲，方便把握课程教学。

存储技术是最近几年IT行业最热门的技术之一。本书全面深入地介绍了网络存储技术的基本原理，体系结构和设计存储系统的方法及其实例分析。本书共分8章，主要内容包括信息存储技术的发展、信息存储介质、独立磁盘冗余阵列、存储文件系统、网络附接存储、存储区域、存储虚拟化技术、云存储。 本书以网络存储技术与应用为出发点，循循善诱、深入浅出，提供了大量实用内容，每章都配置了相当多的实践应用类习题，其中不乏研究分析、应用类习题，题材丰富，集实用性、综合性、挑战性于一体。 本书可作为高等学校相关课程教材，也可供网络存储相关从业人员自学使用。

王盛邦  教授级高级工程师，在双一流大学从事软件开发和计算机类课程教学工作，研究方向是计算机网络、信息安全，主讲“计算机网络实验” “移动网络技术实验”“信息安全综合实践”“网络攻击与防御技术”“网络存储与实践”等课程，曾主编广东省精品教材、特色专业教材多部，主持教育、省级教研项目多项。

第1章信息存储技术的发展/1
1.1古代的信息存储1
1.2现代的信息存储2
1.3网络时代的信息存储6
1.3.1网络存储技术6
1.3.2存储的分类8
1.3.3虚拟化存储8
1.3.4云存储8
1.3.5软件定义的存储8
1.4信息存储技术的发展趋势9
习题110
第2章信息存储介质/13
2.1卡片式存储13
2.1.1CF卡13
2.1.2SM卡15
2.1.3SD卡15
2.1.4记忆棒16
2.1.5多媒体存储卡16
2.1.6xD卡17
2.1.7高容量SD存储卡17
2.2磁盘式存储17
2.2.1微型硬盘18
2.2.2机械硬盘18
2.2.3液态硬盘22
2.2.4混合式硬盘22
2.2.5固态盘23
2.2.6闪盘26
2.2.7光纤硬盘27
2.3磁盘阵列28
2.4磁带29
2.5光碟30
2.6存储设备的接口31
2.6.1集成驱动电接口31
2.6.2小型计算机系统接口31
2.6.3串行先进技术总线附属接口32
2.6.4串行小型计算机系统接口33
2.6.5光纤通道接口33
2.7常用存储介质的性能测试工具34
习题238
第3章独立磁盘冗余阵列/41
3.1RAID概述41
3.2条带化技术42
3.3磁盘阵列的级别44
3.3.1RAID 044
3.3.2RAID 145
3.3.3RAID 245
3.3.4RAID 346
3.3.5RAID 446
3.3.6RAID 547
3.3.7RAID 648
3.3.8RAID 748
3.3.9组合RAID49
3.4RAID卡51
3.4.1RAID卡概述51
3.4.2SCSI RAID卡的工作原理52
3.5基于软件的RAID53
3.5.1Linux下基于软件的RAID53
3.5.2Windows下基于软件的RAID56
3.6基于硬件和基于软件的RAID技术比较58
3.7性能检测与管理工具59
3.7.1文件系统的检测工具59
3.7.2I/O性能测试工具62
3.7.3磁盘阵列卡管理工具64
习题368
第4章存储文件系统/88
4.1文件系统概况88
4.1.1文件系统88
4.1.2元数据和元数据管理89
4.2本地文件系统90
4.2.1FAT/FAT3290
4.2.2NTFS91
4.2.3UFS94
4.2.4Ext2/Ext3/Ext497
4.3网络文件系统103
4.3.1NFS103
4.3.2CIFS109
4.4分布式文件系统114
4.4.1GlusterFS114
4.4.2Ceph123
4.5移动终端文件系统130
4.5.1Android的文件系统130
4.5.2Apple的文件系统134
4.5.3鸿蒙的文件系统136
习题4139
第5章网络附接存储/151
5.1NAS概述151
5.2NAS的存储架构152
5.2.1整体结构152
5.2.2NAS软件构成153
5.2.3NAS的实现架构154
5.3NAS协议156
5.3.1NFS协议156
5.3.2SMB/CIFS协议156
5.3.3文件传输协议156
5.4NAS文件系统157
5.5NAS资源158
5.5.1磁盘及分区158
5.5.2磁盘阵列158
5.5.3逻辑卷158
5.6集群NAS存储系统159
5.6.1SAN共享存储架构160
5.6.2集群文件系统的架构161
5.6.3pNFS（NFSv4.1）架构162
5.6.4集群文件系统162
5.7NAS的数据安全性163
5.8NAS存储系统的性能评测164
5.8.1底层存储设备的评测164
5.8.2网络的评测164
5.8.3应用服务器的评测164
5.9FreeNAS164
5.9.1FreeNAS简介164
5.9.2FreeNAS的特点165
5.9.3FreeNAS的安装166
5.9.4配置FreeNAS网络166
5.9.5管理FreeNAS服务器166
5.10Openfiler168
5.10.1Openfiler简介168
5.10.2Openfiler的特点169
5.10.3Openfiler架构169
5.10.4Openfiler统一存储系统的网络架构170
5.10.5Openfiler安装171
5.10.6管理Openfiler服务器172
5.11NAS性能测试工具172
习题5179
第6章存储区域网/189
6.1SAN概述189
6.2SAN的优势191
6.3SAN光纤组件191
6.3.1光纤通道交换机191
6.3.2光纤通道卡193
6.3.3光纤跳线194
6.4FC197
6.4.1FC简介197
6.4.2FC协议197
6.4.3SCSI协议201
6.4.4iSCSI协议205
6.5SAN组网技术209
6.6SAN小结218
习题6219
第7章虚拟存储/230
7.1虚拟存储概述230
7.2虚拟存储的原理230
7.3虚拟存储的拓扑结构231
7.4虚拟存储的实现模式234
7.4.1基于主机的虚拟存储234
7.4.2基于存储设备的虚拟存储236
7.4.3基于网络的虚拟存储237
7.5虚拟存储管理工具239
7.5.1LVM239
7.5.2VMware vSphere245
7.5.3Openfiler248
习题7252
第8章云存储/261
8.1云存储技术概述261
8.2云存储结构的模型262
8.3云存储的分类265
8.4云存储技术基础266
8.4.1宽带网络的发展266
8.4.2Web 2.0技术266
8.4.3应用存储的发展267
8.4.4集群技术、网格技术和分布式文件系统267
8.4.5Docker与Kubernetes容器化技术268
8.5云存储的关键技术279
8.5.1云存储的虚拟存储技术279
8.5.2云存储的分布式存储技术279
8.5.3云存储的数据灾备技术281
8.5.4云存储的数据缩减技术283
8.5.5云存储的内容分发网络技术285
8.5.6云存储的数据迁移技术288
8.5.7云存储的数据容错技术289
8.6OpenStack290
8.6.1OpenStack概述290
8.6.2OpenStack的组成构件290
8.6.3OpenStack中的Region293
8.6.4OpenStack的部署策略294
8.6.5OpenStack的命令295
8.7AWS云计算299
8.7.1AWS概述299
8.7.2计算服务300
8.7.3存储服务300
8.7.4多可用区域部署301
习题8302
参考文献/319

近年来，每年全球的数据存储量以50%～100%的速度迅速增长，依托大数据分析、移动通信和社交平台技术的新型应用程序逐渐兴起，对网络存储空间的需求迅速膨胀，对现有的存储技术提出了严峻挑战。
在大数据时代，数据的价值不可估量。存储系统作为数据的载体和驱动力量，已经成为大数据基础架构中最为关键的核心，是IT技术赖以生存和发挥效能的基础。目前，存储技术人才十分匿乏，我国情况更为严重。面对现代科技的快速发展，要未雨绸缪，大力开展网络存储人才培养。基于此目的，本书得以出版，力求以通俗易懂的形式，介绍网络存储技术的相关研究和应用成果。
本书共8章，第1章介绍信息存储技术的发展，展望了信息存储技术的发展趋势；第2章介绍各类信息存储介质以及一些存储介质性能测试工具；第3章介绍独立磁盘冗余阵列（RAID）技术，包括RAID的级别、组合RAID等及阵列性能测试工具；第4章介绍存储文件系统，包括本地文件系统、网络文件系统、分布式文件系统和移动终端文件系统；第5章介绍网络附接存储，即NAS及NAS集群；第6章介绍存储区域网（SAN），包括FCSAN、IPSAN、光纤通道技术、光纤协议、SAN组网技术等内容；第7章介绍虚拟存储，包括虚拟存储的原理、拓扑结构、实现模式、虚拟存储应用管理工具、虚拟化平台VMware vSphere等内容；第8章介绍云存储，包括容器、OpenStack和AWS。
为了巩固所学知识，本书提供了大量的工程应用实践案例，这些案例以实验题目形式分布在各章的习题之中。
在本书的编写过程中，编者参阅了大量资料，借鉴了许多工程实践经验。此外，清华大学出版社的编校人员也为本书的顺利出版做了大量的工作。中山大学、广州新华学院为本书出版给予了大力支持。在此，对所有为本书的顺利出版提供帮助的人士及所有被引用文献的作者致以敬意，并表示衷心的感谢!
由于编者水平有限，不足之处在所难免，在使用本书的过程中，如果发现错误和不当之处，编者将不胜感激。

编者
2023年2月