第一部分 存储技术基础 3
第1章 存储技术概要 3
1.1 存储技术发展简史 3
1.2 存储介质 5
1.2.1 磁介质 5
1.2.2 光介质 8
1.2.3 半导体存储器 11
1.3 磁盘阵列 12
1.4 网络化存储 14
1.4.1 网络存储架构 15
1.4.2 分布式存储 21
1.5 大数据时代下的新兴存储技术 23
1.6 存储系统的逻辑构成 24
1.6.1 主机系统 24
1.6.2 互连方式 25
1.6.3 存储器层次结构 27
本章参考文献 28
第2章 文件系统 29
2.1 FAT 29
2.1.1 FAT的发展概况 30
2.1.2 FAT的重要概念 30
2.1.3 FAT 32的原理 32
2.1.4 FAT的优缺点 38
2.2 EXT 38
2.2.1 EXT的发展概况 38
2.2.2 树形目录结构 39
2.2.3 EXT的磁盘布局 40
2.2.4 数据块寻址方法 43
2.2.5 日志系统 44
2.2.6 EXT4引入的新特性 45
2.3 NTFS 46
2.3.1 NTFS的重要概念 47
2.3.2 NTFS的元文件和总体布局 48
2.3.3 NTFS的引导扇区 50
2.3.4 NTFS的文件存储特性 51
2.4 CDFS 52
2.4.1 逻辑存储结构 53
2.4.2 CD-ROM上数据的定位 58
2.4.3 CDFS的改进 60
2.5 其他文件系统 62
2.5.1 BtrFS 62
2.5.2 ZFS 62
2.5.3 HFS 64
2.5.4 HFS＋ 65
2.5.5 ReiserFS 65
2.5.6 JFS 66
2.5.7 XFS 67
2.5.8 UFS 67
2.5.9 VMFS 69
2.5.10 VxFS 70
2.5.11 ReFS 70
2.6 常用文件系统的对比分析 71
本章参考文献 73
第3章 接口与协议 74
3.1 IDE 76
3.1.1 7种ATA物理接口规范 76
3.1.2 IDE数据传输模式 78
3.2 SCSI 79
3.2.1 SCSI电气特征 79
3.2.2 SCSI接口协议 79
3.2.3 SCSI接口的发展 80
3.2.4 SCSI与IDE的比较 81
3.3 SATA 82
3.3.1 SATA接口的组成 83
3.3.2 SATA协议介绍 83
3.3.3 SATA兼容性 84
3.3.4 SATA的优点和不足 85
3.4 其他接口 86
3.4.1 PCI-E 86
3.4.2 FC 87
3.4.3 SAS 88
本章参考文献 89
第二部分 固态存储的原理与架构 93
第4章 固态存储基本知识和工作原理 93
4.1 基本知识 93
4.1.1 半导体存储器概述 94
4.1.2 固态存储器的分类 96
4.1.3 固态存储器的特点 97
4.2 Flash存储介质工作原理 98
4.2.1 NOR Flash 99
4.2.2 NAND Flash 104
4.2.3 NAND Flash阵列 113
本章参考文献 119
第5章 固态存储架构 120
5.1 概述 120
5.2 主机接口 122
5.3 主控芯片 142
5.4 缓存 150
5.5 闪存接口 151
本章参考文献 153
第6章 固态存储文件系统 154
6.1 概述 154
6.2 JFFS2 156
6.2.1 主要节点 156
6.2.2 挂载过程 159
6.2.3 写文件过程 160
6.2.4 读文件过程 160
6.2.5 垃圾回收机制 161
6.3 YAFFS 162
6.3.1 基本概念 162
6.3.2 内存结构 165
6.3.3 扫描挂载 170
6.3.4 垃圾回收 172
6.3.5 使用均衡 173
6.4 UBIFS 174
6.4.1 UBI 174
6.4.2 UBIFS分析 178
6.5 exFAT 181
6.5.1 exFAT分区布局 182
6.5.2 目录项 185
本章参考文献 189
第7章 容错与写平衡 190
7.1 错误校验码 191
7.1.1 概述 191
7.1.2 汉明码 192
7.1.3 BCH码 197
7.1.4 里德-所罗门码 202
7.2 平衡机制 209
7.2.1 概述 209
7.2.2 垃圾回收 210
7.2.3 使用均衡 212
7.3 坏块管理 215
7.3.1 概述 215
7.3.2 坏块管理的实现 216
本章参考文献 218
第三部分 固态存储安全技术 221
第8章 数据安全删除 221
8.1 基于NAND Flash的存储设备访问层次模型 221
8.2 控制器层方案 224
8.2.1 Scrubbing方案 224
8.2.2 基于修改典型FTL机制的数据安全删除方案 229
8.2.3 NFPS：不可检测的数据安全删除方案 230
8.2.4 TedFlash：完备数据安全删除方案 248
8.3 文件系统层方案 254
8.3.1 基于YAFFS的方案 254
8.3.2 基于UBIFS的方案 259
8.4 应用层方案 262
8.5 跨层方案 263
本章参考文献 264
第9章 存储数据机密性保护 267
9.1 XTS-AES 268
9.1.1 概述 268
9.1.2 单个128位数据块的XTS-AES加密 269
9.1.3 数据单元的XTS-AES加密 271
9.1.4 XTS-AES的工作模式 273
9.2 可否认加密 273
9.2.1 可否认加密与认证协议简介 274
9.2.2 面向桌面系统的可否认加密方案 276
9.2.3 面向移动系统的可否认加密方案 279
9.2.4 面向NAND Flash的可否认加密方案 284
本章参考文献 290
第10章 NAND Flash物理不可克隆技术 292
10.1 NAND Flash PUF相关原理概述 293
10.1.1 NAND Flash存储单元的阈值电压 293
10.1.2 NAND Flash存储单元之间的相互干扰 294
10.2 NAND Flash PUF应用 295
10.2.1 提取设备指纹 295
10.2.2 提取随机数 304
10.2.3 信息隐藏 308
10.2.4 提取密钥 314
本章参考文献 325
第11章 展望 327
11.1 3D NAND闪存 327
11.1.1 3D NAND闪存的优势 328
11.1.2 主要厂商的3D NAND闪存及其特色 328
11.2 相变存储器 330
11.3 全息存储技术 331
本章参考文献 332