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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 FAT29

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 EXT38

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 NTFS46

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 CDFS52

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 BtrFS62

2.5.2 ZFS62

2.5.3 HFS64

2.5.4 HFS＋65

2.5.5 ReiserFS65

2.5.6 JFS66

2.5.7 XFS67

2.5.8 UFS67

2.5.9 VMFS69

2.5.10 VxFS70

2.5.11 ReFS70

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 IDE76

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 SCSI79

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 SATA82

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-E86

3.4.2 FC87

3.4.3 SAS88

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 Flash99

4.2.2 NAND Flash104

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 JFFS2156

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 YAFFS162

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 UBIFS174

6.4.1 UBI174

6.4.2 UBIFS分析178

6.5 exFAT181

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-AES268

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