❶ 数据库技术的应用与发展
数据库技术是现代信息科学与技术的重要组成部分，是计算机数据处理与信息管理系统的核心。数据库技术研究和解决了计算机信息处理过程中大量数据有效地组织和存储的问题，在数据库系统中减少数据存储冗余、实现数据共享、保障数据安全以及高效地检索数据和处理数据。
随着计算机技术与网络通信技术的发展，数据库技术已成为信息社会中对大量数据进行组织与管理的重要技术手段及软件技术，是网络信息化管理系统的基础。本章主要介绍数据库技术的应用与发展、关系模型的基本概念、关系数据库的设计理论及数据库设计方法等内容，是学习和掌握现代数据库技术的基础。
1.1 数据库技术的发展与应用
从20世纪60年代末期开始到现在，数据库技术已经发展了30多年。在这30多年的历程中，人们在数据库技术的理论研究和系统开发上都取得了辉煌的成就，而且已经开始对新一代数据库系统的深入研究。数据库系统已经成为现代计算机系统的重要组成部分。
1.1.1 数据库技术与信息技术
信息技术(Information Technology，IT)是当今使用频率最高的名词之一，它随着计算机技术在工业、农业以及日常生活中的广泛应用，已经被越来越多的个人和企业作为自己赶超世界潮流的标志之一。而数据库技术则是信息技术中一个重要的支撑。没有数据库技术，人们在浩瀚的信息世界中将显得手足无措。
数据库技术是计算机科学技术的一个重要分支。从20世纪50年代中期开始，计算机应用从科学研究部门扩展到企业管理及政府行政部门，人们对数据处理的要求也越来越高。1968年，世界上诞生了第一个商品化的信息管理系统IMS(Information Management System)，从此，数据库技术得到了迅猛发展。在互联网日益被人们接受的今天，Internet又使数据库技术、知识、技能的重要性得到了充分的放大。现在数据库已经成为信息管理、办公自动化、计算机辅助设计等应用的主要软件工具之一，帮助人们处理各种各样的信息数据。
1.1.2 数据库技术的应用及特点
数据库最初是在大公司或大机构中用作大规模事务处理的基础。后来随着个人计算机的普及，数据库技术被移植到PC机(Personal Computer，个人计算机)上，供单用户个人数据库应用。接着，由于PC机在工作组内连成网，数据库技术就移植到工作组级。现在，数据库正在Internet和内联网中广泛使用。
20世纪60年代中期，数据库技术是用来解决文件处理系统问题的。当时的数据库处理技术还很脆弱，常常发生应用不能提交的情况。20世纪70年代关系模型的诞生为数据库专家提供了构造和处理数据库的标准方法，推动了关系数据库的发展和应用。1979年，Ashton-Tate公司引入了微机产品dBase Ⅱ，并称之为关系数据库管理系统，从此数据库技术移植到了个人计算机上。20世纪80年代中期到后期，终端用户开始使用局域网技术将独立的计算机连接成网络，终端之间共享数据库，形成了一种新型的多用户数据处理，称为客户机/服务器数据库结构。现在，数据库技术正在被用来同Internet技术相结合，以便在机构内联网、部门局域网甚至WWW上发布数据库数据。
1.1.3 数据库技术发展历史
数据模型是数据库技术的核心和基础，因此，对数据库系统发展阶段的划分应该以数据模型的发展演变作为主要依据和标志。按照数据模型的发展演变过程，数据库技术从开始到现在短短的30年中，主要经历了三个发展阶段：第一代是网状和层次数据库系统，第二代是关系数据库系统，第三代是以面向对象数据模型为主要特征的数据库系统。数据库技术与网络通信技术、人工智能技术、面向对象程序设计技术、并行计算技术等相互渗透、有机结合，成为当代数据库技术发展的重要特征。
1. 第一代数据库系统
第一代数据库系统是20世纪70年代研制的层次和网状数据库系统。层次数据库系统的典型代表是1969年IBM公司研制出的层次模型的数据库管理系统IMS。20世纪60年代末70年代初，美国数据库系统语言协会CODASYL(Conference on Data System Language)下属的数据库任务组DBTG(Data Base Task Group)提出了若干报告，被称为DBTG报告。DBTG报告确定并建立了网状数据库系统的许多概念、方法和技术，是网状数据库的典型代表。在DBTG思想和方法的指引下数据库系统的实现技术不断成熟，开发了许多商品化的数据库系统，它们都是基于层次模型和网状模型的。
可以说，层次数据库是数据库系统的先驱，而网状数据库则是数据库概念、方法、技术的奠基者。
2. 第二代数据库系统
第二代数据库系统是关系数据库系统。1970年IBM公司的San Jose研究试验室的研究员Edgar F. Codd发表了题为《大型共享数据库数据的关系模型》的论文，提出了关系数据模型，开创了关系数据库方法和关系数据库理论，为关系数据库技术奠定了理论基础。Edgar F. Codd于1981年被授予ACM图灵奖，以表彰他在关系数据库研究方面的杰出贡献。
20世纪70年代是关系数据库理论研究和原型开发的时代，其中以IBM公司的San Jose研究试验室开发的System R和Berkeley大学研制的Ingres为典型代表。大量的理论成果和实践经验终于使关系数据库从实验室走向了社会，因此，人们把20世纪70年代称为数据库时代。20世纪80年代几乎所有新开发的系统均是关系型的，其中涌现出了许多性能优良的商品化关系数据库管理系统，如DB2、Ingres、Oracle、Informix、Sybase等。这些商用数据库系统的应用使数据库技术日益广泛地应用到企业管理、情报检索、辅助决策等方面，成为实现和优化信息系统的基本技术。
3. 第三代数据库系统
从20世纪80年代以来，数据库技术在商业上的巨大成功刺激了其他领域对数据库技术需求的迅速增长。这些新的领域为数据库应用开辟了新的天地，并在应用中提出了一些新的数据管理的需求，推动了数据库技术的研究与发展。
1990年高级DBMS功能委员会发表了《第三代数据库系统宣言》，提出了第三代数据库管理系统应具有的三个基本特征：
l 应支持数据管理、对象管理和知识管理。
l 必须保持或继承第二代数据库系统的技术。
l 必须对其他系统开放。
面向对象数据模型是第三代数据库系统的主要特征之一；数据库技术与多学科技术的有机结合也是第三代数据库技术的一个重要特征。分布式数据库、并行数据库、工程数据库、演绎数据库、知识库、多媒体库、模糊数据库等都是这方面的实例。
1.1.4 数据库系统访问技术
目前访问数据库服务器的主流标准接口主要有ODBC、OLE DB和ADO。下面分别对这三种接口进行概要介绍。
1. 开放数据库连接(ODBC)
开放数据库连接(Open Database Connectivity，ODBC)是由Microsoft公司定义的一种数据库访问标准。使用ODBC应用程序不仅可以访问存储在本地计算机的桌面型数据库中的数据，而且可以访问异构平台上的数据库，例如可以访问SQL Server、Oracle、Informix或DB2构建的数据库等。
ODBC是一种重要的访问数据库的应用程序编程接口(Application Programming Interface，API)，基于标准的SQL语句，它的核心就是SQL语句，因此，为了通过ODBC访问数据库服务器，数据库服务器必须支持SQL语句。
ODBC通过一组标准的函数(ODBC API)调用来实现数据库的访问，但是程序员不必理解这些ODBC，API就可以轻松开发基于ODBC的客户机/服务器应用程序。这是因为在很多流行的程序开发语言中，如Visual Basic、PowerBuilder、Visual C++等，都提供了封装ODBC各种标准函数的代码层，开发人员可以直接使用这些标准函数。
ODBC获得了巨大成功并大大简化了一些数据库开发工作。但是它也存在严重的不足，因此Microsoft公司又开发了OLE DB。
2. OLE DB
OLE DB是Microsoft公司提供的关于数据库系统级程序的接口(System-Level Programming Interface)，是Microsoft公司数据库访问的基础。OLE DB实际上是Microsoft公司OLE对象标准的一个实现。OLE DB对象本身是COM(组件对象模型)对象并支持这种对象的所有必需的接口。
一般说来，OLE DB提供了两种访问数据库的方法：一种是通过ODBC驱动器访问支持SQL语言的数据库服务器；另一种是直接通过原始的OLE DB提供程序。因为ODBC只适用于支持SQL语言的数据库，因此ODBC的使用范围过于狭窄，目前Microsoft公司正在逐步用OLE DB来取代ODBC。
因为OLE DB是一个面向对象的接口，特别适合于面向对象语言。然而，许多数据库应用开发者使用VBScript和JScript等脚本语言开发程序，所以Microsoft公司在OLE DB对象的基础上定义了ADO。
3. 动态数据对象(ADO)
动态数据对象(Active Data Objects，ADO)是一种简单的对象模型，可以被开发者用来处理任何OLE DB数据，可以由脚本语言或高级语言调用。ADO对数据库提供了应用程序水平级的接口(Application-Level Programming Interface)，几乎使用任何语言的程序员都能够通过使用ADO来使用OLE DB的功能。Microsoft公司声称，ADO将替换其他的数据访问方式，所以ADO对于任何使用Microsoft公司产品的数据库应用是至关重要的。
1.1.5 网络数据库系统编程技术
在当今网络盛行的年代，数据库与Web技术的结合正在深刻改变着网络应用。有了数据库的支持，扩展网页功能、设计交互式页面、构造功能强大的后台管理系统、更新网站和维护网站都将变得轻而易举。随着网络应用的深入，Web数据库技术将日益显示出其重要地位。在这里简单介绍一下Web数据库开发的相关技术。
1. 通用网关接口(CGI)编程
通用网关接口(Common Gateway Interface，CGI)是一种通信标准，它的任务是接受客户端的请求，经过辨认和处理，生成HTML文档并重新传回到客户端。这种交流过程的编程就叫做CGI编程。CGI可以运行在多种平台上，具有强大的功能，可以使用多种语言编程，如Visual Basic、Visual C++、Tcl、Perl、AppletScript等，比较常见的是用Perl语言编写的CGI程序。但是CGI也有其致命的弱点，即速度慢和安全性差等。
2. 动态服务器页面(ASP)
动态服务器页面(Active Server Pages，ASP)是Microsoft公司推出的一种用以取代CGI的技术，是一种真正简便易学、功能强大的服务器编程技术。ASP实际上是Microsoft公司开发的一套服务器端脚本运行环境，通过ASP可以建立动态的、交互的、高效的Web服务器应用程序。用ASP编写的程序都在服务器端执行，程序执行完毕后，再将执行的结果返回给客户端浏览器，这样不仅减轻了客户端浏览器的负担，大大提高了交互速度，而且避免了ASP程序源代码的外泄，提高了程序的安全性。
3. Java 服务器页面(JSP)
Java服务器页面(Java Server Pages，JSP)是Sun公司发布的Web应用程序开发技术，一经推出，就受到了人们的广泛关注。JSP技术为创建高度动态的Web应用程序提供了一个独特的开发环境，它能够适用于市场上大多数的服务器产品。
JSP使用Java语言编写服务器端程序，当客户端向服务器发出请求时，JSP源程序被编译成Servlet并由Java虚拟机执行。这种编译操作仅在对JSP页面的第一次请求时发生。因此，JSP程序能够提供更快的交互速度，其安全性和跨平台性也很优秀。
❷ 华为天才少年主攻存储领域研究
自古英雄出少年。
本年度的华为天才少年项目再次引爆眼球。一位是从普通本科一路“逆袭”到华中科大博士，并成为唯一拿到本年度最高档年薪的青年才俊；另一位则是在多种A类期刊发表论文，集智慧与美丽于一身的美女博士。这两位成功入围项目的华中科大博士迅速成为街头巷议的热门话题。
值得关注的是，本年度入围的两位华为天才少年在校研究方向均跟数据存储有着紧密联系。因此，这二位不约而同地选择华为做存储相关的研究，让人不得不感叹华为存储对于基础研究与人才的重视。
事实上，从十八年前正式起步开始，华为存储一路发展始终与各大高校科研机构保持着紧密联系，高校科研机构不仅是华为存储人才重要的来源地，也是华为在存储基础领域联合创新的重要合作对象。如今，华为存储已经成长为全球Top 5、中国Top1级别的重要厂商， 在存储技术的产、学、研、用上逐步 探索 出一条价值闭环，真正让基础研究的创新成果加速走向落地，并利用市场成果不断反哺基础研究的创新 。
以本次入围天才少年项目的美女博士为例，其研究方向之一的非易失性存储器（NVM）、NVMe协议是当今存储产品中最为重要的技术趋势，而华为存储正是端到端NVMe全闪存当之无愧的领导者。华为存储的产、学、研、用价值闭环在端到端NVMe全闪存这个存储细分领域体现得淋漓尽致。
天下武功，唯快不破。
同样，在存储产品中，性能是衡量存储是否优秀的重要指标之一。在单位时间内IO越高、延迟越低，存储的性能就会越好，也意味着可以承载更多应用和更加及时响应业务请求，让用户体验更好。
NVMe正是存储领域一门关于快的武功。如果将为机械硬盘设计的SAS协议比喻为红绿灯多、卡口多的省市级公路；那么专为闪存而生的NMVe协议则是不限速的高速公路。初看NVMe可以让数据真正放飞自我，但是如何让NVMe这条数据高速公路修的更加合理、智能，让数据在高速公路上“不翻车”，则绝对需要常年修炼、不断打磨才能实现。
这是因为在数据中心这张数据网络中，IO路径涉及到服务器、存储、网络等多种设备，还有FC、IP、IB、PCIe、SAS等多种网络协议，经常面临数据传输路径过长、协议互相转化等挑战。因此，NVMe的落地往往“牵一发而动全身”，需要对整个数据中心数据传输网络进行规划和设计，仅仅是一两款NVMe SSD或者NVMe闪存控制器是远远不够的。
华为正是NVMe全闪存领域的顶尖高手，用“老司机”形容不为过。 作为存储行业SSD盘片级专利最多的厂商之一，华为对于NVMe协议进行了长期深入研究，在业界唯一端到端开发了NVMe SSD盘，NVMe 闪存控制器和NVMe全闪存操作系统，并且在业内率先实现了全系列端到端NVMe全闪存。
华为是如何做到这些的？让我们一探究竟。
华为之所以对于NVMe十分重视，是因为NVMe与闪存有着紧密联系，可谓是闪存性能潜能释放的关键所在。而华为早在2005年就开始对闪存进行研究，对于NVMe如何走向落地和价值如何实现有着深刻的洞察与实践。
2010年，NVMe最初作为一种硬盘接口协议诞生，充分释放出闪存性能。但要想真正释放数据中心包括计算、存储和网络的性能，NVMe作为硬盘接口协议是远远不够的。因此，NVMe经过多年发展，逐渐发展到存储网络领域，NVMe over RoCE技术孕育而生。
NVMe over RoCE（Non-Volatile Memory Express over Remote Direct Access Memory over Converged Ethernet）作为新一代高性能存储技术，将NVMe协议和网络领域中RDMA技术结合，它的出现真正让数据中心的数据高速公路成为一种统一的网络，拥有性能、组网便利性和方案成本等多种优势。但是它也存在着链路故障感知时长、网络实验稳定性、部署易用性等方面的挑战。
为此，华为集合全公司重量级产品线力量，从存储和网络两个方面对标准NVMe over RoCE方案进行增强，推出了NOF+增强方案。
具体到产品方面，华为是业内唯一端到端开发了NVMe SSD盘、NVMe闪存控制器和NVMe全闪存操作系统，率先实现全系列端到端NVMe全闪的厂商。
比如，华为去年推出的全新OceanStor存储Dorado系列，其性能高达2000万IOPS、极致时延达到0.05ms，各项指标远超市场上同类竞品。
在华为OceanStor存储Dorado系列全闪存中，同时提供32G FC-NVMe和NVMe Over 100G RDMA全IP组网设计，实现前端网络连接、后端硬盘框连接、scale-out的控制器互联均采用同一种网络协议；OceanStor存储Dorado系列全闪存还针对NVMe设计了一套IO调度机制，彻底取消原来IO路径上的盘级互斥锁，避免了IO下发时队列锁冲突，降低软件开销，实现最佳性能。
此外，华为OceanStor存储Dorado系列全闪存在操作系统层面针对NVMe进行了优化，智能芯片、FlashLink智能算法，充分发挥了多核优势，并且通过智能学习统计IO规律，提升读缓存命中率和缩短批处理时间，大幅提升了性能与效率。
为了让数据的高速公路更加稳定与可靠，华为OceanStor存储Dorado系列全闪存在组件层提供了充足的保障。
例如，为增加端口可靠性，华为自研SSD支持原生双端口技术，而不是采用内部Switch实现双端口的方式，端口独立、互不影响，为整个全闪存提供了牢固的硬件基础和可靠性；此外，华为通过PCI-E多年的技术积累，具备完善的PCI-E链路管理、异常处理、热插拔技术，支持SSD盘在任何时间、任何方式拔出，并提供端到端PCI-E系统可靠性，保障单盘更换或发生故障时不扩散。
针对大容量SSD使用容易造成数据丢失的情况，华为OceanStor存储Dorado系列全闪存采用创新的RAID-TP软件技术，基于Erasure Code算法，在3块盘同时失效的情况下能够容忍数据不丢失、业务不中断。华为成为业界唯三可以同时容忍3块盘失效的厂商，并且是三家厂商中唯一可以实现15分钟/TB 高效重构，重构速度领先其他两家厂商20倍。华为OceanStor存储Dorado系列全闪存还拥有诸如快照、克隆、远程复制等完备的数据保护技术。
当前， 华为通过十多年的技术积累，华为已经拥有1000多个NVMe全闪存成功案例，用户涵盖到金融、政府、制造、能源等多个领域。
例如，成立于1996年的南华期货，是全国期货公司Top 10，主要从事期货经纪、资产管理、证券投资等业务。南华期货在大交所、郑商所、深交所、嘉兴联通、香港PCCW等行业数据中心和电信运营商处租用VIP机房和机柜，就近部署交易系统。
这样做的目的只有一个：“快人一步”。南华期货的业务是典型的“时间就是金钱”，一点点时间差往往可能带来利润的大幅变动，这种交易型的业务决定了其对时延要求极低，通常需要小于1ms。南华期货通过部署华为OceanStor存储Dorado全闪存来承载综合交易平台，不仅稳定可靠，性能还提升3倍，为投资者提供了极佳的用户体验。
可以说，华为存储的“快人一步”让用户在业务中也“快人一步”。
十八年风雨兼程，华为存储如今已经成长为全球Top 5、中国Top 1级别的厂商，在全球布局了12个研发中心，拥有超过4000名研发工程师、800多项存储专利，服务了全球超过12000家涵盖各个行业的用户并且连续十九个季度位列中国市场第一，更是在全闪存领域连续多个季度实现全球增速第一。
在这十八年中，技术创新是华为存储的信仰，技术创新的脚步永不停止让华为在高端存储架构、NVMe、智能存储等多个领域不断实现突破，逐渐从市场的跟随者成长为业界当之无愧的技术领先者。去年，华为存储更是首次针对数据基础设施技术难题设置了“奥林帕斯奖”，鼓励和奖励全球在数据基础设施领域取得突破性贡献的科研工作者。
未来，随着更多华为天才少年以及其他人才的不断加入，华为存储有望在舞台中央施展更多精彩。