【摘要】：現(xiàn)代社會對信息技術(shù)的高度依賴,導致人們對數(shù)據(jù)存儲的可靠性和可用性需求不斷提高。然而,隨著存儲系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大,以及廉價存儲設備的廣泛采用,導致當前存儲系統(tǒng)中發(fā)生故障的概率不斷提高。存儲系統(tǒng)中通常采用容錯技術(shù)來保證數(shù)據(jù)的可靠存儲,一旦發(fā)生磁盤(或其他存儲設備)故障,系統(tǒng)可以根據(jù)采用的容錯技術(shù),從存活磁盤讀取一定量數(shù)據(jù),重構(gòu)出故障盤中的丟失數(shù)據(jù)。由于故障修復過程中從存活磁盤讀取的數(shù)據(jù)量直接影響著系統(tǒng)的可靠性以及用戶請求的服務性能。因此,如何進行有效的數(shù)據(jù)修復,最小化修復過程中所消耗的系統(tǒng)資源是存儲系統(tǒng)中容錯修復的關(guān)鍵性問題。本文主要研究了在基于RAID-6編碼的存儲系統(tǒng)中,發(fā)生磁盤故障時的數(shù)據(jù)修復問題,主要研究內(nèi)容與貢獻如下： (1)基于RDP碼的單盤故障修復算法。 RDP碼是存儲系統(tǒng)中最常采用的RAID-6編碼之一,它通過在系統(tǒng)中添加兩個磁盤的冗余數(shù)據(jù)來保證任意兩個磁盤同時故障時,數(shù)據(jù)不會丟失。本文研究了基于RDP碼的單盤故障修復問題,分析了任意單個磁盤的故障修復過程中,從存活磁盤讀取的數(shù)據(jù)量的理論下界,同時設計了一種混合修復算法RDOR-RDP (Row Diagonal Optimal Recovery-RDP),該算法綜合利用RDP碼的兩類校驗,行校驗和對角線校驗,共同修復單個故障盤中的數(shù)據(jù),實現(xiàn)了修復過程中的數(shù)據(jù)讀取量達到理論下界。此外,RDOR-RDP從系統(tǒng)中各存活磁盤讀取等量的數(shù)據(jù)用于故障恢復,從而保證了修復過程中各存活磁盤的負載均衡。理論分析表明,RDOR-RDP在修復過程中的數(shù)據(jù)讀取量與傳統(tǒng)單盤修復算法相比減少了將近25%。模擬實驗結(jié)果表明,與RDP碼的傳統(tǒng)單盤修復算法相比,RDOR-RDP的平均磁盤訪問時間減少了15.16%～22.60%,總修復時間減少了5.72%～12.60%。 (2)基于EVENODD碼的單盤故障修復算法。 EVENODD碼是另一種常用的RAID-6編碼策略,結(jié)合EVENODD碼的編碼特性,本文將RDP碼單盤故障的混合修復思想應用于EVENODD碼的單盤故障修復過程中。本文證明了在基于EVENODD碼的存儲系統(tǒng)中,任意單個磁盤故障時,數(shù)據(jù)讀取量的理論下界。此外,為了保證修復過程中各存活磁盤的負載均衡,本文給出了從各存活磁盤讀取等量數(shù)據(jù)進行修復的充分條件。結(jié)合數(shù)據(jù)讀取量的理論下界和負載均衡的充分條件,本文為EVENODD編碼設計了單盤修復算法RDOR-EVENODD (Row Diagonal Optimal Recovery-EVENODD),該算法實現(xiàn)了故障修復過程中的數(shù)據(jù)讀取量達到理論下界,同時保證了各存活磁盤在故障修復過程中的負載均衡。與EVENODD碼的傳統(tǒng)單盤修復算法相比,RDOR-EVENODD同樣減少了近25%的數(shù)據(jù)讀取量。模擬實驗結(jié)果表明,RDOR-EVENODD在總恢復時間以及平均磁盤訪問時間方面均優(yōu)于傳統(tǒng)單盤修復算法。 (3)基于RAID-6碼的扇區(qū)故障修復算法。 在RAID-6存儲系統(tǒng)中,除了整盤故障之外,還存在其他的故障模式,例如磁盤部分扇區(qū)發(fā)生故障(也即磁盤中部分數(shù)據(jù)塊發(fā)生丟失),磁盤和扇區(qū)同時發(fā)生故障等,這些故障模式同樣影響著整個系統(tǒng)的可靠性。本文研究了在基于RAID-6碼的存儲系統(tǒng)中,任意故障模式下的數(shù)據(jù)修復問題。針對任意的RAID-6編碼和任意的故障模式(單磁盤故障、多磁盤故障、磁盤扇區(qū)故障等),本文設計了一種用于描述故障模式的二分圖模型。基于該二分圖模型,本文給出了丟失數(shù)據(jù)塊理論上可修復的充分必要條件�；谏鲜龀浞直匾獥l件,本文設計了兩種通用的修復算法,GSR (Graph Shrink Recovery)和IGSR (Improved Graph Shrink Recovery)。與現(xiàn)有的修復策略相比,GSR和IGSR可以修復任意故障模式下所有理論上可恢復的數(shù)據(jù)塊,同時減少了修復過程中的計算開銷。
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【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TP333

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 楊向東;數(shù)據(jù)存儲——金融電子化的基石[J];中國金融電腦;2002年03期

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1 胡q，

本文編號：2262801