【摘要】： 隨著分布式系統(tǒng)與網絡技術的不斷發(fā)展,分布式存儲系統(tǒng)在存儲容量、性能、可擴展性等方面已取得了飛速進步,但同時在容錯性方面也面臨著巨大的挑戰(zhàn):現代的分布式存儲系統(tǒng)往往由成百上千個存儲節(jié)點組成,多個節(jié)點出現故障的可能性大大增加,因節(jié)點故障導致數據丟失會造成災難性的后果。因此,如何設計高效、可靠的容錯機制,已經是分布式存儲系統(tǒng)中迫切需要解決的問題。 糾錯碼是通信領域中廣泛采用的檢測和糾正通信誤差、提高信息傳輸可靠性的技術。而組通信服務是分布式系統(tǒng)中構建自治區(qū)域的重要方法,可保證系統(tǒng)在局部故障的情況下仍能穩(wěn)定正常地運行。目前,組通信服務是分布式系統(tǒng)中實現容錯的一項關鍵技術。 基于糾錯碼的容錯機制將糾錯碼技術與組通信服務相結合,提出了基于糾錯碼的容錯組,解決分布式存儲系統(tǒng)中的容錯問題。容錯組是實現糾錯碼的存儲節(jié)點集合,數據經過糾錯碼編碼后保存在容錯組相應的存儲節(jié)點中。容錯組中的存儲節(jié)點利用組通信服務組織在一起,并通過協(xié)調合作提供高可用與高可靠的數據服務。出現節(jié)點故障時,可以利用容錯組中其它節(jié)點保存的數據恢復出原始數據。容錯組利用組視圖記錄當前組中成員列表,組中存儲節(jié)點加入、退出、故障都將引起組視圖的更新。為了方便數據的讀/寫與管理,容錯組中引入了基于對象存儲技術。系統(tǒng)運行時,容錯組中的存儲節(jié)點與元數據服務器、管理服務器進行消息通信,更新元數據服務器與管理服務器保存的容錯組信息。 采取糾錯碼作為冗余策略的容錯組需要減少計算校驗數據帶來的計算開銷,并保證容錯組中各存儲節(jié)點數據一致。設計了容錯組中基于組視圖的I/O操作,包括讀操作、寫操作與更新操作。容錯組中每一個存儲節(jié)點都可以完成存儲控制器的功能,客戶端將I/O請求發(fā)送給任意存儲節(jié)點,存儲節(jié)點作為協(xié)調者再訪問組中節(jié)點,完成請求。容錯組的糾錯碼都采用系統(tǒng)碼形式,編碼后的數據塊分為信息數據與校驗數據。讀操作中協(xié)調者可以直接訪問保存信息數據的節(jié)點,只是節(jié)點故障時才需要譯碼恢復數據。數據第一次寫入容錯組需要編碼,然后將編碼后的數據存儲到相應的節(jié)點中。根據糾錯碼理論,更新操作并不需要再次對數據進行編碼,而是先讀取已保存的信息數據,與更新的數據計算異或,再將信息數據與校驗數據分別更新。為了保證更新數據的一致性,更新操作還需應用時間戳排序、兩階段提交、日志等技術。 為了保證容錯組的穩(wěn)定性與容錯組中I/O操作的正確性,容錯組需要及時檢測出故障節(jié)點。設計了容錯組中基于服務質量的QB-AFD故障檢測器。為了探測出組中的故障節(jié)點,容錯組的每個成員都要向其它成員發(fā)送心跳消息,同時監(jiān)聽來自其它成員的心跳消息。如果存儲節(jié)點在超時時刻還沒有接收到某節(jié)點的心跳消息,即開始懷疑該節(jié)點。故障檢測需要滿足速度與精度的要求,因此,QB-AFD故障檢測器動態(tài)調整預期心跳消息到達時間與安全時間余量,以滿足服務質量的評價指標。 利用組成員關系服務完成容錯組的重構任務,設計了基于兩階段提交的視圖更新算法2pc-VUA保證組中存儲節(jié)點維護一致的全局組視圖,并設計了節(jié)點加入算法負責在新加入容錯組的存儲節(jié)點中生成與其它成員一致的組視圖。
【圖文】：

2 基于糾錯碼的容錯組2.1 分布式存儲系統(tǒng)的體系結構隨著高速網絡、分布式系統(tǒng)的發(fā)展，分布式存儲系統(tǒng)出現了集群、P2P、網格等系統(tǒng)架構�？紤]到聚合 I/O 與分離元數據處理的需要，本文采取如圖 2.1 所示的體系結構，分布式存儲系統(tǒng)由客戶機、元數據服務器、管理服務器、存儲節(jié)點以及連接網絡等組成，

如時間戳等。將節(jié)點組織為容錯組是分布式系統(tǒng)中容錯的一個重要手段，本文中 n 個存儲節(jié)點 SN0, SN1,…,SNn-1組織成為一個容錯組，如圖 2.1。容錯組可以由唯一的組ID(group_id)標識，，存儲節(jié)點賦予[0,n-1]范圍內的整數作為節(jié)點在組內的標識。文件可生成 n 個對象，并被發(fā)送到容錯組中存儲節(jié)點，被稱為分條(stripe)。對象的大小和分條的寬度(分條跨越存儲節(jié)點的數目)包含在對象屬性中。對象 ID 的高 96 位作為分條 ID(stripe_id)，同一分條內的對象 ID 高 96 位都是相同的。而對象 ID 的低 32 位是一個[1, n]范圍內的整數，分布式存儲系統(tǒng)中的 I/O 訪問過程如圖 2.2 所示：
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：TP333

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本文編號：2668157