發(fā)布時間：2017-12-06 06:01

  本文關(guān)鍵詞：容錯存儲系統(tǒng)中的MDS陣列碼研究

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【摘要】：隨著現(xiàn)代存儲系統(tǒng)在規(guī)模和復(fù)雜性上的不斷增長,硬盤(節(jié)點)故障已經(jīng)成為系統(tǒng)運行中的一個日常事件。為了防止各類硬件故障造成數(shù)據(jù)丟失,存儲系統(tǒng)一般使用兩種方式對數(shù)據(jù)進行保護,即多路鏡像和糾刪編碼。多路鏡像雖然實現(xiàn)簡單,但這種方式的存儲效率通常較低;而糾刪碼技術(shù)由于可以靈活地調(diào)節(jié)存儲效率而被越來越多的存儲系統(tǒng)采用。最大距離可分的(MDS)陣列碼是一類主要面向存儲系統(tǒng)的糾刪碼,這類碼可以使用最少的冗余來提供特定的容錯能力,并且其編解碼過程只需要用到簡單的異或和循環(huán)移位運算,因此在近幾年受到了越來越多的關(guān)注。本文主要針對糾雙刪和糾三刪的MDS陣列碼進行了深入的研究,并取得了以下幾點成果:1、RAID-6正在逐步取代RAID-5成為RAID的主流形式,因為它可以在兩個磁盤同時故障的情況下也能夠恢復(fù)數(shù)據(jù)。有許多糾雙刪的MDS陣列碼是專為實現(xiàn)RAID-6設(shè)計的,但是這些碼都有它們各自的局限性。本文研究了其中一種有代表性的碼(Blaum-Roth碼),分析其優(yōu)勢及局限性,并對其編解碼算法進行改進。改進后的Blaum-Roth碼具有以下優(yōu)秀特性:1)編碼復(fù)雜度達到理論下界;2)解碼復(fù)雜度接近理論下界;3)可以在幾乎沒有性能損失的前提下實現(xiàn)RAID-6的可擴展性。與其它最常用于RAID-6的MDS陣列碼相比,改進后的Blaum-Roth碼更適于構(gòu)建高性能并且可伸縮的RAID-6磁盤陣列。2、糾雙刪的最低密度MDS陣列碼是一類結(jié)構(gòu)優(yōu)美的糾刪碼,具有最優(yōu)的編碼、解碼和更新復(fù)雜度。然而,現(xiàn)有的這類碼或者對碼長的限制過于嚴格,或者編碼規(guī)則沒有明顯的幾何規(guī)律,這使得它們的實用性較差。為此,本文構(gòu)造了一種新的糾雙刪最低密度MDS陣列碼,稱為對稱碼。對稱碼的編碼、解碼和更新復(fù)雜度均達到最優(yōu),而且碼長可以是素數(shù)或者素數(shù)減1。此外,對稱碼在恢復(fù)單個刪除列時所需的I/O開銷比大多數(shù)最低密度MDS陣列碼要少,并且在碼長較短時這個開銷可以接近理論下界。3、最低密度MDS陣列碼由于其編碼和更新復(fù)雜度的最優(yōu)性而廣受歡迎。然而,目前已知的絕大多數(shù)最低密度MDS陣列碼都只能糾兩個刪除列,雖然有少部分例外,但是它們對碼長的限制非常嚴格。例如,現(xiàn)有的糾三刪的最低密度MDS陣列碼通常要求碼長為p(或p-1),其中p必須是滿足以下條件的素數(shù):2為GF(p)的一個本原元且p-1能夠被3整除。如此嚴格的碼長限制使得這些碼幾乎無法被實際存儲系統(tǒng)采用。為此,本文構(gòu)造了一種實用的糾三刪的最低密度MDS陣列碼,能夠糾正碼字中的任意三個刪除列或者一個刪除列連同一個差錯列。這類碼的解碼復(fù)雜度可以達到或接近理論下界(取決于刪除模式),并且碼長可以是p或p+1,其中p是一個奇素數(shù)。這是目前已知最具實用價值的糾三刪的最低密度MDS陣列碼。4、廣義RDP碼被認為是目前最實用和最高效的強系統(tǒng)的MDS碼,因為其編碼復(fù)雜度達到了理論下界,并且可以支持任意碼長。然而,廣義RDP碼的現(xiàn)有解碼算法的解碼復(fù)雜度離理論下界有點遠,還有一定的改進空間。本文對糾三刪的廣義RDP碼的解碼算法進行了研究,并提出了一種針對三個刪除列的改進的解碼算法。與原有的解碼算法相比,本文提出的算法具有明顯更低的解碼復(fù)雜度,且當碼長不等于10或11時這個復(fù)雜度最多只比理論下界高出8個百分點。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP333

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