RAID-6存儲系統(tǒng)中故障修復(fù)問題研究.pdf

1、現(xiàn)代社會對信息技術(shù)的高度依賴，導(dǎo)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(kuò)大，以及廉價存儲設(shè)備的廣泛采用，導(dǎo)致當(dāng)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(shè)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(fù)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(wù)性能。因此，如

2、何進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)修復(fù)，最小化修復(fù)過程中所消耗的系統(tǒng)資源是存儲系統(tǒng)中容錯修復(fù)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(fù)問題，主要研究內(nèi)容與貢獻(xiàn)如下:
　　 (1)基于RDP碼的單盤故障修復(fù)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(fù)問題，分析

3、了任意單個磁盤的故障修復(fù)過程中，從存活磁盤讀取的數(shù)據(jù)量的理論下界，同時設(shè)計(jì)了一種混合修復(fù)算法RDOR-RDP(Row Diagonal Optimal Recovery-RDP)，該算法綜合利用RDP碼的兩類校驗(yàn)，行校驗(yàn)和對角線校驗(yàn)，共同修復(fù)單個故障盤中的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了修復(fù)過程中的數(shù)據(jù)讀取量達(dá)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(fù)，從而保證了修復(fù)過程中各存活磁盤的負(fù)載均衡。理論分析表明，RDOR-R

4、DP在修復(fù)過程中的數(shù)據(jù)讀取量與傳統(tǒng)單盤修復(fù)算法相比減少了將近25％。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與RDP碼的傳統(tǒng)單盤修復(fù)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(fù)時間減少了5.72％～12.60％。
　　 (2)基于EVENODD碼的單盤故障修復(fù)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(fù)思想應(yīng)用于EVE

5、NODD碼的單盤故障修復(fù)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(fù)過程中各存活磁盤的負(fù)載均衡，本文給出了從各存活磁盤讀取等量數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)的充分條件。結(jié)合數(shù)據(jù)讀取量的理論下界和負(fù)載均衡的充分條件，本文為EVENODD編碼設(shè)計(jì)了單盤修復(fù)算法RDOR-EVENODD(Row Diagonal Optimal Recovery-EVENODD)，該算法實(shí)現(xiàn)了故障修復(fù)過程中的

6、數(shù)據(jù)讀取量達(dá)到理論下界，同時保證了各存活磁盤在故障修復(fù)過程中的負(fù)載均衡。與EVENODD碼的傳統(tǒng)單盤修復(fù)算法相比，RDOR-EVENODD同樣減少了近25％的數(shù)據(jù)讀取量。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，RDOR-EVENODD在總恢復(fù)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(fù)算法。
　　 (3)基于RAID-6碼的扇區(qū)故障修復(fù)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（

7、也即磁盤中部分?jǐn)?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(fù)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(shè)計(jì)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(fù)的充分必要條件?；谏鲜龀浞直匾獥l件，本文設(shè)計(jì)了兩種通用的修復(fù)算法，GSR(Graph