提高存儲(chǔ)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量的糾刪碼應(yīng)用技術(shù)研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的不斷突破和快速發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)產(chǎn)生的各種信息數(shù)據(jù)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。在大數(shù)據(jù)時(shí)代來(lái)臨之際，人們對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高，希望系統(tǒng)能夠提供高性能、低能耗、高可靠性以及高空間利用率的存儲(chǔ)支持，網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)交互還需要在低帶寬消耗的情況下完成。近年來(lái)，糾刪碼技術(shù)作為提高存儲(chǔ)系統(tǒng)性能、可靠性、存儲(chǔ)效率以及降低能耗、數(shù)據(jù)傳輸和維護(hù)成本的關(guān)鍵技術(shù)，越來(lái)越受到重視，已成為存儲(chǔ)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。
　　論文重新定義了存儲(chǔ)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量的

2、含義，其內(nèi)容包括性能、可靠性、帶寬消耗、成本（包括能耗成本和存儲(chǔ)空間成本）。全文圍繞基于糾刪碼在存儲(chǔ)系統(tǒng)中的不同應(yīng)用開(kāi)展研究，目標(biāo)是提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。研究?jī)?nèi)容具體包括：提高系統(tǒng)性能、降低能耗并提供可靠性保證的糾刪碼研究，提高存儲(chǔ)空間利用率的糾刪碼研究，節(jié)省修復(fù)帶寬的糾刪碼研究。對(duì)每個(gè)方面的研究都通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和分析來(lái)驗(yàn)證所提方法的有效性。
　　在提高系統(tǒng)性能、降低能耗并提供可靠性保證的糾刪碼研究方面，提出了一種高性能、低能耗

3、、高可靠性的架構(gòu)PERAID，系統(tǒng)在主存儲(chǔ)區(qū)分出一部分空間，建立糾刪碼的緩存區(qū)域來(lái)接收新的寫(xiě)請(qǐng)求同時(shí)保證寫(xiě)數(shù)據(jù)的可靠性。糾刪碼的緩存區(qū)域提供多容錯(cuò)的能力，因此整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和多副本系統(tǒng)的可靠性相當(dāng)。提出了寫(xiě)緩存算法ECW和倒盤(pán)算法MCFD來(lái)提高系統(tǒng)的寫(xiě)性能和倒盤(pán)性能，另外在用戶請(qǐng)求較少的情況下，可以關(guān)閉鏡像盤(pán)來(lái)降低能耗。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，PERAID在提高系統(tǒng)性能和降低能耗方面優(yōu)于目前的解決方案。
　　在提高存儲(chǔ)空間利用率的糾刪碼研

4、究方面，提出了基于CRS編碼改進(jìn)的ICRS編碼，利用其編解碼速度快的優(yōu)勢(shì)來(lái)提高系統(tǒng)編解碼性能。同時(shí)提出了一種面向大數(shù)據(jù)備份存儲(chǔ)機(jī)制，提高了存儲(chǔ)空間利用率。對(duì)系統(tǒng)的整體架構(gòu)和軟件模塊進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，系統(tǒng)將節(jié)點(diǎn)分成若干微型節(jié)點(diǎn)并且能夠同時(shí)操作，從而能夠提高系統(tǒng)的性能并使得系統(tǒng)負(fù)載更加均衡。測(cè)試結(jié)果證明系統(tǒng)能更快的完成編解碼工作，編碼速度上ICRS碼優(yōu)于CRS碼和RS碼，最高達(dá)到34.2％和56.5％，解碼速度上ICRS碼優(yōu)于CRS碼和RS碼

5、，最高達(dá)到18.1％和31.1％。
　　在節(jié)省修復(fù)帶寬的糾刪碼研究方面，提出了一種基于糾刪碼的精確修復(fù)算法ECode，并提出具有低修復(fù)帶寬和低維護(hù)代價(jià)的云存儲(chǔ)架構(gòu)BMCloud。該架構(gòu)綜合利用了功能修復(fù)和精確修復(fù)，因而兼有兩種修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，提出JUDGE_STYLE算法來(lái)判斷采用何種修復(fù)方式：對(duì)小規(guī)模數(shù)據(jù)失效采用精確修復(fù)方式修復(fù)，修復(fù)計(jì)算消耗和帶寬消耗都較小，而且修復(fù)方式靈活多變，能夠在較快時(shí)間內(nèi)迅速修復(fù)系統(tǒng)；對(duì)于大規(guī)模的數(shù)據(jù)