發(fā)布時間：2020-05-17 07:28

【摘要】： 隨著分布式系統(tǒng)與網(wǎng)絡技術(shù)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(xiàn)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(xiàn)故障的可能性大大增加,因節(jié)點故障導致數(shù)據(jù)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(jīng)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(shù)。而組通信服務是分布式系統(tǒng)中構(gòu)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(xiàn)容錯的一項關(guān)鍵技術(shù)。 基于糾錯碼的容錯機制將糾錯碼技術(shù)與組通信服務相結(jié)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(xiàn)糾錯碼的存儲節(jié)點集合,數(shù)據(jù)經(jīng)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(diào)合作提供高可用與高可靠的數(shù)據(jù)服務。出現(xiàn)節(jié)點故障時,可以利用容錯組中其它節(jié)點保存的數(shù)據(jù)恢復出原始數(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)的讀/寫與管理,容錯組中引入了基于對象存儲技術(shù)。系統(tǒng)運行時,容錯組中的存儲節(jié)點與元數(shù)據(jù)服務器、管理服務器進行消息通信,更新元數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)帶來的計算開銷,并保證容錯組中各存儲節(jié)點數(shù)據(jù)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(diào)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(shù)據(jù)塊分為信息數(shù)據(jù)與校驗數(shù)據(jù)。讀操作中協(xié)調(diào)者可以直接訪問保存信息數(shù)據(jù)的節(jié)點,只是節(jié)點故障時才需要譯碼恢復數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)第一次寫入容錯組需要編碼,然后將編碼后的數(shù)據(jù)存儲到相應的節(jié)點中。根據(jù)糾錯碼理論,更新操作并不需要再次對數(shù)據(jù)進行編碼,而是先讀取已保存的信息數(shù)據(jù),與更新的數(shù)據(jù)計算異或,再將信息數(shù)據(jù)與校驗數(shù)據(jù)分別更新。為了保證更新數(shù)據(jù)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(shù)。 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(zhì)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(diào)整預期心跳消息到達時間與安全時間余量,以滿足服務質(zhì)量的評價指標。 利用組成員關(guān)系服務完成容錯組的重構(gòu)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(jié)構(gòu)隨著高速網(wǎng)絡、分布式系統(tǒng)的發(fā)展，分布式存儲系統(tǒng)出現(xiàn)了集群、P2P、網(wǎng)格等系統(tǒng)架構(gòu)�？紤]到聚合 I/O 與分離元數(shù)據(jù)處理的需要，本文采取如圖 2.1 所示的體系結(jié)構(gòu)，分布式存儲系統(tǒng)由客戶機、元數(shù)據(jù)服務器、管理服務器、存儲節(jié)點以及連接網(wǎng)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(nèi)的整數(shù)作為節(jié)點在組內(nèi)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(shù)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(nèi)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(nèi)的整數(shù)，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