伴隨著通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)科技的迅速發(fā)展,數(shù)字化信息呈指數(shù)爆炸式增長(zhǎng),數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)也因此迎來了巨大的挑戰(zhàn)。存儲(chǔ)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的可靠性問題以及存儲(chǔ)系統(tǒng)的能耗問題越來越被人們所關(guān)注。雖然傳統(tǒng)的RAID(Redundant Arrays of Independent Drives,RAID)存儲(chǔ)技術(shù)在一定程度上能有效的緩解存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠性問題,但是隨著當(dāng)今信息時(shí)代的到來,所需存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量不斷增大,RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)中所需的磁盤數(shù)量也隨之變多,磁盤損壞的概率也隨之變大。所以,傳統(tǒng)的RAID技術(shù)已經(jīng)越來越難以保證磁盤中數(shù)據(jù)的可靠性,于此同時(shí)RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)中大量磁盤運(yùn)行造成的能耗問題也是不可忽視的。本文把糾刪碼技術(shù)應(yīng)用到RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)以提高數(shù)據(jù)的可靠性,同時(shí)又考慮了RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)中的能源消耗問題,通過優(yōu)化數(shù)據(jù)布局降低存儲(chǔ)系統(tǒng)的能耗。本文完成的主要工作如下:1.綜述RAID存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展歷程和原理。介紹了糾刪碼技術(shù)的基本原理和分類,同時(shí)介紹了磁盤陣列中的相關(guān)節(jié)能技術(shù)。提出將糾刪碼容錯(cuò)技術(shù)和節(jié)能技術(shù)相結(jié)合的研究思路,這樣既能保證存儲(chǔ)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的可靠性,又能降低系統(tǒng)的能耗。2.在已有的星形(STAR)糾刪碼的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種在RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)中,可以容忍三個(gè)磁盤同時(shí)失效的陣列糾刪碼——CPC(Cross Parity Check,CPC)碼。文中詳細(xì)介紹了CPC碼的編碼方法,并根據(jù)故障磁盤在磁盤陣列中的不同位置,給出了四種不同情況下三磁盤同時(shí)損壞時(shí)的數(shù)據(jù)恢復(fù)算法。從編碼復(fù)雜度、解碼復(fù)雜度、更新復(fù)雜度三個(gè)方面分析了CPC糾刪碼的性能,將該方案與已有的三容錯(cuò)STAR碼和EEOD(Extending EVENODD,EEOD)碼的數(shù)據(jù)布局作比較,用詳實(shí)的數(shù)據(jù)說明了該方案的優(yōu)勢(shì)。3.提出了一種節(jié)能型數(shù)據(jù)布局方案——EECPC(energy-efficient cross parity check,EECPC)數(shù)據(jù)布局。該方案是對(duì)CRUSH(Controlled Replication Under Scalable Hashing,CRUSH)數(shù)據(jù)布局算法的一種優(yōu)化,同時(shí)能結(jié)合CPC糾刪碼,彌補(bǔ)了CRUSH算法的局限性,有效的降低了RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)的能耗,提高了系統(tǒng)的可靠性。通過仿真實(shí)驗(yàn),將EECPC數(shù)據(jù)布局與STAR碼的數(shù)據(jù)布局作比較,體現(xiàn)了EECPC數(shù)據(jù)布局方案在節(jié)能性方面的優(yōu)勢(shì)。
【學(xué)位單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP333
【部分圖文】：

的奇偶校驗(yàn)矩陣：11 ( 1)1 1 ... 1 1 0 01 ... 0 1 01 ... 0 0 1mmH (3-27)參照文獻(xiàn)[32]，不難證明在奇偶校驗(yàn)矩陣中，任意 3 個(gè)列向量是線性無關(guān)的。因此，CPC 碼的最小距離是 4（每一列被視作環(huán)中的單個(gè)元素），所以在 CPC 碼中任意 3 個(gè)磁盤失效，都能恢復(fù)其中的數(shù)據(jù)。這就是展示其 MDS 性質(zhì)的另一種方式。3.4 模擬驗(yàn)證前文從理論上說明了 CPC 碼在磁盤陣列中能恢復(fù)出任意三個(gè)故障磁盤中的數(shù)據(jù)，提高了磁盤陣列中數(shù)據(jù)的可靠性。在 CPC 碼中，最重要的是三磁盤容錯(cuò)，所以本節(jié)的驗(yàn)證主要是針對(duì)三磁盤失效時(shí)的數(shù)據(jù)重建。

在 CPC 糾刪碼方案下，公式（3-1）所需的異或運(yùn)算總次數(shù)為8 (公式（3-2）和（3-3）所需的異或運(yùn)算次數(shù)也分別為 次，所224 ( m 1)次異或運(yùn)算，因?yàn)樵谡麄�(gè)磁盤陣列中共有 8 ( m 1) m比C 碼的編碼復(fù)雜度CPCC 如下式所示：21[24 ( 1) ] [8 ( 1) ] 3CPCEC m m mm 同理可得，根據(jù)文獻(xiàn)[19]，EEOD 碼的編碼復(fù)雜度EEODEC 為：1[24 ( 1) 8 ( 1)] [8 ( 1) ] 3( 1)EEODmEC m m m m mm m STAR 碼的編碼復(fù)雜度STAREC 為：3[24 ( 1) 8 ( 3)] [8 ( 1) ] 3( 1)STARmEC m m m m mm m 通過圖 3-11 的編碼復(fù)雜度對(duì)比，可直觀的看出在三種編碼方案中，本C 碼具有最低的編碼復(fù)雜度。

都是通過簡(jiǎn)單的異或運(yùn)算得到最終結(jié)果，因此本節(jié)同需的異或運(yùn)算作為解碼復(fù)雜度。磁盤陣列的規(guī)模和 3.5.1 節(jié)中所文中 3.2 節(jié)的解碼算法可得 CPC 碼的解碼復(fù)雜度如下式：3 223( 1)d hCPCl lDCm m m m 文獻(xiàn)[17]可得，STAR 碼的解碼復(fù)雜度如下所示：(2 )3d hSTARl lDCm 文獻(xiàn)[19]可得，EEOD 碼的解碼復(fù)雜度如下所示：(4 2) ( 1) 33+( 1)dEEODl mDCm m 獻(xiàn)[17]中定義了dl 和hl 的意義， 表示在一次交叉解碼運(yùn)算中，交表示一次交叉解碼運(yùn)算中消元后剩余的行數(shù)。由上述式子可得的解碼復(fù)雜度如下圖所示：

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本文編號(hào)：2815000