CN105260259B - 一种基于系统最小存储再生码的局部性修复编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于系统最小存储再生码的局部性修复编码方法，包括构造系统最小存储再生码的存储结构及生成矩阵，建立基于系统最小存储再生码的局部性修复编码结构，采用建立的局部性修复编码对修复组内单节点故障、两不相邻节点故障以及两相邻节点故障进行修复。该局部性修复编码方法采用系统最小存储再生码作为局部码，存储节点存放原始数据副本，降低了存储节点修复过程中的磁盘I/O开销和修复带宽开销；存储节点中冗余数据部分由前后两个存储节点的最小存储再生编码数据部分生成，基于此编码结构，当修复组中存在单节点、两相邻节点以及两不相邻节点故障时，都可以通过前后节点快速实现故障节点数据重构，恢复出故障节点数据。

Description

一种基于系统最小存储再生码的局部性修复编码方法

技术领域

本发明属于计算机领域，涉及一种基于系统最小存储再生码的局部性修复编码方法。

背景技术

分布式存储系统通常采用“复制”和“纠删码”策略生成冗余数据，确保数据存储的可靠性和可用性。然而“复制”的冗余策略存储代价过高，需要存储大量副本数据确保系统较高的可靠性，“纠删码”策略在节点修复过程中带宽开销过大，需要存储系统具有较高的网络带宽。针对“复制”和“纠删码”冗余策略存在的局限性，Dimakis等人提出了再生码，包括最小存储再生(Minimum Storage Regenerating,MSR)码和最小带宽再生(MinimumBandwidth Regenerating,MBR)码，但再生码在故障节点修复过程中连接的节点数量较多，具有较高的磁盘I/O开销，成为存储系统中故障节点修复的主要性能瓶颈。现有的局部性修复编码虽然具有较低的磁盘I/O开销，但现有局部性修复编码方案修复故障节点时没有考虑节点存储开销。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种基于系统最小存储再生码的局部性修复编码方法，该方法可以降低故障节点修复过程中的磁盘I/O开销，且具有较低的节点存储开销。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于系统最小存储再生码的局部性修复编码方法，具体包括以下步骤：

步骤一，构造系统MSR码及其存储结构

记分布式存储系统中存储节点的原始信息数据中的信息符号有k位，生成的系统MSR码有n位，构造(n,k)系统MSR码，则(n,k)系统MSR码c为：

c＝m·G_MSR

上式中，m＝[m₁ m₂ … m_k]，表示分布式存储系统中存储节点的原始信息数据，m₁,m₂,…,m_k表示信息符号；G_MSR＝[I|P]_k×n，表示(n,k)系统MSR码的生成矩阵，其中I为k×k单位矩阵，P为k×(n-k)维子矩阵；

根据(n,k)系统MSR码c得到(n,k)系统MSR码的存储结构；

步骤二，构造基于系统MSR码的局部性修复编码

将步骤一得到的系统MSR码作为局部码，在分布式存储系统的存储节点中选取f个存储节点构成修复组，在该具有f个存储节点的修复组内构造局部性修复编码；

步骤三，修复组内节点故障修复

根据局部性修复编码对修复组内节点进行故障修复。

具体地，所述步骤二的具体实现方法包括：

将步骤一构造出来的系统MSR码作为局部码，给定修复组中f个存储节点的原始信息数据m₁,m₂,…,m_f；给定修复组中f个存储节点的系统MSR码的生成矩阵G_{MSR_1},G_{MSR_2},…,G_{MSR_f}，得到对应的P₁,P₂,…,P_f；节点i为f个存储节点中的第i个存储节点，根据第i个存储节点的原始信息数据m_i和P_i，得到系统MSR编码数据m_iP_i；用相邻节点i-1和i+1中存储的系统MSR编码数据m_i-1P_i-1和m_i+1P_i+1，得到节点i中存储的局部性修复编码生成的冗余数据m_i-1P_i-1+m_i+1P_i+1。

具体地，所述步骤三中，根据局部性修复编码对修复组内节点进行故障修复，包括修复组内单节点i故障修复、修复组内两不相邻节点i-1和i+1故障修复和修复组内两相邻节点i和i+1故障修复。

具体地，所述修复组内单节点i故障修复，其具体方法包括：

节点i-1从节点i-2上采集数据m_i-2P_i-2，与自身存储的数据m_i-2P_i-2+m_iP_i进行异或操作，恢复出数据m_iP_i，并传送给节点i；节点i根据子矩阵G_{MSR_i}中的P_i矩阵，恢复出原始信息数据m_i，节点i从其相邻节点i-1和相邻节点i+1上分别采集数据m_i-1P_i-1和m_i+1P_i+1，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m_i-1P_i-1+m_i+1P_i+1；

具体地，所述修复组内单节点i故障修复，其具体方法包括：

节点i+1从节点i+2上采集数据m_i+2P_i+2，与自身存储的数据m_iP_i+m_i+2P_i+2进行异或操作，恢复出数据m_iP_i，并传送给节点i；节点i根据子矩阵G_{MSR_i}中的P_i矩阵，恢复出原始信息数据m_i，节点i从其相邻节点i-1和相邻节点i+1上分别采集数据m_i-1P_i-1和m_i+1P_i+1，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m_i-1P_i-1+m_i+1P_i+1。

具体地，组内两不相邻节点i-1和i+1故障修复，其具体方法包括：

对于故障节点i-1，通过节点i-3、i-2和节点i实现节点i-1上的数据重构，恢复出原始信息数据m_i-1、系统MSR编码数据m_i-1P_i-1和冗余数据m_i-2P_i-2+m_iP_i；节点i-2从节点i-3上采集数据m_i-3P_i-3，与自己存储的数据m_i-3P_i-3+m_i-1P_i-1进行异或操作，恢复出数据m_i-1P_i-1，并传送给节点i-1；节点i-1根据子矩阵G_{MSR_i-1}中的P_i-1矩阵，恢复出原始信息数据m_i-1；节点i-1从其相邻节点i-2和相邻节点i上分别采集数据m_i-2P_i-2和m_iP_i，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m_i-2P_i-2+m_iP_i；

对于故障节点i+1，通过节点i和节点i+2、i+3实现节点i+1上的数据重构，恢复出原始信息数据m_i+1和系统MSR编码数据m_i+1P_i+1，以及冗余数据m_iP_i+m_i+2P_i+2；节点i+2从节点i+3上采集数据m_i+3P_i+3，与自己存储的数据m_i+1P_i+1+m_i+3P_i+3进行异或操作，恢复出数据m_i+1P_i+1，并传送给节点i+1；节点i+1根据子矩阵G_{MSR_i+1}中的P_i+1矩阵，恢复出原始信息数据m_i+1；节点i+1从其相邻节点i和相邻节点i+2上分别采集数据m_iP_i和m_i+2P_i+2，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m_iP_i+m_i+2P_i+2。

具体地，所述组内两相邻节点i和i+1故障修复，其具体实现方法包括：

对于故障节点i，通过节点i-2和节点i-1，重构系统MSR编码数据m_iP_i，进一步通过MSR编码矩阵G_{MSR_i}，恢复原始信息数据m_i；故障节点i+1通过节点i+2和i+3重构m_i+1和m_{i+ 1}P_i+1；在恢复出系统MSR编码数据m_iP_i和m_i+1P_i+1的基础上，节点i和i+1相互利用对方MSR编码数据，以及相邻节点i-1和i+2上的编码数据m_i-1P_i-1和m_i+2P_i+2，恢复出冗余数据m_i-1P_i-1+m_{i+ 1}P_i+1和m_iP_i+m_i+2P_i+2，实现故障节点上的数据重构；节点i-1从节点i-2上采集数据m_i-2P_i-2，与自己存储的数据m_i-2P_i-2+m_iP_i进行异或操作，恢复出数据m_iP_i，并传送给节点i；节点i根据子矩阵G_{MSR_i}中的P_i矩阵，恢复出原始信息数据m_i；节点i+2从节点i+3上采集数据m_i+3P_i+3，与自己存储的数据m_i+1P_i+1+m_i+3P_i+3进行异或操作，恢复出数据m_i+1P_i+1，并传送给节点i+1；节点i+1根据子矩阵G_{MSR_i+1}中的P_i+1矩阵，恢复出原始信息数据m_i+1；节点i从相邻节点i-1和相邻节点i+1上分别采集数据m_i-1P_i-1和m_i+1P_i+1，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m_i-1P_i-1+m_i+1P_i+1；节点i+1从其相邻节点i和相邻节点i+2上分别采集数据m_iP_i和m_i+2P_i+2，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m_iP_i+m_i+2P_i+2。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1、考虑到存储系统中存储的数据量大，若采用非系统MSR码构造局部性修复编码，数据采集节点若要获取部分原始数据，需要对整个MSR码数据部分进行译码，将增加磁盘I/O开销以及带宽开销，为此在分布式存储系统中采用系统MSR码，存储节点存放原始数据副本，磁盘I/O开销和修复带宽开销比较低。

2、在本发明构造的基于系统最小存储再生码的局部性修复编码结构中，存储节点中冗余数据部分由前后两个存储节点的最小存储再生编码数据部分生成，基于此编码结构，当修复组中存在单节点、两相邻节点以及两不相邻节点故障时，都可以通过前后节点快速实现故障节点数据重构，恢复出故障节点数据。

附图说明

图1是本发明方法对应的基于系统MSR码的局部性修复编码结构图；

图2是本发明方法修复组内存在单节点故障时的节点修复示意图；图2(a)是修复方案一的修复示意图；图2(b)是修复方案二的修复示意图；

图3是本发明方法修复组内存在两不相邻节点故障时的节点修复示意图；

图4是本发明方法修复组内存在两相邻节点故障时的节点修复示意图；

图5是实施例中对应的基于系统MSR码的局部性修复编码结构图；

图6是实施例中修复组内存在单节点故障时的节点修复示意图；图6(a)是修复方案一的修复示意图；图6(b)是修复方案二的修复示意图；

图7是实施例中修复组内存在两不相邻节点故障时的节点修复示意图；

图8是实施例中修复组内存在两相邻节点故障时的节点修复示意图；

下面结合附图和实施例对本发明的方案做进一步详细地解释和说明。

具体实施方式

遵从上述技术方案，本发明的基于系统最小存储再生码的局部性修复编码方法，主要包括以下步骤：

步骤一，构造系统MSR码及其存储结构。

系统MSR码指的是系统最小存储再生码，记分布式存储系统中存储节点的原始信息数据中的信息符号有k位，生成的系统MSR码有n位，在有限域GF(q)中构造(n,k)系统MSR码，其中q代表有限域GF(q)中元素的个数，如果用n(k,q)表示n的最大值，则

当k≥q时，n(k,q)＝k+1；当k＜q时，有

用m＝[m₁ m₂ … m_k]表示分布式存储系统中存储节点的原始信息数据，其中的m₁,m₂,…,m_k表示信息符号；c＝[c₁ c₂ … c_n]表示在分布式存储节点中存储的系统MSR码的生成码字，且c＝m·G_MSR，G_MSR＝[I|P]_k×n表示(n,k)系统MSR码的生成矩阵，其中I为k×k单位矩阵，P为k×(n-k)维子矩阵。

则(n,k)系统MSR码可以表示为：

c＝m·G_MSR＝m·[I|P]_k×n＝[m|mP]

则(n,k)系统MSR码的存储结构可以表示为：

存储节点
	m
mP

设α₁,α₂,…,α_n-k为GF(q)中的n-k个非零元素，则(n,k)系统MSR码的生成矩阵G_MSR可以表示为：

步骤二，构造基于系统MSR码的局部性修复编码。

将步骤一构造出来的(n,k)系统MSR码作为局部码，在分布式存储系统的存储节点中选取f个存储节点构成修复组，在该具有f个存储节点的修复组内构造局部性修复编码，确保最大距离可分(Maximum Distance Separable,MDS)性质以及简单修复特性。具体地，用节点i表示f个存储节点中的第i个节点，m₁,m₂…m_f表示修复组内f个存储节点的原始信息数据，且m_i＝[m_i1,m_i2,…,m_ik]；给定修复组内f个存储节点的(n,k)系统MSR码的生成矩阵G_{MSR_1},G_{MSR_2},…,G_{MSR_f}，得到对应的P₁,P₂,…,P_f；以节点i为例，根据第i个存储节点的原始信息数据m_i和P_i，得到(n,k)系统MSR编码数据m_iP_i；用相邻节点i-1和i+1中存储的(n,k)系统MSR编码数据m_i-1P_i-1和m_i+1P_i+1，得到节点i中存储的局部性修复编码生成的冗余数据m_i-1P_i-1+m_i+1P_i+1；基于(n,k)系统MSR码的局部性修复编码的具体结构如图1所示。由图1可知，(n,k)系统MSR编码数据的生成矩阵G为：

其中G_{MSR_i}＝[I|P_i]_k×n(i＝1,2,…,f)。

冗余数据生成矩阵Q为：

步骤三，修复组内节点故障修复。

下文中描述的三种情况，其中的节点i为f个存储节点的修复组内的任意节点，若在具体的节点修复过程中，节点i的相邻节点i-k≤0(k＝1,2,3)时，则此时相邻节点i-k用节点i+f-k代替；同样地，若在具体节点修复过程中，节点i的相邻节点i+k＞f(k＝1,2,3)，则此时相邻节点i+k用节点i-f+k代替。

情况一：修复组内单节点故障修复

假定存在f个存储节点的修复组内节点i出现故障，如图2所示，可以通过前后三个节点重构节点i中的MSR编码数据m_iP_i和冗余数据m_i-1P_i-1+m_i+1P_i+1。

节点i修复方案有两种，修复方案一，参见图2(a)，节点i-1从节点i-2上采集数据m_i-2P_i-2，与自己存储的数据m_i-2P_i-2+m_iP_i进行异或操作，恢复出数据m_iP_i，并传送给节点i。节点i根据子矩阵G_{MSR_i}中的P_i矩阵，恢复出原始信息数据m_i。同时，节点i从其相邻节点i-1和相邻节点i+1上分别采集数据m_i-1P_i-1和m_i+1P_i+1，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m_i-1P_i-1+m_i+1P_i+1。

修复方案二，参见图2(b)，节点i+1从节点i+2上采集数据m_i+2P_i+2，与自己存储的数据m_iP_i+m_i+2P_i+2进行异或操作，恢复出数据m_iP_i，并传送给节点i。节点i根据子矩阵G_{MSR_i}中的P_i矩阵，恢复出原始信息数据m_i。同时，节点i从其相邻节点i-1和相邻节点i+1上分别采集数据m_i-1P_i-1和m_i+1P_i+1，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m_i-1P_i-1+m_i+1P_i+1。

鉴于图1中基于系统MSR码的局部性修复编码结构，若节点1出现故障，可以通过节点f-1、节点f和节点2实现数据重构，或者通过节点f、节点2和节点3实现数据重构；若节点f出现故障，可以通过节点f-1、节点1和节点2实现数据重构，或者通过节点f-1、节点f-2和节点1实现数据重构。

情况二：修复组内两不相邻节点故障修复

图3给出了分布式存储系统修复组内两不相邻节点故障修复的一般模型，其中两不相邻节点i-1和i+1发生故障。对于故障节点i-1，可以通过前面两个节点i-3、i-2和后面一个节点i实现节点i-1上的数据重构，恢复出原始信息数据m_i-1、系统MSR编码数据m_i-1P_i-1和冗余数据m_i-2P_i-2+m_iP_i；节点i-2从节点i-3上采集数据m_i-3P_i-3，与自己存储的数据m_i-3P_i-3+m_i-1P_i-1进行异或操作，恢复出数据m_i-1P_i-1，并传送给节点i-1。节点i-1根据子矩阵G_{MSR_i-1}中的P_i-1矩阵，恢复出原始信息数据m_i-1。同时，节点i-1从其相邻节点i-2和相邻节点i上分别采集数据m_i-2P_i-2和m_iP_i，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m_i-2P_i-2+m_iP_i。

对于故障节点i+1，可以通过前面一个节点i和后面两个节点i+2、i+3实现节点i+1上的数据重构，恢复出原始信息数据m_i+1和系统MSR编码数据m_i+1P_i+1，以及冗余数据m_iP_i+m_{i+ 2}P_i+2。节点i+2从节点i+3上采集数据m_i+3P_i+3，与自己存储的数据m_i+1P_i+1+m_i+3P_i+3进行异或操作，恢复出数据m_i+1P_i+1，并传送给节点i+1。节点i+1根据子矩阵G_{MSR_i+1}中的P_i+1矩阵，恢复出原始信息数据m_i+1。同时，节点i+1从其相邻节点i和相邻节点i+2上分别采集数据m_iP_i和m_{i+ 2}P_i+2，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m_iP_i+m_i+2P_i+2。

情况三，修复组内两相邻节点故障修复

图4给出了分布式存储系统修复组内两相邻节点故障修复的一般模型，修复组内两相邻节点i和i+1发生故障。对于故障节点i，可以通过节点i-2和节点i-1，重构MSR编码数据m_iP_i，进一步通过MSR编码矩阵G_{MSR_i}，恢复原始信息数据m_i；同样地，故障节点i+1通过节点i+2和i+3重构m_i+1和m_i+1P_i+1。在恢复出编码数据m_iP_i和m_i+1P_i+1的基础上，节点i和i+1相互利用对方MSR编码数据，以及相邻节点i-1和i+2上的编码数据m_i-1P_i-1和m_i+2P_i+2，恢复出冗余数据m_i-1P_i-1+m_i+1P_i+1和m_iP_i+m_i+2P_i+2，实现故障节点上的数据重构。节点i-1从节点i-2上采集数据m_i-2P_i-2，与自己存储的数据m_i-2P_i-2+m_iP_i进行异或操作，恢复出数据m_iP_i，并传送给节点i。节点i根据子矩阵G_{MSR_i}中的P_i矩阵，恢复出原始信息数据m_i。同时，节点i+2从节点i+3上采集数据m_i+3P_i+3，与自己存储的数据m_i+1P_i+1+m_i+3P_i+3进行异或操作，恢复出数据m_i+1P_i+1，并传送给节点i+1。节点i+1根据子矩阵G_{MSR_i+1}中的P_i+1矩阵，恢复出原始信息数据m_i+1。进一步地，节点i从相邻节点i-1和相邻节点i+1上分别采集数据m_i-1P_i-1和m_i+1P_i+1，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m_i-1P_i-1+m_i+1P_i+1。同样地，节点i+1从其相邻节点i和相邻节点i+2上分别采集数据m_iP_i和m_i+2P_i+2，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m_iP_i+m_i+2P_i+2。

从上述步骤可以看出，本发明方法采用如图1所示基于系统MSR码的局部性修复编码结构，存储节点存放原始信息数据、系统MSR编码数据以及局部性修复编码生成的冗余数据。当修复组内存在单节点故障、两相邻节点故障以及两不相邻节点故障时，都可以通过前后节点快速实现故障节点数据重构，恢复出故障节点数据。

实施例：

本实施例为在有限域GF(8)中构造(7,4系)统MSR码，用m＝[m₁ m₂ m₃ m₄]表示分布式存储系统中存储节点的原始信息数据，其中的m₁,m₂,…,m₄表示信息符号；c＝[c₁ c₂ …c₇]表示在分布式存储节点中存储的系统MSR码的生成码字，且c＝m·G_MSR，这里(7,4)系统MSR码的生成矩阵G_MSR＝[I|P]_4×7，其中I为4×4单位矩阵，P为4×3维子矩阵。(7,4)系统MSR码可以表示为

c＝m·G_MSR＝m·[I|P]_4×7＝[m|mP]

(7,4)系统MSR码的结构可以表示为：

存储节点
	m
mP

设α₁,α₂,α₃为GF(8)中的3个非零元素，则(7,4)系统MSR码的生成矩阵为

将构造出来的(7,4)系统MSR码作为局部码，在分布式存储系统的存储节点中选取f＝10个存储节点构成修复组，在该具有10个存储节点的修复组内构造局部性修复编码，确保MDS性质以及简单修复特性，构造的基于(7,4)系统MSR码的局部性修复编码的具体结构如图5所示。由图5可知，(7,4)系统MSR编码数据的生成矩阵G为：

其中G_{MSR_i}＝[I|P_i]_4×7(i＝1,2,…,10)。

冗余数据生成矩阵Q为：

图6给出了具有10个存储节点修复组中节点5出现故障，有两种修复方案。修复方案一，参见图6(a)，节点4从节点3上采集数据m₃P₃，与自己存储的数据m₃P₃+m₅P₅进行异或操作，恢复出数据m₅P₅，并传送给节点5。节点5根据子矩阵G_{MSR_5}中的P₅矩阵，恢复出原始信息数据m₅。同时，节点5从其相邻节点4和相邻节点6上分别采集数据m₄P₄和m₆P₆，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m₄P₄+m₆P₆，实现故障节点5中的数据重构。

修复方案二，参见图6(b)，节点6从节点7上采集数据m₇P₇，与自己存储的数据m₅P₅+m₇P₇进行异或操作，恢复出数据m₅P₅，并传送给节点5。节点5根据子矩阵G_{MSR_5}中的P₅矩阵，恢复出原始信息数据m₅。同时，节点5从其相邻节点4和相邻节点6上分别采集数据m₄P₄和m₆P₆，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m₄P₄+m₆P₆，实现故障节点5中的数据重构。

图7给出了具有10个存储节点修复组中两不相邻节点4和6故障修复。对于故障节点4，可以通过节点2、节点3和节点5实现节点4上的数据重构，恢复出原始信息数据m₄、系统MSR编码数据m₄P₄和冗余数据m₃P₃+m₅P₅。具体地，节点3从节点2上采集数据m₂P₂，与自己存储的数据m₂P₂+m₄P₄进行异或操作，恢复出数据m₄P₄，并传送给节点4。节点4根据子矩阵G_{MSR_4}中的P₄矩阵，恢复出原始信息数据m₄。同时，节点4从其相邻节点3和相邻节点5上分别采集数据m₃P₃和m₅P₅，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m₃P₃+m₅P₅，实现故障节点4中的数据重构。

对于故障节点6，可以通过节点5和节点7、节点8实现节点6上的数据重构，恢复出原始信息数据m₆和系统MSR编码数据m₆P₆，以及冗余数据m₅P₅+m₇P₇。具体地，节点7从节点8上采集数据m₈P₈，与自己存储的数据m₆P₆+m₈P₈进行异或操作，恢复出数据m₆P₆，并传送给节点6。节点6根据子矩阵G_{MSR_6}中的P₆矩阵，恢复出原始信息数据m₆。同时，节点6从其相邻节点5和相邻节点7上分别采集数据m₅P₅和m₇P₇，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m₅P₅+m₇P₇，实现故障节点6中的数据重构。

图8给出了具有10个存储节点修复组中两相邻节点5和6故障修复。对于故障节点5，节点4从节点3上采集数据m₃P₃，与自己存储的数据m₃P₃+m₅P₅进行异或操作，恢复出数据m₅P₅，并传送给节点5。节点5根据子矩阵G_{MSR_5}中的P₅矩阵，恢复出原始信息数据m₅；同样地，故障节点6通过节点7和节点8重构m₆和m₆P₆，节点7从节点8上采集数据m₈P₈，与自己存储的数据m₆P₆+m₈P₈进行异或操作，恢复出数据m₆P₆，并传送给节点6。节点6根据子矩阵G_{MSR_6}中的P₆矩阵，恢复出原始信息数据m₆。进一步地，节点5从相邻节点4和相邻节点6上分别采集数据m₄P₄和m₆P₆，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m₄P₄+m₆P₆。同样地，节点6从其相邻节点5和相邻节点7上分别采集数据m₅P₅和m₇P₇，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m₅P₅+m₇P₇。至此，实现了故障节点5和故障节点6中的数据重构。

Claims (7)

1.一种基于系统最小存储再生码的局部性修复编码方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一，构造系统MSR码及其存储结构

分布式存储系统中存储节点的原始信息数据中的信息符号有k位，生成的系统MSR码有n位，构造(n,k)系统MSR码，则(n,k)系统MSR码c为：

c＝m·G_MSR

上式中，m＝[m₁ m₂ L m_k]，表示分布式存储系统中存储节点的原始信息数据，m₁,m₂,L,m_k表示信息符号；G_MSR＝[I|P]_k×n，表示(n,k)系统MSR码的生成矩阵，其中I为k×k单位矩阵，P为k×(n-k)维子矩阵；

根据(n,k)系统MSR码c得到(n,k)系统MSR码的存储结构；

步骤二，构造基于系统MSR码的局部性修复编码

将步骤一得到的系统MSR码作为局部码，在分布式存储系统的存储节点中选取f个存储节点构成修复组，在具有该f个存储节点的修复组内构造局部性修复编码；

步骤三，修复组内节点故障修复

根据局部性修复编码对修复组内节点进行故障修复。

2.如权利要求1所述的基于系统最小存储再生码的局部性修复编码方法，其特征在于，所述步骤二的具体实现方法包括：

将步骤一构造出来的系统MSR码作为局部码，给定修复组中f个存储节点的原始信息数据m₁,m₂,L,m_f；给定修复组中f个存储节点的系统MSR码的生成矩阵G_{MSR_1},G_{MSR_2},L,G_{MSR_f}，得到对应的P₁,P₂,L,P_f；节点i为f个存储节点中的第i个存储节点，根据第i个存储节点的原始信息数据m_i和P_i，得到系统MSR编码数据m_iP_i；用相邻节点i-1和i+1中存储的系统MSR编码数据m_i-1P_i-1和m_i+1P_i+1，得到节点i中存储的局部性修复编码生成的冗余数据m_i-1P_i-1+m_i+1P_i+1。

3.如权利要求1所述的基于系统最小存储再生码的局部性修复编码方法，其特征在于，所述步骤三中，根据局部性修复编码对修复组内节点进行故障修复，包括修复组内单节点i故障修复、修复组内两不相邻节点i-1和i+1故障修复和修复组内两相邻节点i和i+1故障修复。

4.如权利要求3所述的基于系统最小存储再生码的局部性修复编码方法，其特征在于，所述修复组内单节点i故障修复，其具体方法包括：

节点i-1从节点i-2上采集数据m_i-2P_i-2，与自身存储的数据m_i-2P_i-2+m_iP_i进行异或操作，恢复出数据m_iP_i，并传送给节点i；节点i根据子矩阵G_{MSR_i}中的P_i矩阵，恢复出原始信息数据m_i，节点i从其相邻节点i-1和相邻节点i+1上分别采集数据m_i-1P_i-1和m_i+1P_i+1，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m_i-1P_i-1+m_i+1P_i+1。

5.如权利要求3所述的基于系统最小存储再生码的局部性修复编码方法，其特征在于，所述修复组内单节点i故障修复，其具体方法包括：

节点i+1从节点i+2上采集数据m_i+2P_i+2，与自身存储的数据m_iP_i+m_i+2P_i+2进行异或操作，恢复出数据m_iP_i，并传送给节点i；节点i根据子矩阵G_{MSR_i}中的P_i矩阵，恢复出原始信息数据m_i，节点i从其相邻节点i-1和相邻节点i+1上分别采集数据m_i-1P_i-1和m_i+1P_i+1，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m_i-1P_i-1+m_i+1P_i+1。

6.如权利要求3所述的基于系统最小存储再生码的局部性修复编码方法，其特征在于，组内两不相邻节点i-1和i+1故障修复，其具体方法包括：

对于故障节点i-1，通过节点i-3、i-2和节点i实现节点i-1上的数据重构，恢复出原始信息数据m_i-1、系统MSR编码数据m_i-1P_i-1和冗余数据m_i-2P_i-2+m_iP_i；节点i-2从节点i-3上采集数据m_i-3P_i-3，与自己存储的数据m_i-3P_i-3+m_i-1P_i-1进行异或操作，恢复出数据m_i-1P_i-1，并传送给节点i-1；节点i-1根据子矩阵G_{MSR_i-1}中的P_i-1矩阵，恢复出原始信息数据m_i-1；节点i-1从其相邻节点i-2和相邻节点i上分别采集数据m_i-2P_i-2和m_iP_i，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m_i-2P_i-2+m_iP_i；

对于故障节点i+1，通过节点i和节点i+2、i+3实现节点i+1上的数据重构，恢复出原始信息数据m_i+1和系统MSR编码数据m_i+1P_i+1，以及冗余数据m_iP_i+m_i+2P_i+2；节点i+2从节点i+3上采集数据m_i+3P_i+3，与自己存储的数据m_i+1P_i+1+m_i+3P_i+3进行异或操作，恢复出数据m_i+1P_i+1，并传送给节点i+1；节点i+1根据子矩阵G_{MSR_i+1}中的P_i+1矩阵，恢复出原始信息数据m_i+1；节点i+1从其相邻节点i和相邻节点i+2上分别采集数据m_iP_i和m_i+2P_i+2，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m_iP_i+m_i+2P_i+2。

7.如权利要求3所述的基于系统最小存储再生码的局部性修复编码方法，其特征在于，所述组内两相邻节点i和i+1故障修复，其具体实现方法包括：

对于故障节点i，通过节点i-2和节点i-1，重构系统MSR编码数据m_iP_i，进一步通过MSR编码矩阵G_{MSR_i}，恢复原始信息数据m_i；故障节点i+1通过节点i+2和i+3重构m_i+1和m_i+1P_i+1；在恢复出系统MSR编码数据m_iP_i和m_i+1P_i+1的基础上，节点i和i+1相互利用对方MSR编码数据，以及相邻节点i-1和i+2上的编码数据m_i-1P_i-1和m_i+2P_i+2，恢复出冗余数据m_i-1P_i-1+m_i+1P_i+1和m_iP_i+m_i+2P_i+2，实现故障节点上的数据重构；节点i-1从节点i-2上采集数据m_i-2P_i-2，与自己存储的数据m_i-2P_i-2+m_iP_i进行异或操作，恢复出数据m_iP_i，并传送给节点i；节点i根据子矩阵G_{MSR_i}中的P_i矩阵，恢复出原始信息数据m_i；节点i+2从节点i+3上采集数据m_i+3P_i+3，与自己存储的数据m_i+1P_i+1+m_i+3P_i+3进行异或操作，恢复出数据m_i+1P_i+1，并传送给节点i+1；节点i+1根据子矩阵G_{MSR_i+1}中的P_i+1矩阵，恢复出原始信息数据m_i+1；节点i从相邻节点i-1和相邻节点i+1上分别采集数据m_i-1P_i-1和m_i+1P_i+1，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m_i-1P_i-1+m_{i+ 1}P_i+1；节点i+1从其相邻节点i和相邻节点i+2上分别采集数据m_iP_i和m_i+2P_i+2，并对采集到的数据进行异或操作，得到冗余数据m_iP_i+m_i+2P_i+2。