CN106302573A - 一种采用擦除码处理数据的方法、系统及装置 - Google Patents

一种采用擦除码处理数据的方法、系统及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用擦除码处理数据的方法、系统及装置，将数据进行擦除码处理的过程拆分为两个部分，其中的擦除码乘法运算部分由分布式存储系统中所设置的编码节点完成，而擦除码加法运算部分则由分布式存储系统所设置的存储节点完成，从而减轻了计算节点的擦除码处理的计算量，将部分擦除码处理的计算量在编码节点中完成，从而实现在分布式存储系统中的分布式擦除码的数据处理，提高分布式存储系统中数据进行擦除码编解码的效率。

Description

一种采用擦除码处理数据的方法、系统及装置
技术领域
本发明涉及计算机网络技术，特别涉及一种采用擦除码处理数据的方法、系统及装置。
背景技术
随着计算机技术的发展，需要保证计算机的数据不丢失。为了保证计算机的数据不丢失，采用擦除码处理数据。采用擦除码处理数据的具体过程为：使用擦除码方式处理原始信息，得到原始信息对应的编码信息。擦除码实际上是建立一个数学方程来描述一组数据，以保证可以检测该组数据的准确性且在该组数据丢失时可以恢复。具体地说，擦除码是一种前向纠错编码，它将一个由K个符号组成的原始信息编码成由(K+M)个符号组成的编码信息，这里K>0，M>0，当编码信息丢失的符号数不超过M时，可以由剩下编码信息中的任何K个符号，通过解码得到原始信息。
在分布式存储系统中，采用擦除码处理数据时，主要用于处理不被经常访问的数据的冗余备份。无论是采用擦除码对数据进行编码还是解码，都是在分布式存储系统中选择一个特定的节点作为编解码的计算节点，该计算节点从系统中的其他节点将要处理的数据读取到自身后，采用擦除码进行编解码运算，然后再将编解码后的数据再分发到对应的其他节点上存储，如图1所示，图1为现有技术提供的采用擦除码处理数据的网络架构一示意图，这种模式被称为单节点模式。
采用上述单节点模式进行数据的擦除码编解码时，存在着缺点：由分布式存储系统中的计算节点完成整个分布式存储系统中的数据的擦除码编解码操作，而在进行擦除码编解码过程中，存在着大量的矩阵计算，单个计算节点的计算性能会阻塞整个系统中的数据编解码的计算效率，从而成为整个系统中的数据编解码的处理速率瓶颈。
为了克服上述缺点，可以在分布式存储系统中，选择多个计算节点，分别计算整个系统中的部分数据的擦除码编解码过程，这种模式称为多节点模式，如图2所示，图2为现有技术提供的采用擦除码处理数据的网络架构二示意图。如图所示，在系统中设置了多个计算节点，每个计算节点完成系统中的部分节点中数据的擦除码编解码过程，图2所示的网络架构实际上就是图1所示的网络架构的简单层叠。
采用多节点模式进行数据的擦除码编解码，比采用单节点模式进行数据的擦除码编解码，虽然可以提高整个系统中的数据编解码的计算效率。但是，对于某一节点的数据都是由所属的计算节点完成擦除码的编解码，计算节点的计算性能仍然成为整个系统中的数据编解码的处理速率瓶颈，整个系统中的数据编解码的处理速率也无法进一步提高。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种采用擦除码处理数据的方法，该方法能够提高分布式存储系统中数据进行擦除码编解码的效率。
本发明实施例还提供一种采用擦除码处理数据的系统，该系统能够提高分布式存储系统中数据进行擦除码编解码的效率。
本发明实施例还提供一种采用擦除码处理数据的装置，该装置能够分布式存储系统中数据进行擦除码编解码的效率。
根据上述目的，本发明是这样实现的：
一种采用擦除码处理数据的方法，该方法应用在分布式存储系统中，包括：
分布式存储系统中的各个节点设置擦除码处理数据的矩阵；
在对数据进行擦除码处理时，设置的编码节点采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算后，将乘法运算结果发送给所设置的存储节点；
所述存储节点汇总接收到的数据的乘法运算结果，进行加法运算，得到数据的擦除码处理结果。
该方法还包括：
所述存储节点将得到数据的擦除码处理结果进行存储。
所述擦除码为系统性擦除码或非系统性擦除码。
所述对数据进行擦除码处理为对数据进行擦除码的编码或进行擦除码的解码，其中，
当进行擦除码的编码时，所述由编码节点采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算为直接计算；
当进行擦除码的解码时，所述由编码节点采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算为：采用擦除码处理数据的矩阵的逆与数据进行乘法运算。
一种采用擦除码处理数据的系统，包括：编码节点及存储节点，其中，
编码节点，用于设置擦除码处理数据的矩阵，采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算后，将乘法运算结果发送给存储节点；
存储节点，用于汇总接收到的数据的乘法运算结果，进行加法运算，得到数据的擦除码处理结果。
所述存储节点，还用于将得到数据的擦除码处理结果进行存储。
所述编码节点，还用于当进行擦除码的编码时，所述采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算为直接计算；当进行擦除码的解码时，采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算为：采用擦除码处理数据的矩阵的逆与数据进行乘法运算。
一种采用擦除码处理数据的装置，包括：编码节点，包括：存储单元、计算单元及收发单元，其中，
存储单元，用于存储擦除码处理数据的矩阵及数据；
计算单元，用于采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算；
收发单元，用于将乘法运算结果发送给计算节点。
所述计算单元，还用于当进行擦除码的编码时，采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算为直接计算；当进行擦除码的解码时，采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算为：采用擦除码处理数据的矩阵的逆与数据进行乘法运算。
一种采用擦除码处理数据的装置，包括：第二收发单元及第二计算模块，其中，
第二收发单元，用于接收数据的乘法运算结果；
第二计算单元，用于汇总数据的乘法运算结果，进行擦除码处理数据的加法运算，得到数据的擦除码处理结果。
由上述方案可以看出，本发明实施例将数据进行擦除码处理的过程拆分为两个部分，其中的擦除码乘法运算部分由分布式存储系统中所设置的编码节点完成，而擦除码加法运算部分则由分布式存储系统所设置的存储节点完成，从而减轻了计算节点的擦除码处理的计算量，将部分擦除码处理的计算量在编码节点中完成，从而实现在分布式存储系统中的分布式擦除码的数据处理，提高分布式存储系统中数据进行擦除码编解码的效率。
附图说明
图1为现有技术提供的采用擦除码处理数据的网络架构一示意图；
图2为现有技术提供的采用擦除码处理数据的网络架构二示意图；
图3为数据进行擦除码的计算过程示意图；
图4为本发明实施例采用擦除码处理数据的方法流程图；
图5为本发明实施例提供的采用擦除码处理数据的系统结构示意图；
图6为本发明实施例提供的采用擦除码处理数据的装置一结构示意图；
图7为本发明实施例提供的采用擦除码处理数据的装置二结构示意图；
图8为本发明实施例提供的擦除码分布式计算模式例子示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
根据擦除码处理数据的原理得知，如果是编码，则首先要获取数据，然后将数据与所设置的编码矩阵进行运算，最后得到编码结果。如果是解码，则首先获取编码结果，然后将编码结果与所设置的编码矩阵的逆进行运算，最后得到数据。如图3所示，图3为数据进行擦除码的计算过程示意图，擦除码的计算原理，就是一个由矩阵与列向量的乘积，将需要处理的数据设置到计算节点的列向量中，然后由计算节点计算所设置的矩阵与列向量的乘积。无论是数据的擦除码编码还是数据的擦除码解码，都是大矩阵的计算，所需要的计算量很大。
采用背景技术的单节点模式或多节点模式的共同缺点就是，需要跨越分布式存储系统中的各个其他节点，获取到数据，由单个的所设置的计算节点完成整个的擦除码的编解码计算过程，再将结果反馈给对应的其他节点，单个的计算节点的计算性能成为整个系统中的数据编解码的处理速率瓶颈，整个系统中的数据编解码的处理速率也无法进一步提高。
为了克服单个的计算节点的计算性能成为整个系统中的数据编解码的处理速率瓶颈的问题，使得整个系统中的数据编解码的处理速率进一步提高，本发明实施例将数据进行擦除码处理的过程拆分为两个部分，其中的擦除码乘法运算部分由分布式存储系统中所设置的编码节点完成，而擦除码加法运算部分则由分布式存储系统所设置的存储节点完成，从而减轻了计算节点的擦除码处理的计算量，将部分擦除码处理的计算量在编码节点中完成，从而实现在分布式存储系统中的分布式擦除码的数据处理，提高分布式存储系统中数据进行擦除码编解码的效率。
图4为本发明实施例采用擦除码处理数据的方法流程图，其具体步骤为：
步骤401、将擦除码处理数据的矩阵设置在分布式存储系统中的各个节点上；
步骤402、在对数据进行擦除码处理时，由所设置要处理数据的编码节点采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算后，将乘法运算结果发送给分布式存储系统中的所设置存储数据的存储节点；
步骤403、所述存储节点汇总接收到的数据的乘法运算结果，进行加法运算，得到数据的擦除码处理结果。
在该步骤中，存储节点可以将得到数据的擦除码处理结果进行存储。
在该步骤中，擦除码为系统性擦除码或非系统性擦除码，其中，系统性擦除码为经过编码后的初始编码信息中包含原始信息；非系统性擦除码为经过编码后的初始编码信息中不包含原始信息。较佳地，为了防止原始信息被破解，采用的擦除码为非系统性擦除码。
在该步骤中，所述对数据进行擦除码处理为对数据进行擦除码的编码或进行擦除码的解码，其中，当进行擦除码的编码时，所述由编码节点采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算为直接计算；当进行擦除码的解码时，所述由编码节点采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算为：采用擦除码处理数据的矩阵的逆与数据进行乘法运算。
在本发明实施例中，分布式存储系统中所设置的编码节点，可以是当前具有数据的任一节点，所述设置的存储节点，是要存储数据的擦除码处理结果。
图5为本发明实施例提供的采用擦除码处理数据的系统结构示意图，包括：编码节点及存储节点，其中，
编码节点，用于设置擦除码处理数据的矩阵，采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算后，将乘法运算结果发送给存储节点；
存储节点，用于汇总接收到的数据的乘法运算结果，进行加法运算，得到数据的擦除码处理结果。
在该系统中，存储节点，还用于将得到数据的擦除码处理结果进行存储。
在该系统中，编码节点，还用于擦除码为系统性擦除码或非系统性擦除码。
在该系统中，编码节点，还用于当进行擦除码的编码时，所述采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算为直接计算；当进行擦除码的解码时，采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算为：采用擦除码处理数据的矩阵的逆与数据进行乘法运算。
图6为本发明实施例提供的采用擦除码处理数据的装置一结构示意图，该装置为编码节点，包括：存储单元、计算单元及收发单元，其中，
存储单元，用于存储擦除码处理数据的矩阵及数据；
计算单元，用于采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算；
收发单元，用于将乘法运算结果发送给计算节点。
在该装置中，计算单元，还用于擦除码为系统性擦除码或非系统性擦除码。
在该装置中，计算单元，还用于当进行擦除码的编码时，采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算为直接计算；当进行擦除码的解码时，采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算为：采用擦除码处理数据的矩阵的逆与数据进行乘法运算。
图7为本发明实施例提供的采用擦除码处理数据的装置二结构示意图，该装置为存储节点，包括第二收发单元及第二计算模块，其中，
第二收发单元，用于接收数据的乘法运算结果；
第二计算单元，用于汇总数据的乘法运算结果，进行擦除码处理数据的加法运算，得到数据的擦除码处理结果。
在该装置中，还包括第二存储单元，用于将得到数据的擦除码处理结果进行存储。
在该装置中，第二计算单元，还用于擦除码为系统性擦除码或非系统性擦除码。
举一个具体例子对本发明实施例进行说明
根据图3所示，对数据进行擦除码编码过程时的计算公式为：
Ck+i＝Mk+i,1*D1+Mk+i,2*D2+…+Mk+i,k*Dk，其中，
Ck+i为进行擦除码编码得到的结果，表示第k+i个数据的擦除码编码结果，Dk为第k个数据，Mk+i,k为所设置的擦除码矩阵中第k+i行第k列的数值。
对第(k+i)个擦除码编码块，采用本发明实施例，过程为：
第一个步骤，对于k个数据块，分别进行如下操作，
在存储数据块Dj的编码节点上，进行乘法计算，Mk+i,j*Dj，其中j为大于0小于等于k；将得到的乘法运算结果发送给所设置的存储节点；
第二个步骤，所设置的存储节点汇总所有编码节点发送的Mk+i,j*Dj，然后求和后，作为Ck+i的结果，进行存储。
上述的具体过程如图8所示，图8为本发明实施例提供的擦除码分布式计算模式例子示意图。
这里只是列举了数据进行擦除码编码的例子，对于数据进行擦除码解码的例子类似，只不过在计算时，计算的是Mk+i,j -1*Dj，也就是擦除码编码数据的矩阵的逆与数据的乘法运算。
以下举一个例子说明数据进行擦除码解码的具体过程。
假设分布式存储系统中检测出擦除码编码的数据丢失，则需要进行擦除码解码操作以恢复原始数据，过程为：
第一个步骤：假设当前分布式存储系统中的数据条带经过编码的数据的数据量应该为K+M块，判断丢失的数据块数是否小于或等于M，如果大于，则无法进行擦除码解码，结束本流程；否则，则继续后续步骤；
第二个步骤，假设第(k+m)个数据块C k+m丢失，则存储模块从剩余的数据块中任意选取k个数据块，k大于等于0，小于等于K，指示对应的编码模块进行擦除码解码操作，这k个数据块分别为：D1D2…Dj…Dk，则在这k个数据块所在的编码节点上分别计算：M x,j*Dj，其中M x,j为Dj在解码矩阵中对应的数值，并且把计算结果发往要保存恢复第k+m个数据块的存储节点Node k+m上，由存储节点Node k+m进行汇总求和计算后，得到最终经过擦除码解码后的原始数据。
可以看出，本发明实施例通过拆解擦除码的计算过程，将数据的编解码过程的乘法部分分布到分布式存储系统中的各个编码节点中，充分利用了各个编码节点的计算资源，加快了编解码的速度，提高了使用的效率。
本发明实施例实施例在传输数据过程中，只是有编码节点在计算过程中传输已经进行乘法运算的部分数据，且计算的最终结果保存在存储节点中，无需像现有技术那样再继续转发，节省了分布式存储系统的网络宽带。
以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采用擦除码处理数据的方法，其特征在于，该方法应用在分布式存储系统中，包括：
分布式存储系统中的各个节点设置擦除码处理数据的矩阵；
在对数据进行擦除码处理时，设置的编码节点采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算后，将乘法运算结果发送给所设置的存储节点；
所述存储节点汇总接收到的数据的乘法运算结果，进行加法运算，得到数据的擦除码处理结果。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
所述存储节点将得到数据的擦除码处理结果进行存储。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述擦除码为系统性擦除码或非系统性擦除码。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对数据进行擦除码处理为对数据进行擦除码的编码或进行擦除码的解码，其中，
当进行擦除码的编码时，所述由编码节点采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算为直接计算；
当进行擦除码的解码时，所述由编码节点采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算为：采用擦除码处理数据的矩阵的逆与数据进行乘法运算。
5.一种采用擦除码处理数据的系统，其特征在于，包括：编码节点及存储节点，其中，
编码节点，用于设置擦除码处理数据的矩阵，采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算后，将乘法运算结果发送给存储节点；
存储节点，用于汇总接收到的数据的乘法运算结果，进行加法运算，得到数据的擦除码处理结果。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述存储节点，还用于将得到数据的擦除码处理结果进行存储。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述编码节点，还用于当进行擦除码的编码时，所述采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算为直接计算；当进行擦除码的解码时，采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算为：采用擦除码处理数据的矩阵的逆与数据进行乘法运算。
8.一种采用擦除码处理数据的装置，其特征在于，包括：编码节点，包括：存储单元、计算单元及收发单元，其中，
存储单元，用于存储擦除码处理数据的矩阵及数据；
计算单元，用于采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算；
收发单元，用于将乘法运算结果发送给计算节点。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述计算单元，还用于当进行擦除码的编码时，采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算为直接计算；当进行擦除码的解码时，采用擦除码处理数据的矩阵与数据进行乘法运算为：采用擦除码处理数据的矩阵的逆与数据进行乘法运算。
10.一种采用擦除码处理数据的装置，其特征在于，包括：第二收发单元及第二计算模块，其中，
第二收发单元，用于接收数据的乘法运算结果；
第二计算单元，用于汇总数据的乘法运算结果，进行擦除码处理数据的加法运算，得到数据的擦除码处理结果。
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