【摘 要】
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Ceph分布式存储系统基于完全分布的设计思想,消除了系统对单一中心节点的依赖,实现了统一的高性能数据存储。利用廉价的普通服务器搭建Ceph分布式存储系统成为一种高效的大数据存储解决方案。但随着系统规模增大,存储节点发生故障的现象愈发常见,导致数据不可读甚至丢失的风险提升。因此需要设计更为高效、可靠的数据冗余机制,保障数据的安全性和可靠性,提高Ceph集群故障节点修复性能。现有的分布式存储系统通常使
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Ceph分布式存储系统基于完全分布的设计思想,消除了系统对单一中心节点的依赖,实现了统一的高性能数据存储。利用廉价的普通服务器搭建Ceph分布式存储系统成为一种高效的大数据存储解决方案。但随着系统规模增大,存储节点发生故障的现象愈发常见,导致数据不可读甚至丢失的风险提升。因此需要设计更为高效、可靠的数据冗余机制,保障数据的安全性和可靠性,提高Ceph集群故障节点修复性能。现有的分布式存储系统通常使用多副本或纠删码进行数据冗余。副本技术将数据复制成多份,置于不同节点保存,存储利用率较低,容易造成存储空间的巨大浪费。RS纠删码基于多项式运算,生成数据块的冗余校验块,能够有效节约系统的存储空间。但RS码修复单个节点的磁盘I/O和网络带宽过大,且运算复杂度较高,无法适用于大规模分布式存储系统。局部修复码从减少修复过程参与节点的角度进行了改进,对节点进行分组冗余,有效降低了单节点修复过程的磁盘I/O。本文重点研究了局部修复码的构造原理,对局部修复码进行了性能对比分析,并针对局部修复码无法优化同一局部组多节点故障修复的问题,提出了一种基于Clay码的局部修复编码方案,主要研究内容如下:（1）研究局部修复码的构造原理和最优性判定方法,对比分析不同参数的局部修复码在存储效率、修复开销和容错能力等方面的性能差异,为后续系统测试提供理论基础。（2）对Ceph分布式存储系统中的局部修复码容错机制进行了重点研究。在分析Ceph分布式数据存储原理的基础上,通过研读代码研究了局部修复码在Ceph系统中的实现及调用方法。并搭建Ceph分布式存储系统作为实验测试平台,设计测试用例,对不同参数局部修复码的性能表现进行了测试和分析。理论分析和测试结果表明,相较RS纠删码,局部修复码在牺牲存储效率的前提下,能够降低节点修复开销,提高节点容错能力和修复效率。（3）为了降低系统修复过程的传输带宽和磁盘I/O,基于局部分组的思想,提出一种以Clay码为基础构造的局部修复编码方案,对存储节点进行局部分组,分组内部节点采用Clay码的编码结构,并给出该方案的修复策略。性能分析表明,提出的编码方案具有较小的存储开销,在有效减小修复局部性的同时能够进一步降低修复带宽,实现多个故障节点的局部性修复。
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