分布式存储系统中数据快速修复的纠删码

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1、：，ｉｉ…分类号Ｄ２００９７７５９９学号一１０４８７．１学巧代巧密级＾辜个科敕巧１＃±学位论文分布式館織巾数据快速値的姻码学位申请人：柳青学科专业：计算机系统结构ｉ指导教师：泻丹教授ｊ＾ｍ答辩日期；２０１７年５月２１日、？１－－ｆ乂ＤｉｓｓｅｄａｄｏｎＳｕｂｍｉｔｅｄｉｎＰａｒｔｉａｌＦｕｌｆｉｌｌｍｅｎｔｏｆｔｈｅＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅＤｅｒｅｅｏｆＤｏｃｔｏｒｏｆＰｈｉｌｏｓｏｈｉｎ

2、ＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｐｙｇｇＥｒａｓｕｒｅＣｏｄｅｓｆｏｒＦａｓｔＤａｔａＲｅａｉｒｉｎｉｎｐｇＤｉｓｔ：ｒｉｂｕｔｅｄＳｔｏｒａｇｅＳｙｓｔｅｍｓＰｌｉ．Ｄ．Ｃａｎｄｉｄａｌ；ｅ：ＱｉｎＬｉｕｇＭａｏｒｕｔｅｒＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ：ＣｏｍｊｐＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＤａｎＦｅｎｇＨｕａｚｈｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｇｙＷｕｈａｎ４３００７４Ｐ．化Ｃｈｉｎａ，Ｍａｙ２０１７

3、，独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文储签备曰期：月ｆ＾学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部鬥或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本

4、人授权华中科技大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□＿，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密＂＂（请在＾上方框内打Ｖ）＾学位论文作者签名指导教师签名：曰期：＞＾ｙ日曰期：沪月曰＾下＾华中科技大学博壬学位论文摘要为防止因设备故障和网络中断而导致的数据不可用，纠删码广泛地用于分布式存储系统中保证数据可靠性；。传统的纠删码会遇到修复开销大的问题修复过程所需要的数据量远大于失效数

5、据量。大量的修复数据会消耗宝贵的磁盘Ｉ／Ｏ和网络带宽，一种不稳定的窗口期并将系统长期暴露在，使得任何额外故障将可能导致不可恢复一的数据丢失，间接地降级了系统的可靠性些减少数据修。近期研究人员也提出了复开销的纠删码，但它们或牺牲了最小存储开销等有益性质，或只能应用于某些特定的编码系数上。另外，纠删码在数据编码和数据修复时需要消耗大量的计算资源，如何减少计算开销也是纠删码领域的研巧重点。本文对分布式存储系统上数据快速修复的纠删码从两个方面展开研究：构建具有灵活参数、减少修复开销的纠删码和

6、减少数据编码和数据修复时的计算开销。本文主要贡献包括下王点：一一提出一ＧＦＲ码类新的再生码。ＧＦＲ码通过个权衡参数实现分布式存储系统中存储开销和修复开销的权衡，使得其既可Ｗ达到理论最小存储开销、最小修复开销一，也可Ｗ达到他们之间的平衡。ＧＦ艮码还使用种启发式算法寻找到修复单点失效数据的最小修复开销一，并利用个阔值控制了启发式算法中搜索空间和搜索时间的权衡。经实验分析，基于ＧＦ民码的分布式存储系统比基于ＲＡ阻码的系统具有更高的可靠性。ＧＦＲ码在实际系统中可达到理论上最优或近似最优的修复开销

7、，其数据编码性能和ＦＭＳＲ码相近。一提出种矩阵和数据块在有限域上的快速乘法算法一预排移位乘法（ＳＳＭ）。预排移位乘法通过合理调度运算顺序，合并了在计算矩阵和数据块乘法时的相同计算，减少了纠删码在有限域上数据编码和数据修复时的计算开销，。实验证明预排移位乘法比传统算法具有更小的预测分支，预排移位乘法能提高ＲＳ编码速度和提高ＧＦＲ．码的数据编码速度和数据修复速度。通过对ＧＦＲ码修复性能分析，预排移位乘法对ＧＦ民码修复开销影响很小。一提出了类最小存储开销下最优修复开销的纠删码一Ｚ码レ

8、ッ置换矩阵为。Ｚ码元矩阵，可Ｗ组合构造出具有最优修复开销的生成矩阵。Ｚ码还利用矩阵的张量乘Ｉ华中科技大学博去学位论文积，可迭代地构造出任意参数下的生成矩阵，并保持了其最优修复开销。另外，Ｚ码是系统码，因此数据编码后原始数被保留。它们还具有更新开销低和计算开销小等优点。Ｚ码的参数选择灵活，理论上可实现任意高的存储效率和容错能力。ＧＺ码ｔＵ是Ｚ码在有限域上的扩展