[发明专利]对称部分重复码的矩阵构造方法及故障节点修复方法

说明书

本发明属于计算机领域，公开了一种对称部分重复码的矩阵构造方法及故障节点修复方法。对称部分重复码的矩阵构造方法主要是根据爪形矩阵s₁，构造调节矩阵s₂，然后将爪形矩阵s₁和调节矩阵s₂对应位置上的元素相加，得到对称部分重复码的关联矩阵s，进而完成对称部分重复码的矩阵构造。所构造的对称部分重复码的系统存储率高，而且在修复单故障节点有多种修复度为2的修复方案。当任意两个节点发生故障也存在节点的修复度为2的修复方案。相比于传统的部分重复码，节点修复时磁盘I/O开销相对较小，能容两节点故障，且该码构造过程简单，极易推广，可操作性强。

技术领域

本发明属于计算机领域，具体涉及一种对称部分重复码的矩阵构造方法及故障节点修复方法。

背景技术

信息数据的海量化使得分布式存储系统规模变大，为了确保数据的可用性和可靠性，存储系统通常采用“复制”和“纠删码”策略生成冗余数据，而“复制”的冗余策略产生的存储代价过高；纠删码虽然可以使分布式存储系统的存储开销达到最优，但是在修复单个故障节点过程中必须还原整个文件，带宽开销过大。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，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。而部分重复码融合了复制和再生码技术，使得修复故障节点时只需从部分存活节点下载少量数据块，并将下载的数据块传输给新节点无需其他运算操作即可完成故障节点的修复，修复复杂度低。

针对成对平衡设计构造FR码或基于不完全平衡区组设计，均需满足复杂的参数要求，而基于超图染色构造FR码和基于投影几何构造的FR码构造过程繁琐，且根据图的几何性质有一定参数限制。由于存储系统中存储的数据量大，存储节点数增多，若采用传统部分重复码的构造方法，当单节点出现故障时，故障节点修复方案单一且修复过程中的磁盘I/O开销较大，同时系统的容错能力较低，不满足当前时代对存储节点的要求。如传统的基于正则图构造的部分重复码和基于超图构造的部分重复码，均只能修复单节点故障且节点修复度为节点存储容量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对称部分重复码的矩阵构造方法及故障节点修复方法，用以解决现有技术中部分重复码构造方法复杂、节点修复过程中修复局部性大，容错能力小和节点修复选择性小等问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种对称部分重复码的矩阵构造方法，包括如下步骤：

步骤1：将原始文件分成k个原始数据块，对k个原始数据块进行(n,k)MDS编码，得到n个编码块C₁,C₂,…，C_n，其中n≥4且n，k为正整数；

步骤2：构造n阶爪形矩阵s₁，根据s₁构造n阶调节矩阵s₂；

步骤3：将n阶矩阵s₁和n阶调节矩阵s₂对应位置上的元素逻辑相加，得到对称部分重复码的n阶关联矩阵s，关联矩阵s的行表示节点，关联矩阵s的列表示编码块，s_ij表示s中的元素，若s_ij＝1则第i个节点存有编码块C_j，若s_ij＝0则第i个节点不存编码块C_j，获取每个节点存有的编码块，完成对称部分重复码的构造。

进一步的，根据s₁构造到n阶调节矩阵s₂包括如下子步骤：

步骤a：根据矩阵s₁，去掉s₁的最后一列和最后一行得到n-1阶矩阵s₃；

步骤b：获取矩阵s₃的最后一行向量，并在最后一行的末尾添0元素，得到行向量m；