一種糾錯參數(shù)無限制的陣列糾刪碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及計算機大容量存儲領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種不間斷的高容錯磁盤陣列系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 中福在線即開型彩票是W計算機網(wǎng)絡在線方式發(fā)行銷售的即開型彩票，國際上統(tǒng) 稱為視頻彩票，是中國福利彩票的新型票種和國內(nèi)唯一的視頻彩票，其主要特點是，采用計 算機和通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)為發(fā)行載體，在投注終端上完成彩票銷售，實現(xiàn)在線投兌，并使用中福 在線即開型彩票專用投注卡作為投注介質(zhì)，記錄彩票投注過程和中獎結(jié)果，實現(xiàn)即開、即 兌。福彩中屯、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性需求也在不斷增加，建設(shè)福彩中屯、容災系統(tǒng)工程是一個 相當關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。業(yè)務量的增長和業(yè)務模式的日趨多樣性是使得不能單依靠磁帶庫的備份 來滿足系統(tǒng)出現(xiàn)異?；驗碾y情況時業(yè)務支撐的要求；另一方面，電腦福利彩票銷售系統(tǒng)已 經(jīng)升級為"熱線"系統(tǒng)，銷售規(guī)模不斷擴大，電腦系統(tǒng)的負荷與日俱增。一旦出現(xiàn)故障，如果 不能在短時間內(nèi)恢復，將會造成嚴重的損失。因此，福彩中屯、迫切需要建設(shè)數(shù)據(jù)存儲恢復系 統(tǒng)，提高對數(shù)據(jù)的分析處理能力，并且在主中屯、系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，數(shù)據(jù)存儲恢復系統(tǒng)能在數(shù) 據(jù)零丟失的情況下，于半小時內(nèi)接管主中屯、系統(tǒng)的全部功能。因此，能夠最大限度地支持數(shù) 據(jù)容災而又最小程度地依賴硬件冗余的數(shù)據(jù)存儲恢復系統(tǒng)意義重大。
[0003] 目前針對福利彩票行業(yè)還沒有相關(guān)專用的數(shù)據(jù)存儲備份系統(tǒng)，一般都是采用通 用的容災備份系統(tǒng)，該些通用系統(tǒng)沒有考慮到福利在線彩票系統(tǒng)的特點，存在W下幾個缺 點：
[0004] 1)通用數(shù)據(jù)存儲備份系統(tǒng)的功能較多，針對福利彩票在線系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份該類較為 單一固定的應用，使用不方便；
[0005] 2)如果服務器發(fā)生數(shù)據(jù)丟失，整個數(shù)據(jù)恢復系統(tǒng)不能使用；
[0006] 3)數(shù)據(jù)存儲備份系統(tǒng)維護困難。
[0007] 4)沒有考慮到福利彩票行業(yè)的特殊性。
[0008] 磁盤陣列（RedundantArrayofInexpensiveDisks)，簡稱RAID,是高可靠性存 儲系統(tǒng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵部件。雖然RAID包含多塊磁盤，但是在操作系統(tǒng)下是作為一個獨立 的大型存儲設(shè)備出現(xiàn)。人們在開發(fā)RAID時主要是基于W下設(shè)想，即幾塊小容量硬盤的價格 總和要低于一塊大容量的硬盤，設(shè)計RAID系統(tǒng)的基本思想就是把多個相對便宜的硬盤組 合起來，成為一個磁盤陣列，使性能達到甚至超過一個價格昂貴、容量巨大的硬盤。雖然目 前該一設(shè)想還沒有完全實現(xiàn)，RAID在節(jié)省成本方面的作用還不是很明顯，但是RAID可W充 分發(fā)揮出多塊硬盤的優(yōu)勢，實現(xiàn)遠遠超出任何一塊單獨硬盤的速度和吞吐量。除了性能上 的提高之外，RAID還可W提供良好的容錯能力，當硬盤出現(xiàn)問題的情況時仍然可W繼續(xù)工 作，不會受到損壞硬盤的影響。
[0009] 發(fā)明技術(shù)方案
[0010] 本發(fā)明的目的是實現(xiàn)一種基于編碼的磁盤陣列系統(tǒng)，提供了對數(shù)據(jù)備份高效、可 靠的解決方案，在關(guān)鍵服務器上實現(xiàn)，把數(shù)據(jù)丟失損害降低到最低限度。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案；構(gòu)造一個參數(shù)為（n-t,n-1,t, (n-t)xt/(n-l))的等重碼， 也就是構(gòu)造一個（n-t)X(n-1)的矩陣，使得每行恰好有t個1，而每列恰好為（n-t)Xt/ (n-1)個1，構(gòu)造一個參數(shù)為（n，n-t，t/2+l)的垂直陣列碼；碼長為n，信息位為k，漢明距離 為（n-k)/化1。磁盤陣列中有n個磁盤，則將每個磁盤分為n個塊。用其中編號為k=n-t 個塊作為信息塊，而余下的n-t,…，n-2,n-1的塊作為校驗塊；
[0012] 編碼過程為：
[001引令3。表示陣列中第i行第j列上的元素，把E碼用一個矩陣A= [au]?！痘??！毒?來表示；其中y。用于存儲有效信息，稱為信息元，而校驗元[a i,j]n-t<i<n,0<j<n 由信息元根據(jù)如下步驟生成：
[0014] ①根據(jù)矩陣A，構(gòu)造一個（n-t)X(n-1)的矩陣A'如下：
[0015]
[0016] ②生成一個等重碼C(n-t,n-1,t, (n-t)Xt/ (n-1))，既在矩陣A' 上選擇（n-t)Xt 個元素，我們把該些元素表示成Cu，具體表示如下：
[0017]
[0018] ⑨將該些元素隨機的劃分為t個集合，如下所示：
[0019] D。：[d。，。，d0，i'''d0，n-t-i]
[0020] [di,0, di,i…di,n-t-i]
[0021] ......
[002引Dk-i:[屯_1,。, dt_i, i'''dt_i,n-t-i]
[002引④E碼的校驗元au就可w由如下公式生成：
[0024]
i=11-k..-n-\,J= 0...n-l
[0025] 所述du所對應的是一個A'中的元素，要經(jīng)過一個相對坐標變換才能夠得到原始 矩陣A中所對應的元素；
[0026] 糾錯過程為：
[0027] 陣列中存在m《t/2列刪除錯，按照如下步驟回復所有m列刪除錯：
[002引①將陣列中所有的校驗元的狀態(tài)標記為呵用'；
[0029] ②隨機選擇一個狀態(tài)為'可用'的校驗元au，檢查它所校驗的信息元 是否被刪除。如果其中沒有信息元被刪除，那么將此校驗元標記為'無用'；如果 其中有且僅有一個信息元被刪除，同樣將此校驗元標記為'無用'，并且此被刪除 的信息元則可由如下公式恢復：
[0030] ⑨重復第二步，直到陣列中不再有狀態(tài)為'可用'的校驗元，或者所有狀態(tài)為'可 用'的校驗元都校驗了至少兩個被刪除的信息元。
[0031] 采用上述技術(shù)方案，作為陣列碼的一種，E碼的編譯碼過程中都只用到了異或運 算，而異或運算的時間復雜度遠遠低于有限域運算。因此E碼的容錯能力遠遠高于傳統(tǒng)的 陣列碼，其容錯能力大約在幾十該個數(shù)量級。
【附圖說明】
[0032] 圖1為E碼磁盤陣列布局構(gòu)成示意圖。
[0033] 圖2為文件切割規(guī)則示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合具體實施例作進一步詳述：
[0035] 在E碼中，數(shù)據(jù)將會存放在一個nXn的陣列中。具體到磁盤陣列中，假設(shè)磁盤陣 列中有n個磁盤，則將每個磁盤分為n個塊。用其中編號為k=n-t個塊作為信息塊，而余 下的n-t，…，n-2,n-1的塊作為校驗塊。
[0036] 一"1#~體的。=12，& = 8,心4感盤陣列實例如圖1所示：E碼就是一個參數(shù) 為（']乂蘭廠+U，或者["知/2+口的陣列碼，意味著B碼的碼長為"，能夠容納A 列的有效信息，用t=n-k列的校驗信息獲得t/2列的容錯能力。
[0037] 在構(gòu)造E碼的過程中有一個關(guān)鍵的問題是要想辦法構(gòu)造一個二維等重碼。等重 碼是一個在通訊領(lǐng)域廣泛討論的編碼，一個等重碼是指一組有著相同漢明重量的向量， 而二維等重碼則是一個在行和列兩個維度上都有著相同漢明距離的矩陣。一個參數(shù)為 (n，m，i，j)的二維等重碼是指一個n行m列的二進制矩陣，它每行有且僅有i個1，而每列 也有且僅有j個1。既行重恒等于i，列重恒等于j。因為它的每行和每列的重量是相等的， 由此，我們把該個基于等重碼的全新的陣列碼命名為E碼。
[003引如果我們要構(gòu)造一個參數(shù)為（n-t，n-l，t，（n-t)Xt/(n-l))的等重碼，也就是構(gòu) 造一個（n-t)X(n-1)的矩陣，使得每行恰好有t個1，而每列恰好為（n-t)Xt/(n-1)個1， 該樣我們就可W構(gòu)造一個參數(shù)為（n,n-t,t/2+1)的E碼。
[0039]等重碼的構(gòu)造是E碼構(gòu)造的基礎(chǔ)。若（n-t)Xt能夠整除（n-1)，那么我們可W按 照如下步驟成功構(gòu)造出一個參數(shù)為（n-t，n-l，t，（n-t)Xt/(n-l))的等重碼：
[0040] 1.將（n-t)X(n-1)矩陣第0列至第t-1列的所有元素賦值為1，其他元素賦值為 0.
[0041]2.對j從t到n-1，計算矩陣第j列的列重量，若第j列的列重量小于（n-t)Xt/ (n-1)，那么必有 =0，ai，j，= 1 使得wei曲tj，〉(n-t)Xt/(n-l)，則賦值ai，j=l，ai，j，= 0。
[00創(chuàng) 3.重復第二步，直到矩陣每列的列重量均等于（n-t)xt/(n-l)，至此，我們得到 了參數(shù)為（n-t，n-l，t(n-t)Xt/(n-l))的等重碼。
[00創(chuàng)機械地按照W上步驟進行就可W得到一個（n-t，n-l，t，（n-t)Xt/(n-l))等重 碼，但是滿足該樣參數(shù)的等重碼并不是唯一的。我們可W隨機的交換所得到的等重碼中的 某些行或某些列，該并不改變其等重的性質(zhì)，卻可W給我們更多的選擇。
[0044] E碼的編碼過程
[0045] 令au表示陣列中第i行第j列上的元素，該樣我們就可W把E碼用一個矩陣A=
[aij]ci<i<n，?！毒衼肀硎?。其中i<n-t，cisu<n用于存儲有效信息，稱為信息元，而校驗元 [au]n-t< Kn由信息元根據(jù)如下步驟生成：
[0046] 1.根據(jù)矩陣A，構(gòu)造一個（n-t)X(n-1)的矩陣A'如下：
[0047]
[0048] 2.生成一個等重碼C(n-t,n-1,t, (n-t)Xt/ (n-1))，既在矩陣A' 上選擇（n-t