專利名稱：基于(d,k)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于(d，k)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu) 的數(shù)據(jù)存儲方法。
背景技術(shù)：
目前信息技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)從面向計算為中心的架構(gòu)，轉(zhuǎn)向以存儲為中心的架構(gòu)。這 樣的轉(zhuǎn)變是隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的逐步發(fā)展壯大而日益產(chǎn)生的海量信息產(chǎn)生的，海量信息面臨著 處理、存儲、共享等問題。在數(shù)據(jù)存儲過程中，為了解決單塊磁盤的數(shù)據(jù)可靠性和性能問題，人們提出了 RAID 技術(shù)。RAID 是“Redundant Array of Independent Disk”的縮寫，中文意思是獨立冗 余磁盤陣列。冗余磁盤陣列技術(shù)誕生于1987年，由美國加州大學(xué)伯克利分校提出。簡單地解釋RAID磁盤陣列，就是將N臺硬盤通過RAID Controller (分硬件、軟 件)結(jié)合成虛擬單臺大容量的硬盤使用，其特色是N臺硬盤同時讀取，讀取速度得以加快， 同時可提供容錯性，所以RAID是當成平時主要訪問數(shù)據(jù)的存儲而不是數(shù)據(jù)備份的。目前的RAID磁盤陣列技術(shù)用于單機內(nèi)嵌控制器的方式，或者外部的單獨磁盤陣 列硬件，或者在操作系統(tǒng)中置入軟RAID控制器的方式，這三種實現(xiàn)方法普遍局限于單機或 局域網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，可以應(yīng)對單塊磁盤的故障，但不能應(yīng)對整機硬件或軟件出現(xiàn)故障的情況。本申請人于2009年5月20日提交的中國專利申請“基于彼特森的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu) 的數(shù)據(jù)存儲方法”，彼特森是Peterson的音譯，Peterson圖是由10個節(jié)點組成的固定結(jié)構(gòu)， 其特點是每個節(jié)點的度等于3，任何兩個節(jié)點之間的距離不大于2。但是，當時的研究僅針對Peterson圖這種具體的結(jié)構(gòu)進行的，所提供的技術(shù)方案 也是基于具體的Peterson圖的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在應(yīng)用上有很大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為了能在更大的范圍內(nèi)實現(xiàn)這種高可靠性的數(shù)據(jù)存儲方法， 從而提出在廣域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下構(gòu)建基于(d，k)摩爾圖結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲方法，由存儲節(jié)點構(gòu)成 的強結(jié)構(gòu)規(guī)則圖結(jié)構(gòu)，除控制節(jié)點外，在其他節(jié)點間使用RAID風(fēng)格的磁盤條帶技術(shù)，從而 提供一種基于(d，k)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲方法。本發(fā)明的基于(d，k)摩爾圖 的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲方法實現(xiàn)了在強結(jié)構(gòu)下廣域網(wǎng)中使用NRAID結(jié)構(gòu)，從而使該網(wǎng) 絡(luò)既具有傳統(tǒng)RAID的數(shù)據(jù)可靠性和高性能，又能避免單點問題。在20世紀80年代后期，隨著分布式系統(tǒng)的日益成熟，同樣由加州大學(xué)伯克利分 校提出一種無服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)(xFS)，本發(fā)明的目的正是在這種系統(tǒng)中的多臺機器的 硬盤之間使用了 RAID風(fēng)格的磁盤條帶技術(shù)，我們稱之為NRAID(NetworkRedundent Array Independent Disk)，即網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAID，網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAID在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中 進行網(wǎng)絡(luò)可靠性存儲。這個系統(tǒng)的使用環(huán)境限定在對等的工作站之間，這類似于目前比較 流行的對等系統(tǒng)。此后在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用RAID的方式基本上與xFS相同，其他的廣域存儲系統(tǒng)基本上都是分布式文件系統(tǒng)。上述NRAID技術(shù)是在局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用到磁盤條帶技術(shù)，主要是為了加快數(shù)據(jù) 讀取速度(這點類似于本發(fā)明中的NRAID0)，沒有數(shù)據(jù)的校驗等可靠性保證；分布式文件系 統(tǒng)為了提高文件的可靠性，采用的是一份數(shù)據(jù)多次冗余存儲的方法，普遍存在存儲利用率 較低的問題，其可靠性依賴于現(xiàn)有的存儲系統(tǒng)(如DAS、NAS或SAN)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種基于(d，k)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲
方法，該方法是在廣域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下將Ι + ^ΣΜ-矽個存儲節(jié)點按照(山k)摩爾圖的方式形
成強結(jié)構(gòu)規(guī)則圖結(jié)構(gòu)，并利用多臺網(wǎng)絡(luò)主機的磁盤存儲能力，借鑒多種可靠性等級的單機 RAID技術(shù)的實現(xiàn)方式，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下多種可靠性等級的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAID支持的 數(shù)據(jù)存儲；所述的強結(jié)構(gòu)規(guī)則圖結(jié)構(gòu)，以進入基于(d，k)摩爾圖網(wǎng)絡(luò)的任意一個存儲節(jié)點作 為控制節(jié)點，其他d+d(d-l)個存儲節(jié)點作為該控制節(jié)點的鄰居節(jié)點，其中，d個為一跳鄰居 節(jié)點，d(d-l)個為兩跳鄰居節(jié)點；所述的控制節(jié)點，用于存儲數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)信息，并發(fā)出訪 問數(shù)據(jù)的信息；所述的鄰居節(jié)點，用于提供數(shù)據(jù)存儲服務(wù)；其中，所述的元數(shù)據(jù)信息為具體 的數(shù)據(jù)存儲節(jié)點的信息。其中，所述的(d，k)取值與其對應(yīng)的總的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量之間關(guān)系的部分取值如下
表所示 所述的每個存儲節(jié)點的存儲形式包括直接附接存儲、網(wǎng)絡(luò)附接存儲或存儲區(qū)域 網(wǎng)絡(luò)。所述的直接附接存儲采用單盤方式或者RAID方式。所述的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAID技術(shù)可以采用6個級別的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列 NRAIDO NRAID5中的任意一種。下面針對每級網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列提供相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)冗余磁 盤陣列實現(xiàn)方法1)所述的數(shù)據(jù)存儲方法采用網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAIDO ；所述的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣 列NRAIDO為無差錯控制的帶區(qū)組，除控制節(jié)點外，有兩個以上的鄰居節(jié)點，數(shù)據(jù)分成數(shù)據(jù) 塊保存在不同存儲節(jié)點上，可以同時讀取。該網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列實現(xiàn)方法將不同的數(shù)據(jù)分布在不同存儲節(jié)點上，所以數(shù)據(jù)吞 吐率大大提高，存儲節(jié)點的負載也比較平衡。如果剛好所需要的數(shù)據(jù)在不同的存儲節(jié)點上 效率最好。它不需要計算校驗碼，實現(xiàn)容易。它的缺點是它沒有數(shù)據(jù)差錯控制，如果一個存 儲節(jié)點中的數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤，即使其它存儲節(jié)點上的數(shù)據(jù)正確也無濟于事了。因此，不應(yīng)該將 它用于對數(shù)據(jù)穩(wěn)定性要求高的場合。同時，NRAIDO可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率，比如所需讀取 的文件分布在兩個存儲節(jié)點上，這兩個存儲節(jié)點可以同時讀取，那么原來讀取同樣文件的 時間被縮短為1/2。在所有的級別中，NRAIDO的速度是最快的，但是NRAIDO沒有冗余功能， 如果一個存儲節(jié)點(物理)損壞，則所有的數(shù)據(jù)都無法使用。2)所述的數(shù)據(jù)存儲方法采用網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAIDl ；所述的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣 列NRAIDl為鏡像結(jié)構(gòu)，所述的控制節(jié)點同時對兩個存儲節(jié)點進行讀操作和對兩個存儲節(jié) 點進行寫操作，該兩個存儲節(jié)點中一為主存儲節(jié)點，另一為鏡像存儲節(jié)點。該網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列實現(xiàn)方法是鏡像結(jié)構(gòu)，所以在一個存儲節(jié)點出現(xiàn)問題時，可 以使用鏡像，提高系統(tǒng)的容錯能力，即當主存儲節(jié)點損壞時，鏡像存儲節(jié)點就可以代替主存 儲節(jié)點工作，鏡像存儲節(jié)點相當于一個備份存儲節(jié)點，可想而知，這種存儲節(jié)點模式的安全 性是非常高的，NRAIDl的數(shù)據(jù)安全性在所有的NRAID級別上來說是最好的。而且，它比較 容易設(shè)計和實現(xiàn)，每讀一次存儲節(jié)點只能讀出一塊數(shù)據(jù)，也就是說數(shù)據(jù)塊傳送速率與單獨 的存儲的讀取速率相同。因為NRAIDl的校驗十分完備，因此對系統(tǒng)的處理能力有很大的影 響，通常的RAIDl功能由軟件實現(xiàn)，而這樣的實現(xiàn)方法在服務(wù)器負載比較重的時候會大大影響服務(wù)器效率。當您的系統(tǒng)需要極高的可靠性時，如進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，那么使用NRAIDl比 較合適。而且NRAIDl技術(shù)支持“熱替換”，即不斷電的情況下對故障存儲節(jié)點進行更換，更 換完畢只要從鏡像存儲節(jié)點上恢復(fù)數(shù)據(jù)即可。但是其存儲節(jié)點空間的利用率卻只有50%， 是所有NRAID級別中最低的。3)所述的數(shù)據(jù)存儲方法采用網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAID2 ；所述的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣 列NRAID2為帶海明碼校驗的數(shù)據(jù)條帶結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)條塊化分布于不同的存儲節(jié)點 上，條塊化的數(shù)據(jù)的單位為位或字節(jié)，然后使用一定的編碼技術(shù)來提供錯誤檢查及恢復(fù)，該 編碼技術(shù)需要多個節(jié)點存放檢查及恢復(fù)信息。由于海明碼的特點，它可以在數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤的情況下將錯誤校正，以保證輸出的 正確。它的數(shù)據(jù)傳送速率相當高，如果希望達到比較理想的速度，那最好提高保存校驗碼 ECC碼的存儲節(jié)點的速度，對于控制節(jié)點的設(shè)計來說，輸出數(shù)據(jù)的速率與存儲節(jié)點組中速度 最慢的相等。4)所述的數(shù)據(jù)存儲方法采用網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAID3 ；所述的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣 列NRAID3為帶奇偶校驗碼的并行傳送結(jié)構(gòu)；每個控制節(jié)點存儲其η (η大于等于3，小于等于d+d (d_l))個鄰居節(jié)點的地址信息 和存儲數(shù)據(jù)的交叉存放規(guī)則信息，其中，n-1個鄰居節(jié)點用于存儲數(shù)據(jù)，第η個鄰居節(jié)點作 為冗余奇偶校驗信息的專用存儲節(jié)點；所述的控制節(jié)點讀寫元數(shù)據(jù)操作之后，并行地從η個鄰居節(jié)點上讀取數(shù)據(jù)和校驗 信息，由讀取端合并數(shù)據(jù)并進行驗證。這種校驗碼只能查錯不能糾錯，它訪問數(shù)據(jù)時一次處理一個帶區(qū)，這樣可以提高 讀取和寫入速度。校驗碼在寫入數(shù)據(jù)時產(chǎn)生并保存在另一個存儲節(jié)點上。需要實現(xiàn)時要使 用控制節(jié)點的三個直接鄰接存儲節(jié)點，寫入速率與讀出速率都很高，因為校驗位比較少，因 此計算時間相對而言比較少。NRAID3使用單個節(jié)點存放奇偶校驗信息，如果一個存儲節(jié)點失效，奇偶節(jié)點及其 他數(shù)據(jù)存儲節(jié)點可以重新產(chǎn)生數(shù)據(jù)；如果奇偶節(jié)點失效，則不影響數(shù)據(jù)使用。NRAID3對于 大量的連續(xù)數(shù)據(jù)可提供很好的傳輸率，但對于隨機數(shù)據(jù)，奇偶節(jié)點會成為寫操作的瓶頸。利 用單獨的校驗節(jié)點來保護數(shù)據(jù)雖然沒有鏡像的安全性高，但是存儲利用率得到了很大的提 高，為(η-1)/η。5)所述的數(shù)據(jù)存儲方法采用網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAID4 ；所述的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣 列NRAID4為帶奇偶校驗碼的獨立存儲節(jié)點結(jié)構(gòu)；每個控制節(jié)點存儲其η (η大于等于3，小于等于d+d (d_l))鄰居節(jié)點的地址信息和 存儲數(shù)據(jù)的交叉存放規(guī)則信息，其中，n-1個鄰居節(jié)點用于存儲數(shù)據(jù)，第η個鄰居節(jié)點作為 冗余奇偶校驗信息的專用存儲節(jié)點；所述的控制節(jié)點讀寫元數(shù)據(jù)操作之后，按照存儲節(jié)點進行數(shù)據(jù)塊的訪問，每次訪 問一個存儲節(jié)點，最后，由讀取端從η個鄰居節(jié)點上讀取數(shù)據(jù)和校驗信息，合并數(shù)據(jù)并進行 驗證。這種校驗碼同樣只能查錯不能糾錯。所述的讀取端可以是控制節(jié)點，也可以是讀取客戶端。6)所述的數(shù)據(jù)存儲方法采用網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAID5 ；所述的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣 列NRAID5為分布式奇偶校驗的獨立存儲節(jié)點結(jié)構(gòu)，其奇偶校驗碼存在于所有存儲節(jié)點上，并且分布在不同的存儲節(jié)點上，以數(shù)據(jù)的校驗位來保證數(shù)據(jù)的安全，將數(shù)據(jù)段的校驗位交 叉存放于各個存儲節(jié)點上。任何一個存儲節(jié)點損壞，都可以根據(jù)其它存儲節(jié)點上的校驗位來重建損壞的數(shù) 據(jù)。NRAID5也是以數(shù)據(jù)的校驗位來保證數(shù)據(jù)的安全，但它不是以單獨存儲節(jié)點來存放 數(shù)據(jù)的校驗位，而是存儲的利用率為(n-l)/n。NRAID-5的優(yōu)點是提供了冗余性(支持一個 存儲節(jié)點掉線后仍然正常運行)，空間利用率較高((n-l)/n)，讀寫速度較快(n-1倍)。但 當一個存儲節(jié)點宕掉之后，運行效率大幅下降。與目前的結(jié)構(gòu)和方法相比，本發(fā)明具有下列優(yōu)點將(d，k)摩爾圖的特殊性質(zhì)與 RAID技術(shù)相結(jié)合，利用(d，k)摩爾圖的強結(jié)構(gòu)特征，可以保障存儲點間的數(shù)據(jù)通道連通性， 同時保障時延等指標在容許范圍之內(nèi)；而且，(d，k)摩爾圖中的每個節(jié)點均作為控制器點， 共l+d+d(d-l)個控制器點，這樣就不存在常規(guī)RAID控制器單點問題。本發(fā)明從單個節(jié)點 看的結(jié)構(gòu)都是相同的，得到的性能相似，任何單個節(jié)點上執(zhí)行的算法就是相同的，從而實現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)RAID，提高了網(wǎng)絡(luò)條件下數(shù)據(jù)存儲的可靠性，可用于廣域數(shù)據(jù)存儲。本發(fā)明的優(yōu)點在于，相比于Peterson圖結(jié)構(gòu)，包括(1)基于Peterson圖的原技術(shù)方案僅適用于節(jié)點度為3、最大直徑為2的情況，不 能適用于其他情形；我們提出的(d，k)摩爾圖可適用于d、k均大于等于2的情況，即適用 范圍得到擴大；(2)在處理大于10個節(jié)點的情形時，如果使用Peterson圖，我們必須采用多個 Peterson圖結(jié)構(gòu)才能覆蓋，同時還要采取另外的方法解決多個Peterson圖之間的互聯(lián)問 題；采用(d，k)摩爾圖，我們可以采用節(jié)點數(shù)最接近實際節(jié)點數(shù)的(d，k)摩爾圖來構(gòu)造，使 用(d，k)摩爾圖的機制可以處理多種節(jié)點數(shù)的情形；(3)如果實際節(jié)點數(shù)出現(xiàn)增長，則采用(d，k)摩爾圖中的d或k的變化可演變?yōu)?新的摩爾圖，而處理機制保持不變，即具有良好的擴展性。另外，本發(fā)明將RAID技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化，首先，解決的是常規(guī)RAID系統(tǒng)單地點放置，容 易出現(xiàn)該點出現(xiàn)斷電等故障，數(shù)據(jù)就不能使用的問題；第二，利用(d，k)摩爾圖的強結(jié)構(gòu)特 征，可以保障存儲點間的數(shù)據(jù)通道連通性，同時保障時延等指標在容許范圍之內(nèi)；第三，(d， k)摩爾圖中的每個節(jié)點均作為控制器點，共l+d+d(d-l)個控制器點，這樣就不存在常規(guī) RAID控制器單點問題。


圖1為本發(fā)明的基于(3，2)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)的存儲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的基于(3，2)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)的節(jié)點編號示意圖；圖3為北京市區(qū)基于本發(fā)明的(3，2)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的基于(2，3)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)圖節(jié)點編號的示意圖；圖5是本發(fā)明的基于(4，2)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)圖節(jié)點編號的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的基于(d，k)摩爾圖(如(3，2)摩爾圖、(2，3)摩爾圖、(4，2)摩爾圖)的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列(NRAID)實現(xiàn)方法作進一步闡述。本發(fā)明的目的在于提供基于(d，k)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列實現(xiàn)方法。其中
(d，k)摩爾存儲網(wǎng)絡(luò)ι + ^ΣΜ — 1)'個存儲節(jié)點形成，這樣構(gòu)成的存儲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示；
其中網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列共分6級(NRAID 0 NRAID 5)，針對每級網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列提供相 應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列實現(xiàn)方法；其中每個存儲節(jié)點帶有自身的存儲，可以是DAS(直接附 接存儲，可以是單盤方式和RAID方式)、NAS(網(wǎng)絡(luò)附接存儲)和SAN(存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò))。為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的(d，k)摩爾圖(如(3，2)摩爾圖)存儲網(wǎng)絡(luò)的存 儲節(jié)點標號如圖2所示，其中每個節(jié)點的鄰居節(jié)點(1跳鄰居d個，2跳鄰居d(d-l)個)是 通過測試或人工配置的方式確定的，一旦確定，就不能改變，這類似于傳統(tǒng)RAID中的盤片 初始化過程。其中每個節(jié)點是與其鄰居的控制節(jié)點，即訪問數(shù)據(jù)的信息由該節(jié)點發(fā)出，其他 鄰居節(jié)點提供數(shù)據(jù)存儲服務(wù)，該節(jié)點存儲數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)信息(如數(shù)據(jù)條帶化之后條帶存儲 在哪里的信息)。實施例下面結(jié)合應(yīng)用場景說明基于(3，2)摩爾圖((2，3)摩爾圖、(4，2)摩爾圖)的網(wǎng)絡(luò) 冗余磁盤陣列(NRAID)實現(xiàn)方法。如圖3所示，本發(fā)明提供的一個應(yīng)用場景假定在X(比 如，北京)城市某存儲服務(wù)運行公司根據(jù)市區(qū)、郊縣部署10個存儲節(jié)點，節(jié)點之間帶寬均為 > 500Mbps的良好鏈路連接的，這10個節(jié)點配置成(3，2)摩爾圖結(jié)構(gòu)，其編號按圖2所示。該(3，2)摩爾圖各節(jié)點的節(jié)點度以及各節(jié)點間的距離如下表1和表2所示。表1 節(jié)點度 表2:節(jié)點間距離 下面選取一個節(jié)點的3個直接鄰居節(jié)點存儲數(shù)據(jù)，以NRAIDO、NRAID3為例說明本 實施中的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列實現(xiàn)方法。4-9個鄰居節(jié)點存儲數(shù)據(jù)的情形可類推。(I)NRAIDO每個節(jié)點存儲其直接的三個鄰居的地址信息，比如節(jié)點1存儲節(jié)點5、6、2的地址 信息，根據(jù)上文中提到的NRAIDO的實現(xiàn)方法，節(jié)點1作為控制器，該節(jié)點存儲數(shù)據(jù)的條帶化 分割規(guī)則信息，數(shù)據(jù)按照條帶化存儲于節(jié)點5、6、2上。讀寫元數(shù)據(jù)操作由節(jié)點1進行，之后 可并行地從節(jié)點5、6、2上讀取數(shù)據(jù)，并由讀取端(可以是節(jié)點1，也可以是讀取客戶端)合 并數(shù)據(jù)。(2)NRAID3每個節(jié)點存儲其直接的三個鄰居的地址信息，比如節(jié)點1存儲節(jié)點5、6、2的地址 信息，根據(jù)上文中提到的NRAID3的實現(xiàn)方法，節(jié)點1作為控制器，該節(jié)點存儲數(shù)據(jù)的交叉存 放規(guī)則信息，數(shù)據(jù)存儲于節(jié)點5、6，節(jié)點2作為冗余奇偶校驗信息的專用存儲節(jié)點。讀寫元 數(shù)據(jù)操作由節(jié)點1進行，之后可并行地從節(jié)點5、6、2上讀取數(shù)據(jù)和校驗信息，并由讀取端 (可以是節(jié)點1，也可以是讀取客戶端)合并數(shù)據(jù)并進行驗證。本實施例雖然選取一個節(jié)點的3個直接鄰居節(jié)點存儲數(shù)據(jù)，以NRAIDO、NRAID3為 例說明在(3，2)摩爾圖上的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列實現(xiàn)方法，但其方法是具有代表性的，普通技術(shù)人員可據(jù)本發(fā)明內(nèi)容類似實現(xiàn)其他四種網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列實現(xiàn)方法。針對(2，3)摩爾圖和(4，2)摩爾圖的情形，可參照(3，2)摩爾圖的實施例進行處理。說明文檔中的其他內(nèi)容針對本專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員，均可進行技術(shù)實現(xiàn)， 這里不再贅述。最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參 照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，對本發(fā)明的技術(shù)方 案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
一種基于(d，k)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲方法，其特征在于，該方法是在廣域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下將個存儲節(jié)點按照(d，k)摩爾圖的方式形成強結(jié)構(gòu)規(guī)則圖結(jié)構(gòu)，并利用多臺網(wǎng)絡(luò)主機的磁盤存儲能力，借鑒多種可靠性等級的單機RAID技術(shù)的實現(xiàn)方式，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下多種可靠性等級的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAID支持的數(shù)據(jù)存儲；所述的強結(jié)構(gòu)規(guī)則圖結(jié)構(gòu)，以進入基于(d，k)摩爾圖網(wǎng)絡(luò)的任意一個存儲節(jié)點作為控制節(jié)點，其他d+d(d-1)個存儲節(jié)點作為該控制節(jié)點的鄰居節(jié)點，其中，d個為一跳鄰居節(jié)點，d(d-1)個為兩跳鄰居節(jié)點；所述的控制節(jié)點，用于存儲數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)信息，并發(fā)出訪問數(shù)據(jù)的信息；所述的鄰居節(jié)點，用于提供數(shù)據(jù)存儲服務(wù)；其中，所述的元數(shù)據(jù)信息為具體的數(shù)據(jù)存儲節(jié)點的信息。FSA00000056248600011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于(d，k)摩爾圖的存儲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的(d， k)取值與其對應(yīng)的總的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量之間關(guān)系的部分取值如下表所示
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于(d，k)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲方法，其特 征在于，所述的每個存儲節(jié)點的存儲形式包括直接附接存儲、網(wǎng)絡(luò)附接存儲或存儲區(qū)域網(wǎng)
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于(d，k)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲方法，其特征 在于，所述的直接附接存儲采用單盤方式或者RAID方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于(d，k)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲方法，其特征 在于，所述的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAID采用網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAIDO ；所述的網(wǎng)絡(luò)冗余磁 盤陣列NRAIDO為無差錯控制的帶區(qū)組，除控制節(jié)點外，有兩個以上的鄰居節(jié)點，數(shù)據(jù)分成 數(shù)據(jù)塊保存在不同存儲節(jié)點上，可以同時讀取。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于(d，k)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲方法，其特征 在于，所述的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAID采用網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAIDl ；所述的網(wǎng)絡(luò)冗余磁 盤陣列NRAIDl為鏡像結(jié)構(gòu)，所述的控制節(jié)點同時對兩個存儲節(jié)點進行讀操作和對兩個存 儲節(jié)點進行寫操作，該兩個存儲節(jié)點中一為主存儲節(jié)點，另一為鏡像存儲節(jié)點。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于(d，k)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲方法，其特征 在于，所述的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAID采用網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAID2 ；所述的網(wǎng)絡(luò)冗余磁 盤陣列NRAID2為帶海明碼校驗的數(shù)據(jù)條帶結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)條塊化分布于不同的存儲 節(jié)點上，條塊化的數(shù)據(jù)的單位為位或字節(jié)，然后使用一定的編碼技術(shù)來提供錯誤檢查及恢 復(fù)，該編碼技術(shù)需要多個磁盤存放檢查及恢復(fù)信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于(d，k)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲方法，其特征 在于，所述的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAID采用網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAID3 ；所述的網(wǎng)絡(luò)冗余磁 盤陣列NRAID3為帶奇偶校驗碼的并行傳送結(jié)構(gòu)；每個控制節(jié)點存儲其η個鄰居節(jié)點的地址信息和存儲數(shù)據(jù)的交叉存放規(guī)則信息，其 中，3 < η < d+d(d-l), η-1個鄰居節(jié)點用于存儲數(shù)據(jù)，第η個鄰居節(jié)點作為冗余奇偶校驗 信息的專用存儲節(jié)點；所述的控制節(jié)點讀寫元數(shù)據(jù)操作之后，并行地從η個鄰居節(jié)點上讀取數(shù)據(jù)和校驗信 息，由讀取端合并數(shù)據(jù)并進行驗證。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于(d，k)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲方法，其特征 在于，所述的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAID采用網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAID4;所述的網(wǎng)絡(luò)冗余磁 盤陣列NRAID4為帶奇偶校驗碼的獨立存儲節(jié)點結(jié)構(gòu)；每個控制節(jié)點存儲其η個鄰居節(jié)點的地址信息和存儲數(shù)據(jù)的交叉存放規(guī)則信息，其 中，3 < η < d+d(d-l)，η-1個鄰居節(jié)點用于存儲數(shù)據(jù)，第η個鄰居節(jié)點作為冗余奇偶校驗 信息的專用存儲節(jié)點；所述的控制節(jié)點讀寫元數(shù)據(jù)操作之后，按照存儲節(jié)點進行數(shù)據(jù)塊的訪問，每次訪問一 個存儲節(jié)點，最后，由讀取端從η個鄰居節(jié)點上讀取數(shù)據(jù)和校驗信息，合并數(shù)據(jù)并進行驗 證。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的基于(d，k)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲方法， 其特征在于，所述的讀取端可以是控制節(jié)點，也可以是讀取客戶端。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于(d，k)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲方法，其特 征在于，所述的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAID采用網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAID5 ；所述的網(wǎng)絡(luò)冗余 磁盤陣列NRAID5為分布式奇偶校驗的獨立存儲節(jié)點結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)段的校驗位交叉存放于 各個存儲節(jié)點上，其奇偶校驗碼存在于所有存儲節(jié)點上，并且分布在不同的存儲節(jié)點上，以 數(shù)據(jù)的校驗位來保證數(shù)據(jù)的安全。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于(d，k)摩爾圖的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲方法，該方法是在廣域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下將個存儲節(jié)點按照(d，k)摩爾圖的方式形成強結(jié)構(gòu)規(guī)則圖的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并利用多臺網(wǎng)絡(luò)主機的磁盤存儲能力，借鑒多種可靠性等級的單機RAID技術(shù)的實現(xiàn)方式，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下多種可靠性等級的網(wǎng)絡(luò)冗余磁盤陣列NRAID支持的數(shù)據(jù)存儲；所述的強結(jié)構(gòu)規(guī)則圖的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以進入的任意一個存儲節(jié)點作為控制節(jié)點，其他d+d(d-1)個存儲節(jié)點作為該控制節(jié)點的鄰居節(jié)點，其中，d個為一跳鄰居節(jié)點，d(d-1)個為兩跳鄰居節(jié)點；所述的控制節(jié)點，用于存儲數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)信息，并發(fā)出訪問數(shù)據(jù)的信息；所述的鄰居節(jié)點，用于提供數(shù)據(jù)存儲服務(wù)。本發(fā)明將(d，k)摩爾圖的特殊性質(zhì)與RAID技術(shù)相結(jié)合，提高了網(wǎng)絡(luò)條件下數(shù)據(jù)存儲的可靠性。
文檔編號H04L29/08GK101888398SQ20101014212
公開日2010年11月17日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者尤佳莉, 王勁林, 王玲芳, 鄧浩江 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所