分散式存储系统中多层次容错机制的设计与实现

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基于P2P网络的分散式存储系统是分布式存储的重要分支。传统分布式存储系统通常集中部署,具有高可信与易维护等特点,而构建于P2P网络之上的分散式存储系统则面临着节点低可信性与维护不确定性所引入的巨大可靠性风险。虽然可靠性可以通过增加冗余或加快修复速率等方式提升,但是同时也会造成系统成本的大幅攀升。针对上述问题,提出了一种分层的容错方法,将系统中的元数据与数据按体量与读写频率分层存储,并为每层数据设置不同的冗余与修复机制,以达成控制系统总体成本并维持较高的可靠性的目标。具体而言,将稳定而体量极小的元数据,保存于可靠性广为验证的区块链之上,充分利用区块链的极多副本特性提升元数据读取性能,并避免区块链的低事务处理能力成为系统瓶颈;对于需要频繁更新且体量较小的其它元数据,采用多副本方式存储于区块链之外,在维持较高可靠性的同时,有效简化同步操作,并控制冗余代价;体量较大的数据则尽量采用性价比更高的纠删码方法存储,并通过分治数据与其数字签名冗余的方式,同时满足了安全性与可靠性的需要。实现了系统原型。理论建模及功能性测试结果显示:在选择常见的容错方式下,原型系统的总冗余度(数据、元数据与冗余总量/数据与元数据总量)与该容错方式的冗余度相比,增加率可控制在4%以内;同时,原型系统能够及时识别并有效修复因各类节点失效而丢失的元数据与数据,满足基本容错需求。
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