Details

Объектом исследования являются механизмы обеспечения отказоустойчивости в дисковых подсистемах современных систем хранения данных. Предметом исследования выступают алгоритмы и программные средства реализации тройной избыточности (RAID-TP). Целью ВКР является разработка и программная реализация подсистемы восстановления данных в составе модуля ядра Linux, обеспечивающей сохранность информации при одновременном отказе до трёх накопителей, а также обнаружение и исправление скрытых повреждений (SDC). Методология работы базируется на математическом аппарате кодов Рида-Соломона над конечными полями Галуа GF(2^8). Программная реализация выполнена в виде автономного (out-of-tree) модуля ядра на языке C с применением векторных SIMD-инструкций для ОС Альт Linux. В результате работы создана подсистема, интегрированная в стек блочных устройств, реализующая функции генерации трёх контрольных сумм (P, Q, R), восстановления данных при кратных отказах и фонового скраббинга. Корректность алгоритмов подтверждена функциональным тестированием с имитацией повреждения блоков на физическом уровне. Нагрузочное тестирование выявило, что реализованные оптимизации позволяют компенсировать теоретический штраф на запись за счёт асинхронного перекрытия запросов. Результаты могут применяться при создании высоконадёжных отечественных программно-определяемых хранилищ благодаря независимости модуля от файловых систем.

The object of the research is fault tolerance mechanisms in the disk subsystems of modern data storage systems. The subject of the research is algorithms and software tools for implementing triple redundancy (RAID-TP). The goal of the thesis is to develop and implement a data recovery subsystem as a Linux kernel module that ensures data integrity in the event of up to three simultaneous drive failures, as well as the detection and correction of silent data corruption (SDC). The methodology is based on the mathematical apparatus of Reed-Solomon codes over finite Galois fields GF(2^8). The software implementation is developed as an out-of-tree Linux kernel module in C, utilizing SIMD vector instructions for Alt Linux OS. As a result, a subsystem integrated into the Linux block layer was created, implementing the generation of three parity syndromes (P, Q, R), recovery from multiple simultaneous failures, and background scrubbing. The correctness of the algorithms was verified through functional testing involving physical-level block corruption simulation. Stress testing revealed that the implemented optimizations compensate for the theoretical write penalty through asynchronous I/O request overlapping. The results can be used for the development of highly reliable software-defined storage systems due to the modules independence from specific file system types.

• Реализация RAID-массивов с тремя контрольными суммами для восстановления данных
  • Словарь терминов
  • Введение
  • 1. Анализ предметной области исследования
  • 2. Концепция разрабатываемого решения
  • 3. Реализация программного модуля
  • 4. Апробация и анализ полученных результатов
  • Заключение
  • Список использованных источников