[论文解读] Explicit Construction of MBR Codes for Clustered Distributed Storage.

Jy-yong Sohn, Jaekyun Moon|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 2018

Advanced Data Storage Technologies被引用 3

一句话总结

本文提出了一个用于集群分布式存储系统（DSS）的最小带宽再生（MBR）码的显式构造方法，推广了先前针对非集群DSS的MBR码。该方案可实现任意失效节点的精确再生，且修复带宽最小，在具有任意系统参数的多机架数据中心环境中达到容量限界性能。

ABSTRACT

Capacity of the distributed storage system (DSS) is often discussed in the context of tradeoff between storage overhead and repair bandwidth. This paper considers capacity-achieving coding for the clustered form of distributed storage that reflects practical storage networks. The suggested coding scheme is shown to exactly regenerate the arbitrary failed node with minimum required bandwidth, i.e., the proposed scheme is a minimum-bandwidth-regenerating (MBR) code of clustered DSSs with general parameter setting. The proposed code is a generalization of the existing MBR code designed for nonclustered DSSs. This code can be implemented in data centers with multiple racks (clusters), depending on the desired system parameters.

研究动机与目标

• 解决反映真实世界数据中心架构的集群分布式存储系统中的容量限界编码问题。
• 将原本专为非集群DSS设计的现有MBR码扩展至具有通用系统参数的集群环境。
• 在多机架存储环境中实现任意失效节点的精确再生，且修复带宽最小。
• 提供一种可实际部署的显式构造方法，适用于实际数据中心网络。

提出的方法

• 所提出的码将现有非集群MBR码推广至支持具有任意参数的集群DSS。
• 采用一种结构化编码方案，在集群存储模型下保持MBR特性。
• 该构造确保任意单个失效节点均可以最小带宽再生，达到理论最小值。
• 通过显式建模集群拓扑，考虑了机架间通信成本。
• 采用线性代数框架定义编码与修复过程，以保持最优修复效率。
• 该方案具有显式可构造性，可在具有多个机架的数据中心中实现实际部署。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何将MBR码扩展至具有多个机架的集群分布式存储系统？
• RQ2 在具有通用系统参数的集群DSS中，可实现的最优修复带宽是多少？
• RQ3 能否设计一种显式构造方法，使在集群环境中实现精确再生且修复带宽最小？
• RQ4 所提出的码如何在多机架环境中保持容量限界性能？

主要发现

• 所提出的MBR码实现了任意失效节点的精确再生，且修复带宽最小，证实了其在集群DSS模型中的最优性。
• 该码具有显式可构造性，可实现于具有多个机架的数据中心中。
• 该构造将先前的非集群MBR码推广至支持集群环境中任意系统参数。
• 该方案保持了容量限界性能，与集群DSS的理论容量-带宽权衡极限一致。
• 该方法在节点修复过程中最大限度减少了机架间通信，与真实世界数据中心网络拓扑相匹配。
• 该码结构在现实存储集群约束下支持高效的编码与修复操作。