Reed-Solomen_RAID.doc

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1、毕业设计(论文)题 目:“Reed-Solomen”算法在RAID系统中的应用 系 别: 计算机科学与工程系 专 业: 计算机科学与技术 学生姓名: 张伟强 班级/学号 0213519 指导老师/督导老师: 张京生 起止时间:2006年2月20日 至 2006年6月2日北京信息科技大学 摘 要未来的世界是信息的世界,当二十世纪人类开启了信息时代的大门,世界信息化的脚步就越走越快,爆炸式的信息增长趋势已注定人类的二十一世纪及未来将和无处不在的信息形影不离:无论是人们的个人生活、工作、学习,还是工业生产、金融、国防,人类的所有社会活动将全面的进入信息化时代。这样,毫无疑问的是,在这个即将到来的信息

2、社会,其核心的资源必然是存储在数以亿计各式终端中的各类数据。然而,正是因为社会的每一个单元都开始变得和数据息息相关,数据本身的安全就一跃成为人们首要也是必须关心的问题。对比个人用户珍藏资料数据遭到破坏的莫大遗憾,银行金融系统,企业集团,政府机构,军队国防,航空航天等等社会单元的数据资料一旦遭到破坏,将会造成巨大的经济损失,甚至更为严重。金融经济的瞬间瘫痪,战场上的兵不血刃等等都将成为可能,而造成这一切的核心,就是数据存储的安全与否。然而,病毒破坏,火灾,地震,恐怖袭击,人为误操作,逻辑系统的缺陷,尤其是存储介质本身会出现故障的绝对性却决定了无论多么优良的存储介质也无法绝对安全的现实。面对这样的

3、现实情况,本文试图换个角度突破这个安全瓶颈,通过对纠错编码理论及有限域数学理论的一步步深入研究,尝试将基于有限域数学的Galois域Reed-Solomon算法应用到RAID(Redundant Array of Independent Disk 独立冗余磁盘阵列) 磁盘阵列当中,并尝试实现小型的RAID6级别的实验程序,从而为实现更加安全的存储技术提供了思路。 关键词:里德-索罗门算法 、 纠错编码 、RAID6 、 磁盘阵列 、 有限域 、 伽罗华域 Abstract The world in the future will be a world built upon full of va

4、rious information. When people began an age called information age in the 20th century, it would never stop and develop faster and faster. As the information increase exponentially nowadays , were sure this world will be always together with the information everywhere in the 21st century and the fut

5、ure: whether personal life , work , study ,or industry production , finance system , national defense , etc , all social activities of people will be informationed all-around. In this case, there is no doubt in the information society; the key resource is the data which are stored in billions of dev

6、ices and terminals. However, just because every society unit is concerned with data, the security of data self has become the most serious problem that people have to be in the face of. Compared with the regret of personal commemorable datas damage, the bank and finance system, corporation group, th

7、e government, the army and national defense, the spaceflight, once the stored data of these units of society is destroyed, it will cause enormous economy damnify and even worse. Economy and finance systems sudden paralysis, wining victory without battle will be the truth, and the key reason of that

8、is whether the data is secure or not. The data is secure? No, damage of computer virus, fire, earthquake, terrorism attack, man-made wrong operation, bugs of logic system, especially the inevitability of physical damage, all these have said that whether the storage device is good or not, the data wi

9、ll not be secure absolutely. In the face of above cases, this paper attempts to break through the bottleneck of data security with another way. Through study of Error Correction Code and Finite Field theoretics, this paper tries to apply the Reed-Solomom arithmetic based on Finite Field Galois Field

10、 to Redundant Array of Independent Disk, and tries to realize a simple RAID6 level programme, thereby could offer an idea for securer storage device. Keywords: Reed-Solomon theoretics 、Error Correction Code 、RAID6 、 Redundant Array of Independent Disk 、 Finite Field 、 Galois Field 目 录摘要 (中文) I(英文) I

11、I第一章 绪论1.1 信息时代数据存储安全的极端重要性1.2 当今数据存储及数据安全的现状1.3 本课题的研究内容及实现目标1.4 本课题在领域内研究的现状第二章 RAID(Redundant Array of Independent Disk) 独立冗余磁盘阵列理论基础与RAID6模型的建立2.1 什么是独立冗余磁盘阵列2.2 已成功研发的各级别(level)RAID系统原理、性能比较与原因分析2.3 继承与发展,RAID6独立冗余磁盘阵列的设想与模型建立第三章 Reed-Solomon算法理论探究3.1 群、环、域的基本概念和性质3.2 有限域的定义及有限域的性质3.3 二元域的运算3.4

12、 基于Galois域GF()的Reed-Solomon算法3.5 实现基于Galois域GF()的Reed-Solomon算法在RAID6磁盘阵列中的应用P校验、Q校验的生成方法第四章 基于Reed-Solomon算法的RAID6级别磁盘阵列的模拟实现创建 RAID6部分4.1 RAID6模型框架的程序实现4.2 实现P校验4.3 Galois域GF()的程序实现4.4 实现Q校验4.5 待存储文件字节数不为偶数情况的处理4.6 RAID6级别磁盘阵列的模拟实现及验证第五章 基于Reed-Solomon算法的RAID6级别磁盘阵列的模拟实现实现对数据的恢复部分5.1 RAID6当两块磁盘失效时

13、进行数据恢复的算法5.2 恢复算法的程序实现5.3 以随机两块模拟磁盘失效进行恢复演示第六章 总结与展望致谢 第一章 绪 论1.1信息时代数据存储安全的极端重要性未来的世界将是一个用0和1来进行描述的世界,随着二十世纪末人类开启了信息时代的大门,世界信息化的脚步就越走越快,爆炸式的信息增长趋势已注定人类的二十一世纪及未来将会和无处不在的信息形影不离:无论是人们的个人生活、工作、学习,还是工业生产、金融、国防,人类所有的社会活动将全面进入被信息化的时代。显而易见,对于这样的一个信息社会来说,其核心的社会资源无疑将是存储在数以亿计各式终端中的各类数据。根据IDC(国际数据资讯)的调查显示,截止到2

14、003年,全球计算机数据存储量已达2000000TB,并且能够保持以每年80%的速度在增长,而预计到了2008年,仅中国就将达到139415TB(IDC数据)的外部磁盘存储容量,可以预见,在不远的将来,一个真正数字化的信息社会将在人类的面前实现。然而,正是因为社会的每一个单元都开始变得和数据息息相关,数据存储本身的安全就已然成为人们首要也是必须关心的核心问题。珍藏的数码照片,个人的影像资料,各种私人文档、统计表格,甚至是个人的科研成果等等,这些对于个人用户来说极为重要的存储数据一旦遭到破坏,将会是莫大的遗憾和惋惜;而对比以上这些个人数据,银行金融系统,大型企业集团,国家政府机构,军队国防系统,航空航天等等,这些社会单元的数据资料一旦遭到破坏,将会造成巨大的经济损失,甚至会更为严重。在不远的将来,可以想象一个国家甚至世界范围内的金融经济在一瞬间瘫痪,可以想象在战场上兵不血刃就可以摧毁敌方的防御能力,可以想象一个大型的企业集团因为核心资料被破坏而无法运作,而在人类探索太空的道路上,资料数据的存储安全更是极为重要。结论是很明显的,在未来这个被全面信息化的世界里,绝大部分的社会单元,社会活动都是以存储在介质上的数据资料作为核心的,其安全的极端重要性,正是人们必须迫不及待关心的重大问题。1.

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