[发明专利]一种基于纠删码存储系统的负载均衡修复调度方法

权利要求书

1.一种基于纠删码存储系统的负载均衡修复调度方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：负载均衡状态评估

设分布式存储系统部署(k,m)的纠删码，其中k是数据块的数量，m是校验块的数量；当发生单点故障，待重构的任务在主节点构成重构队列；构造出关于替代节点和源节点的二部图G_r-s＝(N,N,E)，其中两部分的点集N都是系统中的幸存节点，设系统中幸存节点数量为n，边集合E代表执行当前这批重构任务时替代节点与源节点的对应关系，修复时间片为系统空闲情况下通过跨节点传输k个块来修复单个故障块所花费的时间；设一个分布式存储系统部署(k,m)的故障块大小是B，系统节点的带宽是同构的，都是B_w，那么该修复时间片就是kB/B_w；定义修复并行度为在修复时间片内系统能够修复的故障块数量，当G_r-s达到最优的源和替代节点负载均衡时，修复并行度达到最优值，即为n，即系统一批执行的重构任务数量为n；通过对每一批重构任务计算修复并行度来判断是否达到最优调度，若修复并行度已达到最优值n，则按当前调度执行该批重构任务，算法终止；否则，转第二步；

第二步：分批调度重构任务和选择源节点

构造一个二部图G_s＝(T,N,E),其中T是n个待重构的任务集合，N是系统中n个幸存节点集合；对任意重构任务T_i∈T，若存在N_i∈N是T_i所在条带的源节点，则在T_i与N_i之间连一条边(T_i,N_i)∈E；重构一个故障块，从该故障块所在条带中剩余的k+m-1个源节点中读取任意的k个块，即为G_s中每个重构任务从E中选择k条边；若每个幸存节点为重构任务都恰好贡献了k个块，则达到最优的负载均衡；

将上述问题转化为最大流问题求解，目标是尽可能达到一批重构任务的源节点负载均衡：基于二部图G_s构造源节点的流图FG_s，添加源s和汇t，连接s和T中的每个重构任务并标记边的容量为k，连接t和N中每个幸存节点并标记边的容量为k，把原先G_s中的边容量标记为1，得到流图FG_s；利用Ford-Fulkerson算法，计算得到FG_s的流值f_FGs；若f_FGs达到了饱和值kN，则执行第三步；否则，通过在剩下的重构队列中寻找新的任务替代这些不饱和的重构任务来更新f_FGs；每次在f_FGs中寻找最不饱和的重构任务作为将被替换的任务，在重构队列中找到在f_FGs中有更多关联不饱和源节点的新任务替换进去；如果达到设定的阈值时，f_FGs的值没有再继续增加，终止第二步；

第三步：为不饱和的任务补充源节点的连接

若还有未饱和的重构任务，则选择连接数量最小的幸存节点为这些任务补充新的源；

第四步：选择替代节点

从构造替代节点的二部图G_r开始，所有替代节点的选择必须和重构任务所选择的源节点不同，即G_r是G_s的补图；再次利用Ford-Fulkerson算法在G_r中寻找完美匹配；

若重构队列中不为空，则重复上述四步来为下批任务进行调度，直至队列为空。