Модель надежности распределенной системы хранения данных в условиях явных и скрытых дисковых сбоев

В настоящей работе рассматривается подход к расчёту надёжности хранилища данных, учитывающий как явные дисковые сбои, так и скрытые битовые ошибки, а также процедуры их выявления. Для расчёта надёжности предлагается новая математическая модель аналитического описания распределенного хранилища, описывающая динамику потерь и восстановления данных на основе Марковских цепей, соответствующих разным схемам избыточного кодирования. Рассматриваются преимущества разработанной модели по сравнению с классическими моделями для традиционных RAID-массивов. Исследуется влияние скрытых ошибок жестких дисков без учёта других битовых сбоев, возникающих в остальных аппаратных компонентах вычислительной машины. Оценка надёжности осуществляется согласно новым аналитическим формулам на основе критерия среднего времени до отказа, при котором утрата данных превышает порог восстанавливаемости, определяемый параметрами избыточного кодирования. Приводятся новые аналитические зависимости среднего времени жизни хранилища от среднего времени полной проверки данных в нём.

Среднее время до отказа (MTTF), цепи Маркова, избыточное кодирование, задача Гюйгенса о разорении игрока, распределенное хранилище данных, процедура скраббинга, контрольные суммы, MTTDL распределенного хранилища данных, дисковые сбои, скрытые битовые ошибки, секторные ошибки

1. Patterson D. A., Gibson G., and Katz R. H. A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID), Proc. of ACM SIGMOD, 1988.

2. Reibman A. and Trivedi K. S. A. Transient Analysis of Cumulative Measures of Markov Model Behavior. Communications in Statistics-Stochastic Models, 1989, vol. 5, pp. 683-710.

3. Schultz M., Gibson G., Katz R., and Patterson D. How Reliable is a RAID? Proceedings of CompCon, 1989, pp. 118-123.

4. Malhotra M. and Trivedi K. S. Reliability Analysis of Redundant Arrays of Inexpensive Disks. Journal of Parallel and Distributed Computing - Special issue on parallel I/O systems, 1993, vol.17, - no. 1-2., pp. 146-151.

5. Greenan K. M., Plank J. S. and Wylie J. J. Mean Time To Meaningless: MTTDL, Markov models, and Storage System Reliability, Proceedings of the 2nd USENIX conference on Hot topics in storage and file systems, 2010, pp. 1-5.

6. Karmakar P. and Gopinath K. Are Markov Models Effective for Storage Reliability Modelling? arXiv:1503.07931v1, 2015.

7. Li Y., Lee P. P. and Lui J. Stochastic analysis on raid reliability for solid-state drives, IEEE 32nd International Symposium on Reliable Distributed Systems (SRDS). IEEE, 2013, pp. 71-80. (http://arxiv.org/pdf/1304.1863.pdf)

8. Mann S. E., Anderson M. and Rychlik M. On the Reliability of RAID Systems: An Argument for More Check Drives, arXiv:1202.4423v1, 2012.

9. Pâris J.-F., Schwarz T., Amer A. and Long D. D. E. Improving Disk Array Reliability Through Expedited Scrubbing, Proceedings of the 5th IEEE International Conference on Networking, Architecture, and Storage, 2010, pp. 119-125.

10. Xin Q., Miller E. L., Schwarz T. J., Long D. D. E., Brandt S. A. and Litwin W.Reliability mechanisms for very large storage systems, Proceedings of the 20th IEEE/11th NASA Goddard Conference on Mass Storage Systems and Technologies, 2003, pp. 146-156.

11. Elerath J.G. and Pecht M. Enhanced Reliability Modeling of RAID Storage Systems, 37th Annual IEEE/IFIP International Conference on Dependable Systems and Networks, 2007, pp. 175-184.

12. Ivanichkina L. and Neporada A. Mathematical methods and models of improving data storage reliability including those based on finite field theory, Contemporary Engineering Sciences, 2014, vol. 7, no. 28, 1589-1602 http://dx.doi.org/10.12988/ces.2014.411236.