Метод резервування та відновлення даних при їх зберіганні на віддалених носіях

Актуальність теми. Особливостями сучасного етапу вдосконалення інформаційних технологій є поглиблення процесів інформаційної інтеграції та значне розширення застосування хмарних та розподілених обчислень. Прогрес технології глобальних мереж, досягнутий в останні десять років, докорінно змінив організацію комп’ютерної обробки інформації на користь розподілених систем зберігання даних та віддалених обчислень. Широкого розповсюдження набула практика розподіленого зберігання інформації користувачів на віддалених сховищах. Крім таких очевидних переваг, як практична відсутність обмежень на об’єм пам'яті, доступність інформації користувача для широкого кола інших користувачів, зручність обміну даними, сучасна технологія зберігання інформації в хмарах забезпечує якісно більш високий рівень надійності. Втрата даних при їх зберіганні на магнітних, оптичних чи твердотільних накопичувачах може відбуватися в результаті виходу з ладу обладнання, помилок в роботі програмного забезпечення, хакерських атак, дій вірусних програм, комп’ютерних хробаків, катаклізмів політичного, терористичного, природного, військового чи техногенного характеру. При цьому можуть втрачатися як окремі блоки даних, так і вся інформація на певному сховищі. При зберіганні даних користувачів у хмарі, основну роль в забезпеченні надійності відіграє рознесення даних користувача по різним, географічно віддаленим, сховищам. Це обмежує втрати даних під дією наведених вище причин, відносно невеликим об’ємом. Втрачені дані можуть бути відновлені за рахунок використання резервних блоків, які формуються з інформаційних блоків. В цьому ракурсі резервування та відновлення втрачених даних відіграють важливу роль в технології забезпечення високої надійності розподіленого зберігання інформації користувачів. Відповідно, подальший розвиток технологій віддаленого зберігання даних диктує необхідність адекватного вдосконалення методів їх резервування та відновлення втраченої інформації. Таким чином, наукова задача підвищення ефективності резервування та відновлення даних користувачів при їх розподіленому зберіганні на віддалених сховищах є актуальною для сучасного етапу розвитку інформаційних та комп’ютерних технологій. Мета і задачі дослідження. Метою цієї роботи є підвищення ефективності відновлення даних, втрачених при їх віддаленому зберіганні за рахунок розробки методів резервування, які враховують особливості реальних систем віддаленого інформації на розподілених сховищах, а також дозволяють прискорити процес відновлення даних, доступ до яких втрачено. Задачами дослідження, відповідно до поставленої мети є: Дослідження та аналіз можливостей застосування лінійних кодів для відновлення втрачених даних на дисках. Розробка та дослідження методу відновлення даних з двох втрачених дисків з використанням двох додаткових дисків та трьох втрачених дисків з використанням трьох додаткових дисків на основі діагональних та прямих контрольних сум, а також розробка покращень, що дозволяють досягти високої продуктивності відновлення даних при програмній та апаратній реалізації. Розробка програмного забезпечення для реалізації спрощеного методу резервування та відновлення даних із трьох втрачених носіїв на основі діагональних та прямих сум, які дозволяють прискорити процес відновлення даних із втрачених дисків. Об’єкт дослідження — процедури резервування та відновлення даних з віддалених носіїв зберігання інформації, доступ до яких втрачено. Предмет дослідження — методи та засоби відновлення даних при втраченому доступі до одного-трьох носіїв в розподілених системах віддаленого зберігання інформації, які використовують теоретично найменшу кількість додаткових носіїв і дозволяють досягти високої продуктивності процедури відновлення даних. Методи дослідження. Для досягнення поставлених в магістерській роботі задач, використано теорію ймовірності та математичної статистики, теорію організації обчислень, теорію комбінаторики та булевих функцій, а також застосування методів моделювання систем Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному: Запропоновано та досліджено метод прискореного відновлення обмеженої кількості втрачених інформаційних блоків, який відрізняється тим, що кількість блоків даних, з яких формується кожен з резервних блоків обмежена заданими граничними значеннями часу реконструкції втрачених блоків, що дозволяє за рахунок збільшення надлишковості резервування, прискорити процес відновлення інформації при її віддаленому зберіганні в порівнянні з відомими методами. Запропоновано модифікацію методу відновлення даних з двох втрачених дисків з використанням двох додаткових дисків, а також трьох втрачених дисків із використанням трьох додаткових, яка полягає в формуванні кодів другого та третього додаткових накопичувачів у вигляді сум за модулем 2 всіх основних та побічних діагоналей матриці. Доведено, що в запропонованій модифікації кількість слів на другому та третьому додаткових накопичувачах становить m+n-1≈m. Суттєвою перевагою запропонованого способу є простота обчислювальних процедур відновлення, які легко можуть бути реалізовані на апаратному рівні і забезпечують більшу продуктивність в порівнянні з іншими методами, які потребують розв’язання систем рівнянь. Практичне значення отриманих результатів роботи визначається тим, що використання розроблених методів дозволяє забезпечити ефективне резервування інформації, що зберігається в віддалених рознесених сховищах, з урахуванням вимог до надійності її доступності кожного користувача. Отримані результати дозволяють забезпечити заданий рівень доступності даних конкретного користувача відповідно до його вимог щодо надійності та оперативності доступу до даних, що зберігаються на віддалених від нього носіях. Отримані результати дозволяють за рахунок використання простих в обчислювальній реалізації лінійних перетворень та оптимізованих специфікацій значно прискорити процес відновлення втрачених даних. Особистий внесок здобувача. Магістерська дисертація є самостійно виконаною роботою, в якій відображено особистий авторський підхід та особисто отримані теоретичні та прикладні результати, що відносяться до вирішення задачі резервування та відновлення даних при їх зберіганні на віддалених носіях. Формулювання мети та завдань дослідження проводилось спільно з науковим керівником