Методы, алгоритмы и программы повышения надежности хранения информации на магнитных дисках.
На правах рукописи
Кокоулин Андрей Николаевич
МЕТОДЫ, АЛГОРИТМЫ И ПРОГРАММЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ХРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА МАГНИТНЫХ ДИСКАХ.
05.13.05 – Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Пермь - 2007
Работа выполнена в Пермском государственном техническом университете.
Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор Кон Ефим Львович, Пермский государственный технический университет.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Первадчук Владимир Павлович, Пермский государственный технический университет.
кандидат технических наук, Котельников Илья Леонидович, начальник отдела стратегического планирования ОАО «Морион».
Ведущая организация – ЗАО «ИВС – сети»
Защита состоится «02» «ноября» 2007 г. в 16 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.188.04 в Пермском государственном техническом университете по адресу:
614600, г. Пермь, Комсомольский пр-т.,29, ауд. 423б.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного технического университета.
Автореферат разослан «_____» «________________» 2007 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
доктор технических наук, профессор Южаков.А. А
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы диссертации. Развитие вычислительной техники в значительной мере определяется эксплуатационными характеристиками запоминающих устройств, к которым в первую очередь следует отнести надежностные характеристики.
Совершенствование магнитных дисков, в основном, происходит в направлении повышения плотности записи данных на носителе. При этом происходит уменьшение размеров элементов хранения информации и увеличение плотности компоновки, что приводит к появлению дефектов при производстве и к повышению интенсивности отказов и сбоев в процессе эксплуатации. Анализ многочисленных работ, посвященных повышению надежности хранения информации на стационарных и съемных дисковых накопителях в составе систем хранения данных (СХД) современных ПЭВМ, рабочих станций, интеллектуальных устройств автоматики и бытовой техники, показал, что технологические меры повышения надежности ЗУ не всегда являются достаточными, а используемые методы парирования дефектов носителя за счет введения избыточности либо неэффективны, либо требуют дополнительной аппаратуры. Таким образом, целая ниша вычислительной, бытовой и оргтехники, нуждается в экономичных и эффективных методах повышения надежности хранения информации.
Разработка методов повышения надежности хранения информации на магнитных дисках (МНХИ) является комплексной проблемой, решению которой уделено большое внимание в зарубежной и отечественной литературе. В то же время следует отметить, что нерешенным остается ряд актуальных задач. В частности, отсутствуют описания адекватных моделей канала хранения и передачи информации (КХПИ) современных ЭВМ, отсутствуют рекомендации по выбору метода и эффективных алгоритмов повышения надежности для разных уровней КХПИ, отсутствуют рекомендации по выбору уровня в структуре КХПИ для размещения МНХИ и по программной реализации соответствующих алгоритмов кодирования и декодирования. Поэтому разработка универсальных, эффективных и экономичных методов повышения надежности хранения информации на различных типах магнитных дисков является актуальной проблемой.
Постановка задачи. Разработать и исследовать универсальный метод повышения надежности стандартных дисковых накопителей и эффективные алгоритмы, реализующие этот метод, в частности, алгоритмы кодирования данных и исправления ошибок, адаптированные к особенностям потоков информации в дисковых накопителях.
Объектом исследования является канал хранения и передачи информации на магнитных дисках ЭВМ, в состав которого входят аппаратные и программные блоки, имеющие собственную статистику ошибок, виды дефектов и информационные структуры..
Целью диссертационной работы является разработка универсального и экономичного метода повышения надежности хранения информации на магнитных дисках, использующего алгебраические коды для парирования дефектов носителя информации, и реализующих этот метод эффективных алгоритмов кодирования и декодирования.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи диссертационной работы:
- Разработать и исследовать многоуровневую модель КХПИ, проанализировать статистику ошибок для каждого уровня канала и выделить уровень для эффективной реализации системы повышения надежности хранения информации (СНХИ), использующей алгебраические коды;
- Исследовать и обосновать возможность и целесообразность применения двухмерных итеративных кодов для повышения надежности хранения информации на дисках различных типов;
- Разработать систему критериев для оценки эффективности алгоритмов кодирования и исправления ошибок в СНХИ двухмерными итеративными кодами в соответствии с особенностями потоков данных в канале хранения информации на дисковых накопителях;
- Разработать и исследовать метод определения значений критериев;
- Разработать и исследовать эффективные алгоритмы кодирования и декодирования двухмерных итеративных кодов СНХИ в соответствии с выбранной системой критериев;
- Разработать рекомендации по выбору параметров двухмерных итеративных кодов и размещению проверочных разрядов для разных МД;
- Разработать рекомендации по программной реализации СНХИ, использующей предложенные алгоритмы кодирования и декодирования итеративных кодов для разных типов дисков.
Предметом исследования являются методы повышения надежности хранения информации на магнитных дисках, алгоритмы кодирования и исправления ошибок данных в СНХИ с использованием алгебраических, и, в частности, итеративных кодов и методы анализа вычислительной сложности алгоритмов.
Методы исследования базируются на использовании элементов теории кодирования, теории информации, теории вычислительной сложности, математического программирования, теории автоматов. Экспериментальное исследование разработанных методов и алгоритмов выполнено с помощью моделирования и тестовых испытаний.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- Предложен и проанализирован универсальный и эффективный метод повышения надежности хранения информации на основе двухмерных итеративных кодов на магнитных дисках различных видов.
- Разработана и исследована четырехуровневая модель КХПИ на МД.
- Предложена методика оценки эффективности алгоритмов кодирования и декодирования двухмерных итеративных кодов СНХИ, базирующаяся на оценке вычислительной сложности алгоритмов.
- Разработаны эффективные алгоритмы кодирования и декодирования двухмерных итеративных кодов для магнитных дисков.
Основные положения, выносимые на защиту:
- Разработанная и исследованная четырехуровневая модель канала хранения информации на дисковых накопителях;
- Разработанный универсальный метод повышения надежности хранения информации на магнитных дисках, использующий кодирование информации двухмерными итеративными кодами;
- Разработанная система критериев и метод оценки вычислительной сложности алгоритмов кодирования и исправления ошибок двухмерными итеративными кодами;
- Разработанные эффективные алгоритмы кодирования и декодирования двухмерных итеративных кодов в КХПИ на магнитных дисках, адаптированные к специфике информационных потоков;
- Предложенные рекомендации по программной реализации СНХИ для разных типов дисков и операционных систем.
Достоверность научных положений и практических рекомендаций подтверждена корректным обоснованием и анализом моделей канала хранения информации, методов и алгоритмов повышения надежности хранения информации, а так же результатами экспериментальных исследований для разных видов накопителей.
Практическая ценность работы.
- Разработанные методы и алгоритмы повышения надежности стандартных дисковых ВЗУ в составе ПЭВМ позволяют реализовать надежную, эффективную и экономичную систему хранения информации на рабочих станциях, ЭВМ общего назначения, интеллектуальных устройств автоматики и бытовой техники;
- Предлагаемые МНХИ могут быть применены для оптимизации структуры систем повышения надежности хранения информации и систем комплексной защиты информации, разрабатываемых производителями ПО на различных уровнях операционной системы. Дополнение механизма повышения достоверности данных разработанным программно-аппаратным кодеком итеративного кода СНХИ, позволяет распределить исправляющую способность по уровням КХПИ, снизив затраты ресурсов на исправление ошибок для верхних уровней, повысить надежность СХИ и расширить класс исправляемых ошибок;
- Построение отказоустойчивых систем по технологии RAID с использованием предложенных алгоритмов кодирования и исправления ошибок двухмерными итеративными кодами, позволит повысить общую надежность хранения информации и увеличить быстродействие по сравнению с существующими системами.
Внедрение результатов работы. Основные теоретические положения диссертационной работы успешно прошли апробацию при разработке программной системы СНХИ для гибких дисков 3,5” и съемных жестких дисков IOMEGA JAZ емкостью 1Гб. Упомянутые программные пакеты прошли промышленные испытания и используются в учреждениях ГУ Банка России РФ по Пермскому краю и Свердловской области.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на конференциях: ХХV Международная конференция «Новые информационные технологии в науке, образовании, коммуникациях» (Украина, Крым, Гурзуф, 1998г.), XXXI Международная конференция "Информационные технологии в социологии, экономике, образовании и бизнесе" IT + SE`03 ОСЕННЯЯ СЕССИЯ" и IT + SE`06 ОСЕННЯЯ СЕССИЯ" (Украина, Крым, Ялта-Гурзуф, 30 сентября 2003 г. и 5 октября 2006г.), «Годишник на Технический Университет» (ВъВ Варна, 2001). По теме диссертации делались сообщения и доклады на научно-практических и научно-методических конференциях ПГТУ 1997-2007гг.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано двенадцать печатных работ, в том числе 1 публикация в журналах из списка ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 121 наименований и двух приложений. Основная часть изложена на 122 страницах машинописного текста, иллюстрируется 20 рисунками и 7 таблицами.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и основные задачи диссертационной работы, отражена научная новизна и практическая ценность результатов работы, перечислены положения, выносимые на защиту.
В первой главе приводятся и систематизируются результаты аналитического обзора публикаций отечественных и зарубежных авторов, посвященные проблеме повышения надежности хранения информации в запоминающих устройствах современных ЭВМ.
Для сравнительного анализа существующих подходов по повышению надежности хранения информации выдвинуты требования, обеспечивающие возможность реализации универсального и эффективного метода повышения надежности магнитных дисков:
- Обеспечение защиты всей информации диска, включая область данных пользователя и область служебной информации диска;
- Использование минимально возможной информационной избыточности при допустимой вероятности ошибки не более 10-14;
- Обеспечение защиты любых дисковых накопителей, включая съемные диски, без внесения дополнительной аппаратной избыточности;
- Хранение как полезной, так и избыточной информации на одном дисковом накопителе без нарушения форматов диска;
- Возможность программной реализации метода повышения надежности, использующего алгебраические коды для парирования дефектов накопителя и удовлетворяющего перечисленным требованиям.
В соответствии с предложенной системой требований показаны принципиальные недостатки существующих методов повышения надежности для каждого этапа преобразования информации в СХИ и обоснована целесообразность использования двухмерных итеративных кодов для повышения надежности хранения информации на МД.
Показана необходимость разработки и исследования многоуровневой модели канала хранения и передачи информации для определения статистики ошибок для разных этапов преобразования информации в тракте хранения и передачи данных, считанных с магнитного диска в пользовательскую программу.
Сформулированы задачи диссертационной работы и выделены основные этапы разработки и исследования МНХИ.
Во второй главе разработана четырехуровневая модель канала хранения информации на магнитных дисках, отражающая особенности потоков информации в СХД ПЭВМ, в которой выделены следующие уровни:
- прикладной уровень. Произвольный формат данных;
- уровень файловых операций. Обработка файловых объектов;
- уровень дисковых операций. Выделение секторов с информационными и служебными частями из битовых последовательностей;
- физический уровень. Обработка битовых последовательностей.
Каждый уровень канала характеризуется собственными статистикой и моделями ошибок, методами контроля достоверности информации или методами исправления ошибок, собственными структурами данных и структурными единицами информации, определяющими размеры защищаемых блоков. Впервые квалифицирован тип канала передачи данных и проведен расчет статистики ошибок.
С учетом того, что при движении информации между уровнями происходит ее структурное преобразование, а именно разделение битовой последовательности, считанной с диска на физическом уровне модели на служебную информацию и пользовательскую информацию, в работе показано, что спектр ошибок смещается в сторону коррелированных ошибок. Обнаруженная и не исправленная аппаратным контролем целостности информации ошибка для всех последующих уровней будет соответствовать пакету стираний длиной 1 сектор. Расчеты показали, что вероятность возникновения пакетов стираний длиной в 1 сектор достигает 10-7. С учетом этого, код должен обеспечить исправление любой конфигурации пакетов стираний не менее чем в трех сбойных секторах кодовой группы для допустимой вероятности ошибки на выходе СНХИ не более 10-14.
В ходе исследования уровней КХПИ сделан вывод о наибольшей эффективности размещения СНХИ на уровне дисковых операций:
- возможна программная реализация МНХИ. Интеграция в существующие структуры КХПИ прозрачна и не вызывает конфликтов;
- защищаемая информация претерпевает минимальные изменения после преобразований физического уровня;
- обеспечивается защита всей полезной поверхности диска;
- на уровне дисковых операций операционная система использует стандартный для всех дисковых накопителей программный интерфейс, что позволяет разработать универсальный по типу накопителя МНХИ;
- возможно косвенное использование результатов декодирования и/или исправления ошибок кодом стандартного аппаратно реализуемого контроля целостности информации, что позволяет максимально эффективно использовать избыточность для коррекции ошибок.
Для повышения надежности хранения информации на магнитных дисках рекомендовано использование двухмерных итеративных кодов, т.к. эти коды декоррелируют пакеты ошибок или стираний и обладают простыми в реализации алгоритмами кодирования и декодирования. Код столбца предлагаемого итеративного кода является кодом ГСК (n1,m1,d1) с dmin13. Разряды j-х кодовых групп кода столбца набираются из j-х бит секторов, объединенных в одну кодовую группу итеративного кода. Кодек кода столбца реализуется программно. Кодом строки является код (n2,m2,d2) аппаратно реализуемого контроля целостности информации (CRC/ECC), чаще всего используется код Рида-Соломона с dmin24, обладающий высокой обнаруживающей способностью.
Разработанный и исследованный метод повышения надежности хранения информации на магнитных дисках, использующий двухмерные итеративные коды, является универсальным, поскольку:
- структура КХПИ и принципы хранения, обработки и передачи информации функциональных блоков одинаковы для всех типов дисковых накопителей;
- разработанный МНХИ, и реализующие его алгоритмы, могут быть использованы на магнитных дисках с широким диапазоном показателей надежности. Настройка параметров СНХИ будет заключаться в выборе параметров двухмерного итеративного кода, используемого для повышения надежности;
- разработанный МНХИ предполагает прозрачную и бесконфликтную интеграцию в структуру различных файловых и операционных систем.
Исследование структур данных на каждом уровне модели КХПИ позволило решить задачу вычисления эффективных параметров кодовых групп и выработать рекомендации по выбору длин кодовых групп и размещению проверочных разрядов для разных типов дисков. При использовании этих рекомендаций вносится минимальная задержка в процессе кодирования и записи на диск в СХИ:
- Целесообразно объединять все сектора одной дорожки съемного диска в одну кодовую группу.
- Длина кодовой группы жесткого диска должна быть кратна размеру кластера, чтобы минимизировать время записи на диск.
В третьей главе анализируются критерии эффективности алгоритмов кодирования и исправления ошибок СНХИ и предлагается метод расчета значений критериев.
Процедура кодирования информации выполняется каждый раз при записи новых данных на диск. Снижение быстродействия обусловлено необходимостью выполнения дополнительных операций над данными. Поэтому усовершенствование и адаптация алгоритма кодирования должно проводиться в сторону уменьшения времени кодирования, пропорционального количеству дисковых операций Nkдо (более значимый критерий) и инструкций процессора (ключевых операций) Nkко (менее значимый).
Процедура исправления ошибок выполняется только при возникновении ошибки и является относительно редким событием. Поэтому, в работе предложено в качестве наиболее значимого критерия выбрать реализуемую исправляющую способность алгоритма S, а остальные критерии, имеющие меньшую значимость - количество дисковых операций Ndдо и количество команд (ключевых операций) Ndко при декодировании, предлагается оптимизировать в последнюю очередь.
1) В работе была рекомендована следующая поэтапная методика выбора эффективного алгоритма кодирования СНХИ:
- Исследовать пути уменьшения количества дисковых операций при различных вариантах записи кодовых групп Nkдо, составить список возможных алгоритмов.
- Для каждого варианта определить численные значения критерия Nkдо. Выбрать из списка алгоритм, обеспечивающий минимальное Nkдо;
- Исследовать пути уменьшения числа ключевых операций, необходимых для вычисления проверочных разрядов Nkко, составить список возможных вариантов реализаций алгоритмов.
- Определить численные значения критерия Nkдо Выбрать вариант (совокупность вариантов) реализации алгоритма, который позволяет минимизировать параметр Nkко.
2) Рекомендована поэтапная методика выбора эффективного алгоритма декодирования:
- Исследовать методы максимизации реализуемой исправляющей способности S, составить список возможных алгоритмов.
- Определить численные значения критерия S. Выбрать из списка алгоритм с наилучшим значением S в качестве основы алгоритма декодирования двухмерного итеративного кода СНХИ.
- Исследовать варианты реализации, позволяющие ускорить процесс исправления ошибок по метрикам Ndдо и Ndко, составить список возможных вариантов реализаций алгоритмов.
- Определить численные значения критерия Ndдо и Ndко Выбрать вариант (совокупность вариантов) реализации алгоритма, который позволяет минимизировать параметры Ndдо и Ndко.
Для определения значений количества дисковых операций использовался обыкновенный подсчет количества считываемых-записываемых секторов, необходимых для выполнения операций записи данных и восстановления информации.
Критерий S (реализуемая исправляющая способность) вычислялся в соответствии с формулами теории помехоустойчивого кодирования.
Выбор методики определения численных значений метрик критериев Nkко и Ndко проводился в соответствии с требованиями: степень адекватности поставленной задаче получаемых с помощью вычислительной модели оценок, трудоемкость представления алгоритмов и независимость модели от архитектуры и механизмов управления ресурсами операционной системы. Были оценены следующие вычислительные модели и методы оценки вычислительной сложности:
- Машины Тьюринга;
- Метод сводимости задачи;
- Метод оценки сложности с использованием граф-схем алгоритмов;
Показано, что метод построения граф-схем алгоритмов, является единственным методом, позволяющим получить точные значения критериев Nkко и Ndко, и описать мельчайшие отличия близких по структуре алгоритмов, поэтому в работе был выбран данный метод.
В четвертой главе диссертационной работы, с использованием предложенной методики и системы критериев, проведена разработка и исследование оригинальных алгоритмов кодирования и исправления ошибок СНХИ, позволяющих существенно улучшить ряд важнейших характеристик по сравнению со стандартными (базовыми) алгоритмами.
При разработке алгоритмов кодирования был доказан ряд утверждений, позволяющих теоретически обосновать эффективность алгоритмов относительно предложенных в главе 3 критериев:
Утверждение. Изменение значения любого информационного разряда aj на aj’ в кодовой группе ГСК-кода вызовет следующие изменения проверочных разрядов ci, 1in1-m1: ci=hij(aj-aj’)
То есть, при поступлении запроса на перезапись части информационных разрядов кодовой группы, для перекодирования необходимо иметь лишь текущее и предыдущее значение изменяемых разрядов и предыдущее значение проверочных разрядов. Стандартная же схема кодирования двухмерным итеративным кодом предполагала считывание всей оставшейся кодовой группы, что приводило к уменьшению быстродействия. Преимущество данного алгоритма особенно сильно проявляется при большой длине кодовой группы.
Таблица.1. Выбор алгоритма кодирования
Рис.1. Снижение быстродействия при использовании алгоритмов кодирования итеративного кода СНХИ с длиной кодовой группы 63 сектора.
В таблице 1. показано преимущество разработанного алгоритма, учитывающего особенности потоков данных в КХПИ по сравнению с базовым алгоритмом по критерию Nkдо. Для наглядного сравнения алгоритмов введем показатель снижение быстродействия, демонстрирующий относительное увеличение числа дисковых операций при кодировании. На рис.1. видно, что доля полезных операций v при использовании алгоритма кодирования, учитывающего особенность входных данных выше. Таким образом, производительность СХИ снижается в меньшей степени. В работе рекомендуется использовать алгоритм, учитывающий особенности входных данных, при количестве перезаписываемых секторов v=(1..n1/2-k1 ) и базовый алгоритм, при большем количестве секторов.
Выбранный алгоритм кодирования, учитывающий особенности входных данных, может быть усовершенствован с точки зрения Nkко при использовании предложенного автором способа параллельного кодирования нескольких кодовых групп. При этом выигрыш в быстродействии пропорционален разрядности процессора z.
В работе предложен оригинальный алгоритм исправления ошибок стирания, использующий свойства укороченного кода ГСК (n1-i,m1-i,d1), используемого в качестве кода столбца в двухмерном итеративном коде СНХИ, позволяющий наиболее полно реализовать исправляющую способность кода. Данный алгоритм позволяет исправлять пакетируемые ошибки стирания общей длиной до пяти секторов в кодовой группе, в то время как стандартная процедура исправления позволяет восстановить всего три сектора. Принцип работы алгоритма теоретически обоснован в работе. В частности, доказано следующее утверждение:
Утверждение. Укороченный код (n-i,m-i,d) может исправлять кроме ошибок кратности S=(d-1) дополнительно 
комбинаций символов стираний.
Применение предложенного принципа, позволяет увеличить корректирующую способность алгоритма исправления ошибок кодов ГСК по сравнению с стандартным (базовым) алгоритмом декодирования. Таким образом, в каждой кодовой группе кода столбца могут быть исправлены некоторые комбинации из пяти и менее стираний, и для двухмерного итеративного кода СНХИ возможно исправление до пяти поврежденных секторов в кодовой группе.
Определена вероятность ошибки на выходе декодера 
, где Pi - вероятности появления i стираний на входе декодера, что на порядок меньше вероятности ошибки при использовании стандартного алгоритма: 
. Экспериментальное исследование подтвердило корректность алгоритма.
Таблица.2.Выбор алгоритма исправления ошибок
и способов повышения его быстродействия.
В таблицах приводятся оценки критериев исправляющей способности для базового алгоритма и алгоритма, основанного на свойствах укороченного кода. Таким образом, по критерию реализуемой исправляющей способности, выбран алгоритм исправления ошибок, основанный на свойствах укороченного кода. Выбранный алгоритм был исследован с точки зрения повышения быстродействия. Для этого были сформулированы и доказаны несколько утверждений и следствий, на основе которых предложены модификации алгоритма, позволяющие ускорить процесс восстановления информации. Все разработанные варианты реализации не противоречивы, и окончательный вариант реализации алгоритма исправления ошибок включает в себя возможности параллельной обработки информации, способность использования остаточной информации и использование логического значения синдрома, Преимущества разработанных вариантов реализации по сравнению с базовым алгоритмом показаны в таблице 2.
В пятой главе рассматриваются вопросы программной реализации предлагаемых в работе алгоритмов и рассматриваются другие области применения методов повышения надежности хранения информации, в том числе, для других носителей информации и в составе сложных информационных систем.
Рассмотрены стадии разработки программного обеспечения СНХИ для современных операционных систем, даны рекомендации по использованию средств разработки и по архитектуре ПО СНХИ. В качестве программной модели СНХИ рекомендована модель драйвера-фильтра дисковых операций, позволяющая перехватывать и обрабатывать абсолютно все запросы на проведение дисковых операций.
Разработана типовая инструкция по проведению приемо-сдаточных испытаний, позволяющая провести разностороннюю оценку корректности работы СНХИ и соответствие СНХИ поставленным требованиям.
Приведены результаты приемо-сдаточных испытаний программных СНХИ для ОС Windows 9х/2000/ХР (имеются соответствующие акты):
- СНХИ на гибких магнитных дисках;
- СНХИ на съемных жестких магнитных дисках IOMEGA JAZ 1 Gb.
Результаты внедрения разработанных алгоритмов показывают способность СНХИ парировать дефекты накопителя, поражающие до пяти секторов кодовой группы. СНХИ обеспечивает вероятность ошибки 10-14.
В пятой главе также предлагаются варианты использования методов и алгоритмов СНХИ для защиты дисковых внешних запоминающих устройств других типов, таких как магнитооптические диски, CD, DVD диски, Flash-память, магнитные банковские карты, что подтверждает универсальность разработанного метода.
Автором предложены перспективные варианты применения полученных наработок в системах комплексной защиты информации и в составе отказоустойчивых систем, основанных на RAID-технологии.
Заключение содержит следующие основные результаты и выводы:
- Разработана четырехуровневая модель КХПИ и показана адекватность модели для решения задач диссертационной работы. Обоснован выбор уровня дисковых операций для эффективной реализации СНХИ;
- Определены требования к разрабатываемым эффективным методам повышения надежности стандартных дисковых накопителей;
- Обоснован выбор универсального метода повышения надежности хранения данных на МД с использованием двухмерных итеративных кодов;
- Разработана методика выбора эффективных алгоритмов кодирования и исправления ошибок двухмерным итеративным кодом, базирующаяся на анализе вычислительной сложности алгоритмов. Предложена система критериев, учитывающих специфику КХПИ на МД.
- Рекомендованы методы оценки численных значений критериев. Проведено ранжирование критериев по значимости и предложены методики исследования и разработки эффективных алгоритмов кодирования и исправления ошибок;
- Разработаны эффективные алгоритмы кодирования и исправления ошибок, учитывающие специфику информационных потоков. Показаны достоинства и преимущества разработанных алгоритмов;
- Предложены рекомендации для программной реализации СНХИ, инвариантной к типам дисков и операционных систем. На примере съемных жестких дисков IOMEGA JAZ и флоппи-дисков показано определение длин кодовых групп и способы размещения проверочных разрядов двухмерных итеративных кодов;
- Предложен вариант применения разработанных в диссертации алгоритмов кодирования и декодирования данных двухмерным итеративным кодом в составе RAID технологии, что позволит значительно повысить надежность хранения данных в RAID-массивах по сравнению с традиционными алгоритмами. Предложен вариант построения систем комплексной защиты информации с объединением принципов повышения надежности хранения информации СНХИ и принципов обеспечения конфиденциальности и разграничения доступа.
- Рекомендована методика проведения испытаний СНХИ, демонстрирующая соответствие характеристик реализованной СНХИ поставленным требованиям и теоретическим результатам исследований. Метод, алгоритмы и рекомендации по программной реализации успешно реализованы и апробированы в учреждениях ГУ ЦБ РФ Пермской и Свердловской областей для защиты ключевой информации на съемных дисках. Эффективность предложенного МНХИ подтверждена актами приемки ПО.
В приложении приведены копии документов, подтверждающих практическое использование и внедрение результатов диссертации.
Основные научные результаты диссертации опубликованы в работах:
| 1 | Кокоулин А. Н. Система надежного хранения информации на магнитных дисках. // Сборник научных трудов. Информационные управляющие системы. Пермь, ПГТУ, 1999 - с.64-70. |
| 2 | Кокоулин А.Н., Кон Е.Л. Особенности реализации кодека помехоустойчивого кода в составе системы обеспечения надежного хранения информации на магнитных дисках (СНХИ). // Информационные управляющие системы, Сб. науч. трудов. Пермь, ПГТУ, 2000. - с.23-29. |
| 3 | Кокоулин А.Н. Методы защиты интеллектуальной собственности. // Годишник на Технический Университет, Варна, 2001. – с.338-345. |
| 4 | Кокоулин А. Н., Кон Е. Л. Анализ вычислительной сложности алгоритмов. // Сборник научных трудов Информационные управляющие системы Пермь, ПГТУ,2001, - с.42-48. |
| 5 | Кокоулин А. Н., Кон Е. Л. Выбор критериев и методики оценки вычислительной сложности алгоритмов кодирования блоковыми алгебраическими кодами. // Сборник научных трудов. Информационные управляющие системы. Пермь, ПГТУ, 2002, - с.32-39. |
| 6 | Кокоулин А.Н., Кон Е.Л. Алгоритм исправления ошибок системы надежного хранения информации с оптимальной для исправления ошибок малой кратности проверочной матрицей. // Системы мониторинга и управления. Сборник научных трудов, Пермь, ПГТУ, 2006. - с.106-109. |
| 7 | Кокоулин А.Н. Методы и алгоритмы повышения надежности хранения информации на магнитных дисках в системах RAID уровня 2. //Материалы Международной конференции «Информационные технологии в социологии, экономике, образовании и бизнесе IT+SE`06».Украина,Гурзуф.2006.-с.49-50. |
| 8 | Кокоулин А.Н. Методы и алгоритмы повышения надежности хранения информации на магнитных дисках в системах RAID. // «Вестник КГТУ им. Туполева», №2. Казань, 2007. – с.159-170. |
