开源 C 语言库 Melon：数据恢复算法

[monkeyNik]

本文讲述开源 C 语言库 Melon 中的里德所罗门纠错码的使用。

关于 Melon 库，这是一个开源的 C 语言库，它具有：开箱即用、无第三方依赖、安装部署简单、中英文文档齐全等优势。

Github repo

简介

里德所罗门编码是一种纠错码技术，常被用于网络传输丢包恢复、磁盘 RAID 等领域。

关于里德所罗门算法原理的详细讲解，可以参考笔者以前的一篇文章《神奇的数据恢复算法》。

本文将主要利用 Melon 库实现的里德所罗门纠错码模块，配以实例代码，给大家直观展示纠错码的恢复能力。

使用

话不多说，我们上代码，然后进行说明：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "mln_core.h"
#include "mln_log.h"
#include "mln_string.h"
#include "mln_rs.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    mln_rs_result_t *res, *dres;
    char origin[] = "AAABBBCCCDDD";
    uint8_t *err[6] = {0};
    mln_string_t tmp;
    struct mln_core_attr cattr;

    cattr.argc = argc;
    cattr.argv = argv;
    cattr.global_init = NULL;
    cattr.master_process = NULL;
    cattr.worker_process = NULL;
    if (mln_core_init(&cattr) < 0) {
        fprintf(stderr, "init failed\n");
        return -1;
    }

    res = mln_rs_encode((uint8_t *)origin, 3, 4, 2);
    if (res == NULL) {
        mln_log(error, "rs encode failed.\n");
        return -1;
    }

    err[0] = NULL;
    err[1] = NULL;
    err[2] = (uint8_t *)origin+6;
    err[3] = (uint8_t *)origin+9;
    err[4] = mln_rs_result_get_data_by_index(res, 4);
    err[5] = mln_rs_result_get_data_by_index(res, 5);

    dres = mln_rs_decode(err, 3, 4, 2);
    if (dres == NULL) {
        mln_log(error, "rs decode failed.\n");
        return -1;
    }

    mln_string_nset(&tmp, mln_rs_result_get_data_by_index(dres, 1), 3);
    mln_log(debug, "%S\n", &tmp);

    mln_rs_result_free(res);
    mln_rs_result_free(dres);
    return 0;
}

main中的代码行为如下：

1. 定义变量，其中包含了原始数据origin，这个一围数组将被当作一个四行三列的矩阵使用。
2. 初始化 Melon 库。
3. 利用mln_rs_encode函数对原始数据origin这个四行三列的数据生成两个补码包。
4. 模拟丢包，即丢弃了AAA, BBB，然后保留了CCC、DDD以及两个补码包。注意：数据包的排列顺序要与生成数据时保持一致，丢失的数据要在对应的下标处置NULL。
5. 调用mln_rs_decode函数对步骤 4保留的内容进行数据修复，这里需要传入原始数据的行列数及补码包数量。
6. 取得修复出的第二行数据，即BBB并输出。
7. 释放生成和恢复时的结果数据。

结语

可以看到里德所罗门编码有如下特征：

1. 参与计算的数据必须都是等长的，如果不一样长，则要在其后补入数据保持等长。
2. 数据恢复时的数据顺序必须与初始 encode 时的顺序保持一致，本例中就是AAA、BBB、CCC、DDD。
3. 假设原始数据有 M 个，补码包生成 N 个，此时总数据包有 M+N 个，修复数据的要求是：这 M+N 个数据中丢失任意 N 个或少于 N 个，原始数据都可以被恢复。

相较于传统异或的纠错码，这种算法支持了丢失多段数据的修复，但计算开销也会比异或要大一些，因此使用者应该针对自身使用场景进行选择。

欢迎各位对 Melon 感兴趣的读者访问其Github 仓库。

感谢阅读！