一种数据文件修复的方法与流程

本发明属于工控系统领域，涉及一种数据存储技术，具体而言涉及一种数据文件的修复方法。

背景技术：

工控系统稳定性、可靠性及其重要，其运行依赖一系列数据文件，这些数据文件是一个连续存放的字节流，存放在存储器中。但由于种种原因，某些字节有可能发生变化，导致文件错乱、系统瘫痪，后果不堪设想。现有技术中，解决此问题的通常方法是整个文件备份，但是此方法增大了1倍的存储开销，成本偏高。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种数据文件修复的方法，该方法以很小的存储开销弥补某些数据错乱带来的危害。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种数据文件修复的方法，其包括以下步骤：

步骤1）将数据元素排成m行*n列的矩阵，要求m与n大体相等，若原始数据长度不足，可适当补齐，所述数据元素包括字节、字和双字等；

步骤2）选择一种可逆运算f,其逆运算f,满足：

z=f(x,y)……………………………………（1）

x=f(z,y),y=f(z,x)………………………………（2）

上式（1）、（2）中，x,y,z都属于所述数据元素的数据类型，

举例：如果数据元素为8位字节，则可选择无进位字节加法作为运算f,其逆运算f就是无进位字节减法；

步骤3）初始化

对1~m行逐行进行连续f运算，保存到1~m数组，对1~n列进行连续f运算，保存到1~n数组，若数据元素为字节，f运算为无进位字节加法，则连续f运算称之为累加和；

步骤4）检查

在系统运行过程中，上述m行n列矩阵数据、行累加和数组以及列累加和数组都有可能发生错误，需要进行巡回检查；

对每行巡回进行累加和，是否等于初始化时的行累加和，得出错误的行数a，以及错误行号集合x,如果为0，说明矩阵数据与行累加和数组能相互验证，没有错误；

对每列巡回进行累加和，是否等于初始化时的列累加和，得出错误的列数b，以及错误行号集合y，如果为0，说明矩阵数据与列累加和数组能相互验证，没有错误；

步骤5）判断并修复

①如果a=0,b>0，说明初始化的列累加和数组出现错误，重新计算错误的列累加和，并保存；

②如果a>0,b=0，说明初始化的行累加和数组出现错误，重新计算错误的行累加和，并保存；

③如果a=1,b=1,说明只有一个字节出现错误，根据集合x,y可直接得出错误元素所在的位置坐标，利用列或行累加和进行逆运算，可以算出正确的数据；

④如果a=1,b>1,则错误字节出现在一行多列，根据集合x,y可得出错误元素所在的位置坐标，利用列累加和进行逆运算，可以逐一算出正确的数据；

⑤如果a>1,b=1,则错误字节出现在一列多行，根据集合x,y可得出错误元素所在的位置坐标，利用行累加和进行逆运算，可以逐一算出正确的数据；

⑥如果a=2,且b>=2，且y集合的列号连续(从n与1之间也属于连续，n在前，1在后），可假定每列只有一个错误元素，可以利用列累加和数组逐一还原数据，最后重新校验行累加和，如果符合，还原成功，否则还原失败；

⑦如果a>=2,且b=2，且x集合中的行号连续(从m与1之间也属于连续，m在前，1在后），可假定每行只有一个错误元素，可以利用行累加和数组逐一还原数据，最后重新校验列累加和，如果符合，还原成功，否则还原失败；

⑧如果a>2且b>2无法还原。

本发明的有益效果如下：

与现有技术相比，本发明的方法的价值在不增加存储器开销的前提下，极大提升了数据的安全性，在工控领域极大提高控制器、网关等关键设备的可靠性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中；

图1表示本发明的方法将数据元素排成m行*n列的初始化矩阵示意图。

图2表示本发明的方法当a=0,b>0时的矩阵示意图。

图3表示本发明的方法a=1,b=1时的矩阵示意图。

图4表示本发明的方法a=1,b>1时的矩阵示意图。

图5表示本发明的方法a>2且b>2时的矩阵示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

一种数据文件修复的方法，其包括以下步骤：

步骤1）将数据元素排成m行*n列的矩阵，要求m与n大体相等，若原始数据长度不足，可适当补齐，所述数据元素包括字节、字和双字等；

步骤2）选择一种可逆运算f,其逆运算f,满足：

z=f(x,y)……………………………………（1）

x=f(z,y),y=f(z,x)………………………………（2）

上式（1）、（2）中，x,y,z都属于所述数据元素的数据类型，

举例：如果数据元素为8位字节，则可选择无进位字节加法作为运算f,其逆运算f就是无进位字节减法；

步骤3）初始化

如图1所示，对1~m行逐行进行连续f运算，保存到1~m数组，对1~n列进行连续f运算，保存到1~n数组，若数据元素为字节，f运算为无进位字节加法，则连续f运算称之为累加和；

步骤4）检查

在系统运行过程中，上述m行n列矩阵数据、行累加和数组以及列累加和数组都有可能发生错误，需要进行巡回检查；

对每行巡回进行累加和，是否等于初始化时的行累加和，得出错误的行数a，以及错误行号集合x,如果为0，说明矩阵数据与行累加和数组能相互验证，没有错误；

对每列巡回进行累加和，是否等于初始化时的列累加和，得出错误的列数b，以及错误行号集合y，如果为0，说明矩阵数据与列累加和数组能相互验证，没有错误；

步骤5）判断并修复

①如果a=0,b>0，说明初始化的列累加和数组出现错误，重新计算错误的列累加和，并保存，如图2所示；

②如果a>0,b=0，说明初始化的行累加和数组出现错误，重新计算错误的行累加和，并保存；

③如果a=1,b=1,说明只有一个字节出现错误，根据集合x,y可直接得出错误元素所在的位置坐标，利用列或行累加和进行逆运算，可以算出正确的数据，如图3所示；

④如果a=1,b>1,则错误字节出现在一行多列，根据集合x,y可得出错误元素所在的位置坐标，利用列累加和进行逆运算，可以逐一算出正确的数据，如图4所示；

⑤如果a>1,b=1,则错误字节出现在一列多行，根据集合x,y可得出错误元素所在的位置坐标，利用行累加和进行逆运算，可以逐一算出正确的数据；

⑥如果a=2,且b>=2，且y集合的列号连续(从n与1之间也属于连续，n在前，1在后），可假定每列只有一个错误元素，可以利用列累加和数组逐一还原数据，最后重新校验行累加和，如果符合，还原成功，否则还原失败；

⑦如果a>=2,且b=2，且x集合中的行号连续(从m与1之间也属于连续，m在前，1在后），可假定每行只有一个错误元素，可以利用行累加和数组逐一还原数据，最后重新校验列累加和，如果符合，还原成功，否则还原失败；

⑧如果a>2且b>2无法还原，如图5所示。

例如：

现有16进制数据文件{0x35,0x79,0x9d,0x48,0x15,0xf3,0x4d,0x30,0x81},f运算采用无进位16进制加法。

首先，排列成3*3的阵列，并计算出行累加和数组{4b,50,fe}和列累加和数组{ca,be,11}；

然后，检查过程：巡回检查上述阵列数据的行累加和与列累加和，与前面保存的数组相比较，可能有如下各种情况：

a：完全符合，说明原始数据阵列，行累加和数组，列累加和数组都没有错误。

b：行累加和数组符合，列累加和数组存在不符合，说明列累加和数组出现错误，需要重新计算并保存。依次类推，列累加和数组符合，行累加和数组存在不符合，说明行累加和数组出现错误，需要重新计算并保存。

c：如果出现有1行1列不符合，比如，2行2列为0x33时，必然导致行数组和列数组各有一个不符合，由此得出错误数据的坐标(2,2)，并且其数值=0x50-0x48-0xf3=0x15。

d：如果出现有1行多列不符合，比如下表。可以推断坐标为(1,2)和(3,2)数据错误，因为1列与3列只是各有1个错误，因此用列累加和还原

(1,2)=0xca-0x35-0x4d=0x48

(3,2)=0x11-0x9d-0xfe=0xf3

依次类推，1列多行不符合的情况，可用行累加和进行还原。

e：如果出现2行多列不符合,比如下表有2行2列不符合，可以先假定：1)错误的数据是连续存放的相关的，2)每列只错了1行，因此用列累加和还原

(2,3)=0x11-0x9d-0x81=0xf3

(3,1)=0xca-0x35-0x48=0x4d

再用行累加和进行校验，如果正确则说明还原成功。

依次类推，2列多行不符合的情况，也可以用类似的原则假定，还原之后用列累加和作最后的校验。

f：如果出现多于2行多于2列的不符合，无法还原。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。