虛擬化存儲系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、虛擬機管理器VMM(Virtual Machine Monitor)提供了一個硬件抽象層，將物理資源映射到上層多個客戶操作系統(tǒng)中。當前，基于虛擬化的服務部署，已經(jīng)成為一種趨勢。在這個背景下，對虛擬機存儲系統(tǒng)的研究就有著重要意義。在虛擬化的應用中，位于不同虛擬機上的應用并發(fā)產(chǎn)生I/O負載，這種模式對存儲系統(tǒng)的并發(fā)性能、可靠性和性能隔離等提出了更高的要求。同時，為了支持容災備份等需求，要求VMM能夠提供虛擬機的時間點快照功能，而這一功能的核

2、心問題就是存儲系統(tǒng)的快照支持。為了適應虛擬化對存儲系統(tǒng)的需求，本文從存儲系統(tǒng)的性能、可靠性、資源調(diào)度公平性和可封裝性等方面展開研究工作。
　　 本文提出以SSD(Solid Storage Disk)代替硬盤作為虛擬化的存儲介質(zhì)以提高并發(fā)I/O的性能。SSD有超出磁盤陣列數(shù)十倍的并發(fā)讀性能，但在并發(fā)寫性能和可靠性方面卻明顯遜色于磁盤陣列。為此，本文提出了pUBI(partition based UBI)和hUBI(hybrid-

3、mapping UBI)兩種基于日志結構的SSD寫性能優(yōu)化算法。其中，pUBI基于分組方式實現(xiàn)分級映射，組內(nèi)劃分數(shù)據(jù)區(qū)和日志區(qū)。日志機制極大的降低了隨機寫入帶來的額外拷貝和擦除開銷。hUBI在block內(nèi)劃分數(shù)據(jù)區(qū)和日志區(qū)，將映射關系記錄在OOB(Out-Of-Band)區(qū)域，節(jié)省了SSD存儲空間消耗，同時也降低了數(shù)據(jù)merge的等待時間。
　　 對實際應用系統(tǒng)的監(jiān)測表明，當前SSD所采用的NAND flash介質(zhì)發(fā)生隨機位反轉(zhuǎn)

4、錯誤的概率遠遠高于磁盤陣列，傳統(tǒng)的一維ECC校驗機制已經(jīng)不能滿足虛擬化存儲子系統(tǒng)的可靠性需求。本文提出并實現(xiàn)了一種三級容錯校驗機制，使隨機位反轉(zhuǎn)錯誤對上層應用屏蔽。本文通過概率計算的方法驗證了這一架構對SSD可靠性的提升。
　　 為了解決了XenLinux中默認的調(diào)度算法CFQ(Completed Fair Queue)存在的公平性調(diào)度問題，本文提出并實現(xiàn)了一種按照權重分配存儲系統(tǒng)服務資源的公平性調(diào)度算法STBFQ-DRR(Se

5、rviee Time Based Fair Queue-Deficit RoundRobin)．本算法采用存儲系統(tǒng)服務時間作為衡量標準，并采用服務時間補償機制保證了調(diào)度的公平性。文中通過理論證明和實驗的方法，驗證了STBFQ-DRR算法有效的保證了存儲子系統(tǒng)的服務能力在虛擬機之間進行公平的分配和調(diào)度。
　　 為了對Xen虛擬機提供快照支持，本文實現(xiàn)了一種新的存儲系統(tǒng)快照機制-Esnap。Esnap對LVM(Logical Vol