虛擬化存儲(chǔ)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、虛擬機(jī)管理器VMM(Virtual Machine Monitor)提供了一個(gè)硬件抽象層，將物理資源映射到上層多個(gè)客戶操作系統(tǒng)中。當(dāng)前，基于虛擬化的服務(wù)部署，已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。在這個(gè)背景下，對(duì)虛擬機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)的研究就有著重要意義。在虛擬化的應(yīng)用中，位于不同虛擬機(jī)上的應(yīng)用并發(fā)產(chǎn)生I/O負(fù)載，這種模式對(duì)存儲(chǔ)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(shí)，為了支持容災(zāi)備份等需求，要求VMM能夠提供虛擬機(jī)的時(shí)間點(diǎn)快照功能，而這一功能的核

2、心問題就是存儲(chǔ)系統(tǒng)的快照支持。為了適應(yīng)虛擬化對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的需求，本文從存儲(chǔ)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(chǔ)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(jié)構(gòu)的SSD寫性能優(yōu)化算法。其中，pUBI基于分組方式實(shí)現(xiàn)分級(jí)映射，組內(nèi)劃分?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)和日志區(qū)。日志機(jī)制極大的降低了隨機(jī)寫入帶來的額外拷貝和擦除開銷。hUBI在block內(nèi)劃分?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)和日志區(qū)，將映射關(guān)系記錄在OOB(Out-Of-Band)區(qū)域，節(jié)省了SSD存儲(chǔ)空間消耗，同時(shí)也降低了數(shù)據(jù)merge的等待時(shí)間。
　　 對(duì)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)表明，當(dāng)前SSD所采用的NAND flash介質(zhì)發(fā)生隨機(jī)位反轉(zhuǎn)

4、錯(cuò)誤的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磁盤陣列，傳統(tǒng)的一維ECC校驗(yàn)機(jī)制已經(jīng)不能滿足虛擬化存儲(chǔ)子系統(tǒng)的可靠性需求。本文提出并實(shí)現(xiàn)了一種三級(jí)容錯(cuò)校驗(yàn)機(jī)制，使隨機(jī)位反轉(zhuǎn)錯(cuò)誤對(duì)上層應(yīng)用屏蔽。本文通過概率計(jì)算的方法驗(yàn)證了這一架構(gòu)對(duì)SSD可靠性的提升。
　　 為了解決了XenLinux中默認(rèn)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(shí)現(xiàn)了一種按照權(quán)重分配存儲(chǔ)系統(tǒng)服務(wù)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(chǔ)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)間作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，并采用服務(wù)時(shí)間補(bǔ)償機(jī)制保證了調(diào)度的公平性。文中通過理論證明和實(shí)驗(yàn)的方法，驗(yàn)證了STBFQ-DRR算法有效的保證了存儲(chǔ)子系統(tǒng)的服務(wù)能力在虛擬機(jī)之間進(jìn)行公平的分配和調(diào)度。
　　 為了對(duì)Xen虛擬機(jī)提供快照支持，本文實(shí)現(xiàn)了一種新的存儲(chǔ)系統(tǒng)快照機(jī)制-Esnap。Esnap對(duì)LVM(Logical Vol