一种高效的虚拟机快照管理系统设计与实现开题报告

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1、中科院软件所软件工程技术中心研究生学位论文开题报告报告题目一种高效的虚拟机快照管理系统设计与实现学生姓名周蕾学号201205015029003指导教师许舒人职称副研究员学位类别工学硕士学科专业计算机软件与理论研究方向网络分布式计算与软件工程培养单位中国科学院软件研究所填表日期2014年6月15号中国科学院大学制13中科院软件所软件工程技术中心填表说明1.本表内容须真实、完整、准确。2.“学位类别”名称填写：哲学博士、教育学博士、理学博士、工学博士、农学博士、医学博士、管理学博士，哲学硕士、经济学硕士、法学硕士、教育学硕士、文学硕士、理学硕士、工学硕士、农学硕士、医学

2、硕士、管理学硕士等。3.“学科专业”名称填写：“二级学科”全称。13中科院软件所软件工程技术中心1.选题的背景及意义云计算作为新兴技术和商业模式的混合体，得到了学术界和工业界的狂热追捧，近年来取得了长足发展。虚拟化技术[1]作为云计算服务的促进因素，被广泛地应用于云计算基础设施层面，涌现出了OpenStack、Enomalism等主流的开源云计算框架，国内也出现了阿里云、盛大云等商业云系统。虚拟机作为虚拟化计算环境的一个重要组件，被广泛地用于分配和管理计算资源。随着虚拟机的大量部署，虚拟机的高可用性及容错能力的重要性日益凸显。2010年1月，Heroku在Amarz

3、onEC2平台上的虚拟机发生故障，影响了44000个应用的正常使用[2]。2011年4月，AmarzonEBS发生故障，停机长达12小时，5天后故障也没有完全修复[3]。因此，在虚拟化计算环境中，提供某种虚拟机级别的系统保护措施是至关重要的。通常，虚拟机备份[6]是一种有效的虚拟机级别的系统数据保护策略。虚拟化技术能在一台物理主机上虚拟出多个具有不同操作系统的虚拟机实例。每个虚拟机实例都是一个严密隔离的软件容器，像物理主机一样运行自己的操作系统和应用程序，拥有自己的物理资源，如虚拟CPU、内存、虚拟磁盘和网络接口卡等。虚拟机备份主要就是对CPU寄存器、虚拟磁盘及内存

4、信息等的保存。虚拟机备份通常可以分为三个层次备份：客户操作系统、虚拟机监视器（VMM）和虚拟机外部。虚拟机客户操作系统层次的备份将虚拟机看作普通的物理主机，在每个虚拟机中安装备份程序，通过网路将数据备份到其他服务器中。这种备份方式支持文件级备份，可进行增量备份，保持现有的备份系统没有变化，不需要增加额外的配置。但是由于备份程序需要同通过虚拟层去访问虚拟机数据，这种备份方式很低效。此外，每个虚拟机都需要安装备份程序，会造成主机不必要的资源消耗，同时进行多个备份可能带来主机性能瓶颈。虚拟机外部层次备份通过在云基础设施中加入第三方备份软件来实现虚拟机备份。例如，在大型服务

5、器上通过VmwareConsolidatedBackup来达到虚拟机备份的目的，同时又不影响服务器的性能。这种备份方式比较适合大型数据中心，属于集中式备份13中科院软件所软件工程技术中心，备份程序转移到备份服务器，降低了主机开销。但是这种备份方式部署复杂，依赖于第三方软件，且不支持单个虚拟机备份。VMM层次备份中，使用同一备份程序可以对所有的虚拟机进行备份，备份程序将每个虚拟机看作一个文件，虚拟机的数据和配置信息都保存在虚拟磁盘中。这个层次的虚拟机备份主要通过对虚拟机迁移、日志记录、虚拟机快照等技术来实现。本论文的关注点就是虚拟机快照技术。SNIA（存储网络行业协会

6、）对快照（Snapshot）的定义是：关于指定数据集合的一个完全可用拷贝，该拷贝包括相应数据在某个时间点（拷贝开始的时间点）的映像。从根本上说，快照创建了数据在某一时间点的数据副本。虚拟机快照就是指保留了虚拟机在某一时间点的状态和数据的快照。虚拟机的状态包括虚拟机的电源状态（开机、关机、挂起等）；虚拟机的数据包括所有构成虚拟机的文件：虚拟磁盘、内存及其他设施。虚拟机快照是在本地共享存储中支持虚拟机失效恢复的技术。虚拟机快照主要实现形式有两种：重定向写ROW（RedirectOnWrite）和写时复制COW(CopyOnWrite)[7]。重定向写快照技术是在快照时间

7、点之后，对磁盘块的写操作将重新定向到快照盘，而不对旧的数据修改。磁盘块上保留的是上一个快照时间点的旧数据，新数据存放在快照中。写时复制创建一个快照文件用来映射源磁盘块。快照时间点之后，对磁盘块的写操作首先将原始数据拷贝到快照，然后将新数据写入源磁盘块。大多数的虚拟机快照都是通过这种技术实现的。虚拟机快照是增量式快照，可以对虚拟机创建多个快照，快照间是一种“链式”的组织机构。例如，原始VM->Snapshot1->Snapshot2->…->SnapshotN，每次快照记录保存的都是上一次快照后的增量数据变化。在传统的计算模式中，用户可以控制基础设施中的资源，用户