基于最小数据集的虚拟机快速启动方法研究

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1、分类号学号M201172404学校代码10487密级硕士学位论文基于最小数据集的虚拟机快速启动方法研究学位申请人：郑大杨学科专业：计算机系统结构指导教师：金海教授答辩日期：2014年1月15日万方数据ThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringQuickBootingforMassiveVMsBasedonMinimumDatasetCandidate：DayangZhengMajor：ComputerSystemArchitectureSupervi

2、sor：Prof.HaiJinHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：

3、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本论文不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要在桌面虚拟化环境中，虚拟机镜像文件经常采用集中的方式存储。当虚拟机大量并发启动时，由于网络拥塞或者物理机的磁盘I/O能力不足，经常导致启动风暴的发生，即虚拟机镜像文件从存储设备传输到主机内存时

4、间过长导致虚拟机启动过慢的现象。现有的解决方案或基于云计算环境中的特定应用而提出，不具有通用性和扩展性；或基于硬件扩容和垄断技术实现，需要高昂的成本。基于最小数据集的虚拟机快速启动系统（MDQS），利用虚拟机最小数据集的镜像组织方式来缓解启动风暴的形成，并且具有扩展性、通用性和廉价等特点。对于从差分镜像启动的虚拟机（差分镜像由同一个模板镜像生成），启动过程中所需要读取的数据绝大多数来自于模板镜像，同时启动多个虚拟机时就需要重复到磁盘中读取这部分数据。MDQS系统通过修改Xen平台中的blktap2模块，在读取VHD格式的镜像时，对差分镜像进行解析，判断出需要从模板镜像读取的数

5、据并抽取出来，形成最小数据集的镜像组织方式，让多虚拟机进行共享。MDQS系统利用改进的基数树作为最小数据集的逻辑结构，并通过特权域中的缓存管理器对最小数据集进行管理，虚拟机启动时需要读取这部分数据时，不再需要到磁盘镜像中读取，而是直接利用共享内存的方式读取，从而节省磁盘I/O操作，并减少从磁盘读取的数据量。测试结果表明，同时启动15台由VHD镜像生成的虚拟机，MDQS系统有超过95%的最小数据集缓存命中率，相比于未优化的Xen虚拟机管理器，磁盘的I/O负载大幅度降低，每台虚拟机读取的数据量的平均值减少约110MB，同时虚拟机的启动时间节省了超过30%的时间。由此可以看出，MD

6、QS系统的磁盘负载和虚拟机的启动时间都大幅度减少，真正缓解了虚拟机启动风暴的形成。关键词：启动风暴，最小数据集，虚拟机，差分镜像I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractThevirtualmachine(VM)imagefilesoftenstorecentrallyindesktopvirtualizationenvironments.WhenlargenumberofVMsbootingconcurrently,bootstormsoftencauseduetonetworkcongestionorlackofdiskI/Ocapacity.Bootstormr

7、eferstoVMimagetransmittedfromthestoragedevicetothehostmemorycostingtoomuchtime,asshownbytheVMbootsveryslowly.Someexistingsolutionsproposedforsomespecificapplicationsincloudcomputingenvironment,donothavetheversatilityandscalability;someuseexpensivehardwar