基于快照的虚拟磁盘镜像检查点系统

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1、分类号学号M201172674学校代码10487密级硕士学位论文基于快照的虚拟磁盘镜像检查点系统学位申请人：何艳丽学科专业：计算机技术指导教师：邹德清教授答辩日期：2013年5月29日ThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringAComprehensiveCheckpointMechanismforVirtualDiskImageCandidate：YanliHeMajor：ComputerTechnologySupervisor：Prof.DeqingZouHuaz

2、hongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2013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：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

3、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。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：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要虚拟化技术的发展使得在虚拟机级别实现检查点/重启从而为虚拟机提供容错支持成为可能。通过建立单虚拟机检查点系统提高虚拟机可靠性，减少运算损失，为构造其他容错软件，和建立整个集群环境并行检查点系统提供了基础。一个单虚拟机全系统的完整检查点状态应包括VCPU寄存器信息，内存信息，磁盘信息等，然而，

4、在当前Xen内置检查点机制中，并未涉及磁盘状态的备份。为保证虚拟机持久状态与瞬时状态的一致性，虚拟机的磁盘状态信息也应该做备份。虚拟镜像检查点系统提供了一种可与Xen内置检查点结合的方案来共同保存完整虚拟机状态。虚拟磁盘镜像检查点采用磁盘快照的方式实现。它通过更新引用计数和保存磁盘的一级表的形式建立磁盘检查点。更新引用计数保证了检查点的所有磁盘块的引用计数不等于0，所以只要磁盘检查点不被删除，这些磁盘块就不会被清理。保存磁盘的一级表即保存了某瞬时状态下的磁盘寻址情况。在恢复检查点时，只需再次更新磁盘块的引用计数，将之前保存的一级表写入到当前一级表即可。另外，在引入快照技术之后，虚拟磁盘镜像检

5、查点系统还通过虚拟磁盘镜像文件簇引用计数的存储结构的改进和簇的分配与回收的管理优化降低了磁盘检查点设置的时间开销。同时，也提出了一种扇区粒度的写前复制的方案解决每次访问镜像要转换成一个簇的问题，从而降低了建立快照之后写操作带来的磁盘空间开销。虚拟磁盘镜像检查点系统基于Xen虚拟化平台实现，用户层工具采用python编写，内核层功能模块采用C语言编写。通过功能测试可以看出，系统实现了虚拟机出错后的磁盘状态的恢复。通过性能测试可以看出，系统降低了磁盘检查点设置时间开销和建立快照之后的写操作带来的空间开销。关键字：虚拟化，容错，虚拟机，磁盘检查点，一致性I华中科技大学硕士学位论文AbstractR

6、ecentdevelopmentofvirtualizationtechnologyenablesustoimplementofcheckpoint/restartatavirtualmachine(VM)leveltoprovidefault-tolerancesupportforaVM.Byestablishingthecheckpoint/restartmechanismonasingleVM,wecanimprovetheVM’sreliability,andreduceoperationallosses.Meanwhile,itisalsothefoundationofconstr

7、uctionofotherfault-tolerantsoftware,andisbeneficialforestablishingthewholefault-tolerantsystemfortheparallelclusterenvironment.AsingleVM’sfull-statecheckpointshouldincludethestateofVCPUregister,memoryinform