虚拟机可靠性备份机制的研究与实现

论文摘要

随着计算机系统不断的发展,虚拟机以及计算虚拟化技术重新成为计算机体系结构领域的研究热点。伴随着IT硬件的丰富化、多样化以及一些软件公司如VMware、Xen、微软等推出不同的虚拟机软件,虚拟机的应用越来越广泛。保护数据免受大规模灾难是非常重要的,特别是对重要的企业例如银行、股票市场和其他服务提供商。这使得人们对虚拟机的可靠性备份提出了更高的要求,在安装一个不确定的软件时候,需要备份系统以便在安装出错时回滚到历史状态而不至于重装系统;大型的软件测试甚至操作系统的测试通常非常复杂,病毒的入侵通常会带来毁灭性的破坏,这些问题对于通常的物理机很难解决,而使用虚拟机,通过提供可靠的备份技术可以完成上述功能。本课题主要研究虚拟机可靠性备份机制,首先提出了面向虚拟块设备的通用层快照模型,测试并比较了两种快照模式(写复制和重定向写)的性能,实现多重快照以及用户自定义快照频率的功能,来达到高可用环境下的容错、数据恢复以及软件错误的跟踪调试等,并对其进行了实现和测试;其次提出了对虚拟机自适应持续数据保护机制,通过收集系统的各种信息,动态自适应发送数据,降低对系统性能的影响,并采用Trap技术进行数据压缩,使得备份数据量减少;最后结合持续数据保护技术和检查点技术本文实现了虚拟机的回滚机制,并且设计合理元数据组织方法,达到快速高效的虚拟机回滚的目标,实现历史的重现,这在软件测试和入侵检测中有重要作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 虚拟机技术概论
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 虚拟机快照
• 1.2.2 持续数据保护技术
• 1.2.3 回滚机制
• 1.3 研究背景和意义
• 1.4 研究内容和目标
• 1.5 论文结构
• 第二章 虚拟机备份技术综述
• 2.1 虚拟机体系结构
• 2.1.1 全虚拟化
• 2.1.2 半虚拟化
• 2.1.3 硬件辅助虚拟化
• 2.2 虚拟机内存基本原理
• 2.3 VMM 层次中的备份机制
• 2.4 客户操作系统层次备份
• 2.5 虚拟机外部层次备份
• 2.6 总结和展望
• 第三章 面向虚拟块设备的通用快照模型
• 3.1 块级快照系统概述
• 3.2 面向虚拟块设备的通用快照功能扩展模型
• 3.3 通用层快照功能实现
• 3.3.1 快照生成
• 3.3.2 快照存储
• 3.3.3 磁盘状态恢复
• 3.4 原型和实验
• 3.5 小结
• 第四章 虚拟机自适应持续数据保护机制研究
• 4.1 系统结构
• 4.2 持续数据保护的设计
• 4.2.1 内存队列的设计
• 4.2.2 COW 性能的优化
• 4.2.3 数据传输的实现
• 4.3 自适应算法的实现
• 4.4 备份数据的压缩
• 4.5 测试结果
• 4.6 小结
• 第五章 虚拟机回滚机制研究
• 5.1 虚拟机回滚体系结构
• 5.2 备份元数据的组织
• 5.2.1 备份元数据的设计
• 5.2.2 检查点设计
• 5.3 回滚机制的实现
• 5.3.1 回滚的流程
• 5.3.2 内存的保存
• 5.4 测试与实验
• 5.5 小结
• 第六章 结束语
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 下一步工作
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果