基于优化的COW虚拟块设备的虚拟机按需部署机制

基于COW(Copy-on-Write)读写模式的虚拟块设备有利于实现大规模虚拟机环境下虚拟机的快速部署.文中为虚拟机管理器中的COW虚拟块设备设计了一种优化方法,能够提高COW磁盘的访问性能以及生成多个小尺寸的COW磁盘映像文件,以降低通过网络部署虚拟机的开销.基于优化的COW虚拟块设备,文中提出了虚拟机环境下的虚拟机按需部署机制及关键技术问题的解决方案.基于Linux平台和QEMU虚拟机,实现了基于优化COW虚拟块设备的虚拟机按需部署原型系统.实验表明,优化的COW虚拟块设备、基于COW磁盘有效工作集的优化部署以及COW磁盘回收等方法能够有效地支持虚拟机环境下低开销的、按需的虚拟机部署.     

支持软件按需流式加载的预取机制

近年来,随着SaaS技术的发展,软件的网络化、服务化访问成为一种新的使用模式.软件的按需动态部署是实现上述模式的重要基础.为了支持软件的按需动态部署,需要能够在执行环境支持软件的流式加载运行.而在软件按需流式加载的执行过程中,程序会因为请求缺失的数据块被阻塞直至数据块被下载过来,从而极大地影响执行性能与用户体验.针对流式加载中的性能问题,提出一种基于N-Gram预测模型和增量数据挖掘技术的预取机制,该预取机制可用于支持软件流式加载执行.预取机制通过收集用户使用软件所产生的历史访问日志,进行数据挖掘分析,来动态更新、完善预取规则,然后根据最合理的预取规则进行软件预取.该预取机制可同时支持基于文件级别和软件块级别的预取.实验结果表明,对于各类软件,该可预取的文件系统能够将软件启动加载时间减少10%～50%,而预取命中卒达到了81%～97%.     

面向虚拟机的远程磁盘缓存

在虚拟机(virtual machine)系统中,随着虚拟机数量和应用程序需求的不断增长,内存容量已经成为应用程序性能的主要瓶颈。为了提升内存密集型和I/O密集型程序的页面交换性能,提出了虚拟机的远程磁盘缓存机制REMOCA,它允许运行在一台物理主机上的虚拟机将其他物理主机的内存作为其二级磁盘缓存。由于网络传输延迟远远小于磁盘访问,用网络传输代替磁盘访问就能够有效地降低虚拟机的平均磁盘访问延迟。REMOCA的目标就要尽可能地减少磁盘访问。REMOCA运行在虚拟机管理器中,其基本工作原理是截获并处理虚拟机的页面淘汰、磁盘访问等事件。REMOCA能够与现有的虚拟机内存管理机制(如气球技术、影子缓存)相结合,从而提供更加灵活的内存资源管理策略。实验数据表明,REMOCA能有效地降低页面抖动对虚拟机性能的影响,并在很大程度上提升虚拟机中I/O密集型应用的性能。     

基于重复数据删除的虚拟桌面存储优化技术

虚拟桌面基础架构依靠数据中心海量的云基础设施,为用户按需提供虚拟桌面部署所需的软硬件资源,但同时面临存储资源利用率低和虚拟机启动慢的困境.针对虚拟桌面存储中具有大量数据冗余的特性,采用重复数据删除技术缩减虚拟桌面基础架构的存储空间需求;并利用服务器本地磁盘缓存以及共享存储池内的固态硬盘来优化虚拟机的启动性能.通过原型实现,发现相比于基于内容分块的策略,静态分块策略更适合虚拟桌面存储进行重复数据删除,最优的分块大小为4KB,并能够缩减85%的存储空间容量;通过服务器本地磁盘缓存和基于闪存的固态硬盘进行I/O优化,虚拟机的启动速度能够获得35%的提升.     

基于虚拟机的透明计算设备子系统设计及实现*

为解决在现有透明计算系统中磁盘等设备的虚拟化,需要对操作系统进行修改才能在端计算机上运行的问题,提出透明计算系统中一种基于虚拟机技术的设备子系统。以Intel VT硬件级虚拟支持和Xen虚拟化技术为基础, 在全虚拟化的虚拟机上运行用户操作系统: 通过运行在管理域用户空间中设备模型的虚拟磁盘和网络驱动,将用户域访问磁盘和网络的I/O请求跨网络地重定向到服务器进行处理, 从而实现端计算机上多操作系统的远程运行。在VT硬件平台和Xen虚拟机监控器上实现了原型系统,验证了该方法的可行性。     

一种用于虚拟集群的镜像按需分发框架

虚拟集群部署过程中,大量的镜像数据传输导致启动时间过长,可扩展性和效率受到影响。提出了镜像按需分发框架,根据虚拟机启动和运行过程中只对有限数据块访问的特性,仅传输虚拟机启动和运行所需数据块,避免了存储节点和网络瓶颈问题。进一步,提出了差异化的数据块划分方法,兼顾了镜像读写性能和分发效率：去冗余处理采用大数据块,提升管理效率和存取性能;采用小数据块划分启动区数据,提高传输效率。对于50个镜像的分发实验表明,相比于全镜像分发,按需分发速度可以提升13~22倍。     

IOMan:一种支持多操作系统远程启动和运行的I/O管理方法

为了降低用户使用和维护计算机系统的成本,基于透明计算模式提出了一种工作在局域网环境下的I/O管理方法:IOMan. IOMan只是用软件方法在客户端设置磁盘I/O重定向机制,按需动态下载数据,而不需要修改当前常用的操作系统如Windows的启动机制,也不影响其他I/O操作,能够支持多种操作系统的远程启动和应用程序的运行 . IOMan基于客户机/服务器模型,包括I/O Client和I/O Server两个部分,其中I/O Client工作在客户端,I/O Server工作在服务器端 . I/O Client通过重新定义访问磁盘的BIOS中断处理程序以及创建虚拟本地磁盘,将I/O请求发送给服务器;I/O Server响应客户端请求,读写服务器上存储的虚拟硬盘文件,然后以扇区形式将数据发送给I/O Client.     

虚拟机磁盘迁移技术研究与实现

已有基于内存的虚拟机迁移技术要求迁移源机和目标机之间必须共享网络磁盘,迁移性能受网络条件的影响很大,且在不支持"共享网络磁盘"的环境中,无法实现虚拟机迁移.针对上述问题,考虑到虚拟机磁盘作为虚拟机运行所需的持久化状态的封装体,所展现出的如高可用性、高效能、安全稳定等良好特性,提出基于磁盘的虚拟机迁移.通过设计虚拟磁盘驱动系统DiskMig,在实现虚拟机磁盘迁移的同时保证了其在源端和目的端的一致性.设计了"Transfer on Demand with Forward-ahead"(TOD&FA)算法快速同步源端和目的端磁盘文件差异.DiskMig采用自行设计的高效存储结构bitmap,使记录、查询虚拟机磁盘迁移过程中的大量I/O操作时仅需时间复杂度O(1).实验表明,DiskMig所采用的相关方法对虚拟机及其中应用程序运行性能的影响仅为5%左右,有效支持了虚拟机磁盘文件的迁移.     

基于XML的分布式虚拟运行环境建模与实现

当前很多网络计算环境尚缺乏为多种应用提供隔离、定制的运行环境的能力,给网络计算环境的广泛应用带来障碍.而虚拟机技术的飞速发展,使得根据用户需求,按需构建隔离、定制的分布式虚拟运行环境成为可能.基于XML schema技术对分布式虚拟运行环境进行了建模和描述,阐述了分布式虚拟运行环境的运行支撑系统(ACOPE系统)的详细设计和原型实现.该系统能够通过对宿主资源和虚拟机资源的有效管理,根据分布式虚拟运行环境的XML描述文件,在网络计算环境中选取部分宿主资源并在其上创建或克隆满足相应配置需求的虚拟机,支持分布式虚拟运行环境的动态按需构建和使用.最后通过实验验证了ACOPE系统的有效性.     

基于无干扰理论的虚拟机可信启动研究

云计算作为一种新型高价值计算系统,目前被广泛应用于各行业领域;等保2.0中也提出了对其应用主动免疫可信计算技术进行动态可信验证的要求.云计算模式下,虚拟机作为用户使用云服务的直接载体,其可信启动是虚拟机运行环境可信的基础.但由于虚拟机以进程的形式运行在物理节点上,其启动过程呈现出高动态性,且多虚拟机域间存在非预期干扰等特点;而现有的虚拟机可信启动方案存在虚拟机启动过程的动态防护性不足、缺乏多虚拟域间非预期干扰性排除等问题.针对上述问题,提出一种基于无干扰理论的虚拟机可信启动研究方案.首先,基于无干扰理论,提出了虚拟机进程的运行时可信定理;进一步地,给出了虚拟机可信启动的定义并证明了虚拟机可信启动判定定理.其次,依据虚拟机可信启动判定定理,基于系统调用设计监测控制逻辑,对虚拟机启动过程进行主动动态度量与主动控制.实验结果表明所提方案能够有效排除复杂云环境下多虚拟机间非预期干扰,保证虚拟机启动过程的动态可信性,且性能开销较小.     

基于VMI的虚拟机攻击防护机制研究

首先介绍了云计算基础设施即服务所存在的安全隐患,在此基础上对垫脚石攻击的防护机制作了分析。针对此攻击,提出了一种新的保护机制,即VMI攻击拦截机制,并对VMI攻击拦截机制进行了实现。     

虚拟机技术的复兴

虚拟机技术通过解除硬件和软件资源的体系结构和用户感知的行为与其物理实现之间的耦合,去解决计算机系统的安全、性能和可靠性等问题。本文简要地介绍了虚拟机技术的发展历史及其复兴的根源,总结了计算机系统虚拟方法共同的体系结构和虚拟机的概要分类。从CPU、内存和I／O三个方面综述了虚拟机监视器的实现技术,通过对当前产品应用和研究开发情况的阐述,可以感知未来虚拟机技术的发展趋势。最后,讨论了虚拟机技术给我国信息安全建设提供的历史机遇与挑战。     

跨虚拟机的可信检测

随着网络计算以及"云计算"的兴起,虚拟化技术得到了更多重视与应用。在计算机技术中,安全问题一直是非常重要研究课题。运用虚拟化技术,可以发现一些新的方法来解决传统非虚拟化计算机环境下的安全问题。设计并实现了虚拟机之间的检测方法,来对目标虚拟机进行可信检测。该方法最大的优势在于其对目标虚拟机进行可信检测的同时,可以避免恶意软件对检测程序本身的攻击。     

虚拟机检测与反检测技术研究

目前恶意代码研究领域普遍使用虚拟机来动态分析恶意代码,然而众多恶意代码都使用了虚拟机检测的技术来对抗。本文首先简单介绍了虚拟机技术,然后对虚拟机检测技术及其相应检测算法进行了研究,最后介绍了一些反虚拟机检测技术。     

基于KVM的虚拟锁步技术

依托基于内核的虚拟机（kernel-based virtual machine , KVM ）的平台,针对虚拟机容错系统中的关键技术---虚拟锁步技术展开研究,主要研究虚拟锁步技术所采用的虚拟机同步机制（VM synchronization mechanism ）。对开源虚拟机容错软件Kemari进行架构剖析与代码分析,指出其所使用的基于数据拷贝的虚拟机同步机制在不使用共享存储进行锁步运行时,具有一定性能缺陷;以此为基础,提出相应的改进措施,设计并实现一种新的虚拟机同步机制。该机制采用事件重放的方式实现冗余虚拟机间块设备数据的同步,弥补了Kemari虚拟机同步机制的相关性能缺陷。     

INTER-VMM:融合虚拟机选择和放置的虚拟机迁移模型

低能量消耗与物理资源的充分利用是绿色云数据中心构造的两个主要目标,需要采用虚拟机迁移模型来完成优化,为此提出了融合虚拟机选择和放置的虚拟机迁移模型INTER-VMM（Interrelation approach in virtual machine migration）。INTER-VMM设计了云数据中心的基于多维物理资源约束的能量消耗模型,是一种将主机负载检测、虚拟机选择及放置结合起来考虑的虚拟机迁移策略。在虚拟机选择中采用HPS（High CPU utilization selection）选择法,选择超负载物理主机上CPU利用率最高的一个虚拟机,让其进入候选迁移虚拟机列表中。在虚拟机放置中采用空间感知分配（Space aware placement, SAP）放置法,考虑了充分利用物理主机空余空间使用效率的方法。仿真结果表明,INTER-VMM比近几年来常见的虚拟机迁移策略具有更好的性能指标,对云服务提供商具有很好的参考价值。     

虚拟机在实践教学中的应用

随着高职院校课程的不断改革深入,越来越重视实践教学。虚拟技术的发展和其自身所具有的特点,被高校广泛的应用在实践教学上。虚拟机的应用不仅充分有效的利用现有设备,而且对硬件设备及系统具有很好的安全性。教学上更加灵活、方便的设计实践项目,从而提高实践教学的质量。     

一种构建虚拟网络双网卡环境的方法

在计算机网络教学过程中,经常会遇到使用双网卡的情况,例如VPN实验、NAT实验,这类实验在实际应用中通常采用物理计算机加装网卡的方法,文章介绍了一种利用虚拟机技术构建双网卡网络环境的方法,并通过对NAT的配置实例,介绍了这种方式的应用方法。     

用户级多任务的两种实现方法

在分析了系统级多任务需要哪些硬件支持的基础上。提出了进程扩展型虚拟机和指令解释器型虚拟机的概念，给出这两种虚拟机如何模拟支持多任务的硬件机制的方法，以及在虚拟机上建立和切换多个任务的方法，该技术可以用于在上述两类虚拟机上构建自己的支持多任务的操作系统内核．