基于网络的多机虚拟化技术关键问题研究

虚拟机技术是未来计算中的一个标准配置，将对计算机的使用模式产生重要影响。现阶段对于单机的虚拟化研究已经进入相对成熟的时期，而对于多机虚拟化则还处在起步阶段。因此，本申请将研究基于网络的多机虚拟化技术关键问题，包括多机虚拟化中的性能优化问题、负载均衡问题、虚拟化适配问题等。由于现有的虚拟机监视器局限于某一个物理节点，不能突破单个节点的资源限制，因此拟在网络环境下需要采取资源共享的方式来提高虚拟机监视器的性能，对多机虚拟化展开性能优化。在多机虚拟化中，当虚拟机的负载达到一定程度的时候，也可以基于网络采取在线网络复制以及动态迁移的方法达到负载均衡的目的。最后，在分布式网络协作方面，本项目还基于虚拟机的方式在调度器中加入运行操作环境的因素，为应用程序构造合适的虚拟运行环境。

虚拟化技术是云计算技术的基础，而基于网络的多机虚拟化则将虚拟化技术与网络技术相结合，扩展了虚拟化技术的使用范围，能够适应新的形式下的新应用。因此，研究基于网络的多机虚拟化的关键技术具有重要的意义。本项目的研究成果主要包括以下几个方面：.1）本项目提出使用系统虚拟机的方式将集群中的节点由虚拟节点组成而不是物理节点组成，提出将多个虚拟机构成逻辑上的虚拟集群，减少对物理设备的耦合，可以被快速灵活配制，更高效和充分地利用物理资源，为用户以及应用程序提供完全定制的执行和使用环境。为了实现多机环境的动态构造，项目采用基于网络虚拟化的方式进行构造，这样就能够比直接使用物理机安装的方式有更高的灵活性以及更快的部署速度。为了能够动态构建操作系统环境，项目设计并实现了基于系统虚拟机的集群资源管理方法原型系统Nova，Nova的虚拟集群能够按照用户或者应用程序的要求创建定制的环境。.2）在上述可定制的虚拟集群Nova基础之上，利用虚拟机的灵活性和快速部署能力，设计并实现了TDDS系统。TDDS能够根据用户的需求，为用户的计算任务提供可以进行资源配置的集群计算环境。满足了用户对不同操作系统，不同应用程序和不同计算资源的需求。TDDS还使用了负载均衡策略，以提高物理集群资源的利用率。提出了两种虚拟机部署策略，用以加快虚拟集群部署的速度。TDDS尽量控制虚拟机系统镜像的大小和访问频率，以提高部署的效率。.3）在构造以及调度虚拟平台的基础之上，建立基于网络化虚拟机的远程容灾系统架构BIRDS。BIRDS系统是基于虚拟机的并行恢复的一种设计与实现，其设计的目标是：（1）能够实现灾难后服务的立刻启动，即以最短的时间使系统具备服务的能力。（2）系统恢复具备尽可能小的TTR和BTN。（3）对被保护系统透明。BIRDS选择了基于虚拟容器的检查点技术。对于保留存储空间的状态，采用了存储虚拟化快照技术，通过生产增量快照来快速获取与检查点时刻内存状态对应的存储空间状态。.本项目共发表论文9篇，其中国内核心期刊论文3篇，重要的国际会议VEE会议以及ICPPW会议论文共2篇，SCI期刊论文4篇，其中IEEE Transactions on Computers论文2篇。本项目申请专利1项：分布式文件系统及利用其存储数据和提供服务的方法。本项目构造了一项软件的原型系统。项目的成果达到了最初设立的预期研究成果目标。