虚拟机镜像文件的废弃空间回收系统

发布时间：2020-04-06 09:05

【摘要】：在虚拟化环境中,虚拟机镜像文件在物理节点上完整地保存了虚拟机运行环境和用户数据。但是,虚拟化带来的语义隔离性使得虚拟机镜像文件保存了虚拟机中所有已删除的数据,这极大地浪费了存储资源,损害了用户利益。目前,镜像文件管理工具必须通过中断虚拟机服务,手动扫描虚拟磁盘或记录文件,才能回收废弃数据。因此,在保证用户透明性和虚拟机可用性前提下,回收镜像文件的废弃空间,提高存储空间利用率,成为亟待解决的问题。虚拟机镜像文件的废弃空间回收系统VMcol(Garbage Collector for Virtual Machine Image)在保证用户透明性和虚拟机可用性的前提下,无需扫描就可以自动回收虚拟机镜像文件的废弃空间。由于VMcol系统实现了用户删除操作监控、数据信息自动转换、文件内容的动态删除等功能,所以当虚拟机内文件被删除时,VMcol系统能及时回收虚拟机镜像文件的废弃空间。该系统由用户删除操作监控和废弃空间处理两个部分组成。当用户在虚拟机内进行删除操作时,用户删除操作监控实时捕获删除操作和解析删除节点的信息,从而获取有效信息,然后利用信息传递模型及时把信息传递给废弃空间处理层。废弃空间处理根据传来的信息,通过信息转换解析镜像文件格式,无需扫描镜像文件就可以确定对应在虚拟机镜像文件中废弃数据的位置,然后在保持虚拟机可用性情况下,删除文件中的废弃数据。基于Xen 3.3.1虚拟化平台和Qcow镜像文件,采用C语言和Python语言实现VMcol系统。功能测试表明,在不中断虚拟机情况下,VMcol系统可以回收虚拟机镜像文件的废弃空间,提高磁盘空间利用率。性能分析表明,VMcol系统的运行不影响用户在虚拟机内的删除操作的性能和服务器的CPU性能及磁盘的读带宽。此外,当镜像文件的废弃空间被释放后,虚拟磁盘的写带宽提高了8%,读带宽提高了2.7%。
【图文】：

虚拟磁盘,文件组,链式结构,镜像文件

配全虚拟镜像文件所需要的存储空间，该镜像文件大小可以随着增大，这样全虚拟镜像文件的废弃空间被回收后，，可以再次被分。主流的虚拟机镜像文件的格式主要是 VMDK[18]、VHD[19]和 Qco的镜像格式、特点和执行环境。DK 镜像文件re 使用 VMDK 镜像文件创建虚拟机，从而使得整个服务器或者桌DK 文件中。因此，VMDK 既可作为文件存储在宿主机或者一个远又作为一个标准的磁盘驱动显示给用户操作系统。VMDK 技术的引入到文件的布局中，一个 VMDK 文件或多个 VMDK 文件组成虚拟磁盘。文件通过它的 header 部分信息向虚拟机提供文件的布局信息。这数据存入到文件相应的位置，而且虚拟机管理也可以通过文件的磁盘结构。此外，VMDK 文件支持镜像的链式结构,其结构如图 1

文件格式,镜像

目前，VHD 格式现在应用于 Virtual PC 2007，Virtual Server 2005，Windows含 Hyper-V 的 Windows Server 2008，而且也可以应用在 Citrix XenServertualBox 环境中。VHD 格式可以通过相关工具转化后，应用在 VMware ESX S。在将来，VHD 镜像文件可以应用所有基于 Hyper-V 虚拟化技术的 Micorindows 的未来版本中。3） Qcow 镜像文件Qcow 镜像格式是 QEMU 所支持的一种开源的磁盘镜像格式，其代表一个小的块设备[21]。Qcow 镜像文件在创建时，仅仅包含文件格式的基本信息，其着数据的增加的而增加，这种存储方式提高了磁盘空间利用率。Qcow 镜像格基于 zlib 的压缩和基于 AES 的加密，这样不仅可以提高磁盘空间利用率，以保证用户私有数据的安全性。此外，Qcow 镜像格式同样支持文件链表结构某个镜像作为基本镜像进行增量存储，只记录对基本镜像的改变，该镜像格 1.2。此外，这种链表结构可以支持虚拟机的快照和用户操作的回滚。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP302

【参考文献】