基於網路的多機虛擬化技術關鍵問題研究

《基於網路的多機虛擬化技術關鍵問題研究》是依託清華大學，由陳康擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於網路的多機虛擬化技術關鍵問題研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：陳康
• 項目類別：面上項目

項目摘要

虛擬機技術是未來計算中的一個標準配置，將對計算機的使用模式產生重要影響。現階段對於單機的虛擬化研究已經進入相對成熟的時期，而對於多機虛擬化則還處在起步階段。因此，本申請將研究基於網路的多機虛擬化技術關鍵問題，包括多機虛擬化中的性能最佳化問題、負載均衡問題、虛擬化適配問題等。由於現有的虛擬機監視器局限於某一個物理節點，不能突破單個節點的資源限制，因此擬在網路環境下需要採取資源共享的方式來提高虛擬機監視器的性能，對多機虛擬化展開性能最佳化。在多機虛擬化中，當虛擬機的負載達到一定程度的時候，也可以基於網路採取線上網路複製以及動態遷移的方法達到負載均衡的目的。最後，在分散式網路協作方面，本項目還基於虛擬機的方式在調度器中加入運行操作環境的因素，為應用程式構造合適的虛擬運行環境。

結題摘要

虛擬化技術是雲計算技術的基礎，而基於網路的多機虛擬化則將虛擬化技術與網路技術相結合，擴展了虛擬化技術的使用範圍，能夠適應新的形式下的新套用。因此，研究基於網路的多機虛擬化的關鍵技術具有重要的意義。本項目的研究成果主要包括以下幾個方面： （1）本項目提出使用系統虛擬機的方式將集群中的節點由虛擬節點組成而不是物理節點組成，提出將多個虛擬機構成邏輯上的虛擬集群，減少對物理設備的耦合，可以被快速靈活配製，更高效和充分地利用物理資源，為用戶以及應用程式提供完全定製的執行和使用環境。為了實現多機環境的動態構造，項目採用基於網路虛擬化的方式進行構造，這樣就能夠比直接使用物理機安裝的方式有更高的靈活性以及更快的部署速度。為了能夠動態構建作業系統環境，項目設計並實現了基於系統虛擬機的集群資源管理方法原型系統Nova，Nova的虛擬集群能夠按照用戶或者應用程式的要求創建定製的環境。 （2）在上述可定製的虛擬集群Nova基礎之上，利用虛擬機的靈活性和快速部署能力，設計並實現了TDDS系統。TDDS能夠根據用戶的需求，為用戶的計算任務提供可以進行資源配置的集群計算環境。滿足了用戶對不同作業系統，不同應用程式和不同計算資源的需求。TDDS還使用了負載均衡策略，以提高物理集群資源的利用率。提出了兩種虛擬機部署策略，用以加快虛擬集群部署的速度。TDDS儘量控制虛擬機系統鏡像的大小和訪問頻率，以提高部署的效率。 （3）在構造以及調度虛擬平台的基礎之上，建立基於網路化虛擬機的遠程容災系統架構BIRDS。BIRDS系統是基於虛擬機的並行恢復的一種設計與實現，其設計的目標是：（1）能夠實現災難後服務的立刻啟動，即以最短的時間使系統具備服務的能力。（2）系統恢復具備儘可能小的TTR和BTN。（3）對被保護系統透明。BIRDS選擇了基於虛擬容器的檢查點技術。對於保留存儲空間的狀態，採用了存儲虛擬化快照技術，通過生產增量快照來快速獲取與檢查點時刻記憶體狀態對應的存儲空間狀態。 本項目共發表論文9篇，其中國核心心期刊論文3篇，重要的國際會議VEE會議以及ICPPW會議論文共2篇，SCI期刊論文4篇，其中IEEE Transactions on Computers論文2篇。本項目申請專利1項：分散式檔案系統及利用其存儲數據和提供服務的方法。本項目構造了一項軟體的原型系統。項目的成果達到了最初設立的預期研究成果目標。