题目：高效虚拟机持续快照系统的设计与实现

    虚拟化技术可以高效利用和有效整合系统资源，是云计算系统的关键支撑技术。而为了提供持续的、可靠的云服务，保护虚拟机中的数据和运行状态成为了一个研究热点。对虚拟机进行持续快照就是一个途径，即高频率地将虚拟机的运行状态保存到外部持久化设备中，当虚拟机发生物理的或逻辑的系统故障而失效时，便可以使用保存的系统状态恢复虚拟机的运行。

    已有的虚拟机持续快照方法主要基于停机拷贝和预拷贝的方式，但这些方式存在着快照过程中虚拟机停机时间长、快照持续时间长，以及快照过程对虚拟机的运行性能造成严重影响等问题，因此本文提出一种高效的虚拟机持续快照方式，并基于KVM（Kernel-based Virtual Machine）虚拟机实现了原型系统。本文的主要工作如下：

    (1)针对当前虚拟机快照方式的停机时间长、持续时间长的问题，设计一种可以达到毫秒级停机时间的快照方式，同时保证较短的快照持续总时间。这种快照方式通过写时复制技术将快照过程中真正的内存保存操作推迟到虚拟机恢复运行之后，从而大大降低快照过程中虚拟机的停机时间。毫秒级的停机时间使得高频率的持续快照成为可能，从而保证了当系统失效时丢失较少的数据和系统状态。

    (2)针对虚拟机持续快照过程严重影响虚拟机的运行性能的问题，设计以下三种方法进行快照过程中的虚拟机运行性能保证。首先，通过增量的快照方式，降低每次快照需要保存的内存数据量；其次，通过异步压缩方式进一步降低真正需要写入磁盘的数据量；最后，通过速度控制机制自适应地控制快照过程对磁盘的写速度。从而，降低虚拟机快照过程与虚拟机中应用程序的I/O竞争，进而降低快照过程对虚拟机运行性能的影响。

    (3)针对持续的虚拟机快照会占用大量的磁盘空间的问题，设计一种多粒度的磁盘空间回收策略，既保证能回收部分磁盘空间、又保证并不丢失某一时段内的所有虚拟机状态数据。

    (4)基于KVM虚拟机设计并实现了原型系统，并通过一系列实验验证了系统的功能和性能。实验表明，在单次快照的情况下，本文的系统在快照性能和对虚拟机运行性能的影响方面都要优于停机拷贝和预拷贝方式。与基于停机拷贝的增量式持续快照系统相比，在编译内核的负载下，本文的系统可以降低虚拟机性能损耗71.1%~10.2%（快照间隔从1秒至60秒）；在FTP负载下，该比例为14.5%~4.7%。