● 摘要
大型飞机是涉及多学科的复杂系统工程，大型飞机的运维管理正在逐渐向自动化、灵活化方向发展。大型飞机运维数据具有异构性、数据量庞大、隐私要求高、跨地域共享等特点，对运维管理平台的调度灵活性、数据处理能力和安全性要求极高。虚拟化技术提供的计算资源细粒度整合、数据分区隔离以及计算环境迅速部署和灵活伸缩能力，解决了运维平台资源紧张、管理不够灵活等问题。但是虚拟磁盘中大量冗余数据的存在不仅浪费大量的存储空间，还严重影响了计算资源调度的灵活性和备份容灾的性能。现有的一些重复数据删除技术一方面不能保证数据的隔离性，另一方面会严重降低虚拟机的IO性能。拥有数据共享能力的虚拟磁盘格式也仅能提供静态的数据共享，不能满足随着数据存储共享数据的需求。本论文的研究目标是研究虚拟磁盘冗余数据的删除和动态共享技术，并保证对虚拟机的透明性，不破坏虚拟磁盘的格式。从而达到减小虚拟磁盘占据空间，提高虚拟计算环境的调度灵活性且不破坏数据隔离性的目的。本论文的主要工作包括以下几个方面：1、论文分析了大型飞机运维数据的特点和对运维管理平台的需求，从而提出虚拟磁盘冗余数据大量存在对虚拟化计算环境的严重影响。之后分析了虚拟化存储和重复数据删除等方面的相关技术，明确了系统需求及设计目标。2、通过对虚拟磁盘格式和重复数据删除等相关技术的分析，设计了虚拟磁盘冗余数据删除和共享系统，包含以下三方面。设计了虚拟磁盘冗余数据识别技术，并利用位图、散列方法和红黑树结构等优化冗余数据识别算法。设计了一种利用虚拟磁盘的格式的冗余数据动态回收和删除技术，并实现一种利用文件系统中文件组织结构的数据块删除技术优化冗余数据删除的性能。充分考虑系统的易用性、可配置和可扩展性，本论文设计自动控制机制对系统的启动，流程的运行和虚拟磁盘安全退出进行控制。3、通过实验对系统功能和性能进行验证，本系统在完成功能目标的基础上对虚拟机的IO性能影响不超过5%，而且通过优化的冗余数据识别算法和数据块删除技术将系统自身的性能提高了约40%。本文设计的虚拟磁盘冗余数据删除和共享技术具有以下特点：1、快速识别虚拟磁盘中的冗余数据，自动提取最大共享集合；2提供自动启动、流程控制和虚拟磁盘退出控制功能；3、对虚拟机透明，不影响虚拟机的功能和性能；4、系统具有良好的扩展性。