题目：虚拟机磁盘迁移技术研究与实现

在分布式环境下，利用虚拟机封装软件在不同物理机器之间实现迁移以有效屏蔽底层运行平台的异构性、分布性和动态性对软件运行的影响，已成为虚拟机技术的重要研究分支并得到学术界和产业界的充分重视。目前，大多数虚拟机迁移技术只关注迁移虚拟机运行时内存状态，对磁盘的访问采取共享网络磁盘的方式解决，然而由于网络状态的不确定性和行为的不可控性，致使该方式磁盘I/O性能缺乏稳定性。因此，如何在迁移过程中为虚拟机提供高效的磁盘I/O支持，成为虚拟机迁移技术面临的关键问题之一。 针对虚拟机磁盘迁移目前已有诸多技术方案，但对磁盘迁移性能的衡量仍局限于虚拟机内存迁移的关注范围，只追求较短的虚拟机停机时间，忽略了迁移过程对虚拟机运行总时间的影响；其次，在解决磁盘不一致状态时，有些方案须禁止虚拟机的磁盘I/O操作，造成虚拟机“I/O饥饿”，进而影响运行效率，因此，需要一种灵活的解决磁盘状态不一致状态的策略；第三，几乎所有方案仅局限于特定虚拟机监控器来控制磁盘迁移，无法适应异构虚拟机监控器间的迁移，限制了虚拟机迁移技术提供移动计算的能力。 针对这些问题，本文通过分析虚拟机磁盘的迁移需求及特征，在研究迁移中磁盘状态的一致性、磁盘差异的同步等问题的基础上，提出相应的解决思路，设计并实现了Diskmig磁盘迁移系统。本文主要工作如下：1.通过对磁盘迁移特性的分析，补充提出衡量磁盘迁移性能的指标：虚拟机应用程序执行总时间Task-time，并得出减少磁盘差异同步时间是降低Task-time的关键途径；2.虚拟机磁盘迁移过程系统状态模式的刻画：为了更清晰的描述磁盘迁移过程及正确对磁盘迁移行为进行控制，在分析得出保持磁盘状态一致性是迁移过程考虑的首要前提的基础上，围绕如何解决该问题，提出Diskmig应该具有三种可相互转化且具有自适应特性的写限制(write-limit)模式、读限制(read-limit)模式、同步模式，并从迁移场景通用性出发，采用新的思路基于Linux内核开发实现了相应的Diskmig系统；3.同步策略：本文采取“目的端主动式”磁盘差异同步思路，在无需禁止虚拟机I/O的前提下，设计Transfer On Demand按需传输的自适应同步策略，并通过分析磁盘I/O偏移位置分布规律，提出了“启发式预取同步”算法以优化同步过程，以实现降低Task-time；4.设计一种支持Diskmig三种迁移模式之间转化的纽带数据：bitmap结构，高效支持虚拟机磁盘迁移过程所涉及数据信息的各种处理；5.基于以上分析与研究，设计并实现了一个虚拟机磁盘迁移系统，选取典型的编译任务作为实验负载，实验结果表明， Diskmig在支持虚拟机磁盘迁移方面获得了较好的性能，Diskmig对虚拟机中的应用程序执行时间的影响仅为5%左右。