毕业答辩-轻量级虚拟机文件系统设计与实现.pptx

指导老师：作者：,轻量级虚拟机文件系统设计与实现,背景与意义,轻量级虚拟机采用操作系统虚拟化技术创建,操作系统共用,文件系统共用,资源的隔离！,操作系统虚拟化：操作系统模拟出一个个运行应用程序的容器，所有虚拟机共享内核空间。,研究背景,操作系统虚拟化的优势资源利用率高省去了虚拟化硬件和Guest操作系统两层损耗，给实际应用留出更多可用资源可管理性好虚拟环境创建速度快、动态迁移和数据备份时间短优化文件系统的重要性I/O性能隔离性、安全性,3,通过优化文件系统结构提高轻量级虚拟机性能具有很高的研究价值。,研究现状,操作系统虚拟化资源隔离方法Chroot方法切换根目录设置权限,4,研究现状,5,多虚拟机执行环境间性能干扰,对临界资源的竞争-等待,研究现状,6,虚拟执行环境中的安全性威胁攻击宿主机成功，获得所有虚拟机资源,研究目标,7,设计一种宿主机文件系统分割方法，设计和实现一个面向轻量级虚拟机的文件系统（PFS)，该系统通过为每个虚拟执行环境提供完全隔离的存储，来保证I/O的性能隔离以及存储的安全。,系统设计与实现,系统总体设计对于进程，PFS为每个虚拟执行环境提供隔离的文件系统操作接口，无需修改传统应用程序。在存储上，为每个虚拟执行环境提供完全隔离的存储，来保证I/O的性能隔离以及存储数据的安全。,8,系统与上下层交互图,系统设计与实现PVFS层,为上层提供与Linux文件系统相同接口处理缓存，加快文件系统处理速度设计重点：缓存的数据结构和组织结构,系统设计与实现PVFS层,10,进程控制块,文件系统信息,当前进程文件打开描述表,已打开文件的信息,目录项缓存,系统设计与实现PVFS层,11,intopen(constchar_user*filename,intflags,intmode);,系统设计与实现PVFS层,12,寻找未使用的fd（文件描述符）,系统设计与实现PExt层,决定系统如何管理底层512G的存储文件设计重点：数据在存储文件中的数据结构和和组织结构,13,系统设计与实现PExt层,14,SuperBlock,GroupDescriptortable,BlockBitmap,InodeBitmap,InodeTable,DataBlocks,BlockGroup0,BlockGroup1,BlockGroupN-1,BlockGroupN,PExt存储结构,系统设计与实现PExt层,15,如何获得节点号为ino的数据？,group_num=ino/BLOCK_PER_GROUP,ino_num=ino%BLOCK_PER_GROUP,ino,group_desc,ino对应数据,inode,inode-block0-14,系统设计与实现PExt层,16,三层索引结构如何删除目录？,系统设计与实现Pext层,17,deleteDirBlock(n-1,blockadd1);,deleteEntry(,if(n=0),else,测试加载PFS模块后，文件系统各个接口能否正常使用。,1在/wangjiaxing目录下建立/1目录，mkdir(“1”);2Cd到/wangjiaxing/1目录下；cd/wangjiaxing/1，说明目录项创建成功；3下面部分写一个C程序用来测试，char*buf1=”helloword!”;charbuf220;intret;fd=open(“/wangjiaxing/1/a”,O_RDWR|O_CREAT,0644);if(fd0)printf(“errorinopenn”);return0;ret=write(fd,buf1,12);if(ret0)printf(“errorinwriten”);return0ret=lseek(fd,0,SEEK_SET);if(ret0)printf(“errorinlseekn”);return0read(fd,buf2,12);if(ret0)printf(“errorinreadn”);return0printf(“buf2is%s”,buf2);,实验分析功能测试,18,结论：PFS各接口可以正常使用,实验分析性能测试,19,轻量级虚拟机：LinuxContainer（LXC）测试方法：在加载PFS模块和没有加载时，分别在每个虚拟机上运行测试程序（10000次创建、打开、关闭、重命名、删除操作）。程序输出：当有i个容器同时运行时，每个容器处理这个大规模操作的时间。数据处理：当有i个容器同时运行时，对这i个容器的处理时间取平均值，得到平均的运行时间，并计算出对应的系统吞吐量，吞吐量（次/s）=10000/平均运行时间。,实验分析性能测试,20,使用PFS后轻量级虚拟机的I/O吞吐量得到了提升，这种性能优势随着虚拟机数目的增加而逐渐增大，当16个轻量级虚拟机同时运行时，PFS的I/O吞吐量是原有文件系统的4倍多。,总结与展望,21,总结设计和实现了一种文件系统分割方法，通过为每个轻量级虚拟机提供独立的文