开题-轻量级虚拟机文件系统设计与实现.docxVIP

1题目背景与意义1.1课题来源本毕业设计课题来源于国家“863”高技术研究计划“以支撑电子商务为主的网络操作系统”（2011AA01A202），以及国家“973”基础研究计划“规模化按需聚合资源的高效运行支撑”（2011CB302602）。1.2选题的背景与意义虚拟机技术是在软、硬件之间引入虚拟层，可以应用提供独立的运行环境，屏蔽硬件平台的动态性、分布性和异构性，支持硬件资源的共享和复用，并为每个用户提供属于个人独立、隔离的计算环境，同时，为管理员提供硬件资源和软件资源的集中管理。比如VMWare Workstation、Xen、Vitual PC等。虚拟机技术使得在同一台计算机资源上可以同时运行多个操作系统。多个用户可通过网络登陆到相应操作系统中，运行独立的应用程序。从而，虚拟机为应用程序的运行提供了相互隔离的运行环境。然而，虚拟机技术是通过重复运行多个操作系统副本来实现应用程序执行环境的相互隔离，但多个操作系统副本会浪费一些硬件资源，比如内存空间等。虽然用户可充分控制整个操作系统，但这也许不是用户想要的，可能用户只想运行里面的某个程序。因此，为充分利用有限的计算机资源来提供更多的服务，对轻量级的虚拟执行环境的研究是有必要的。多种虚拟化技术中，轻量级虚拟机采用的是操作系统虚拟化技术。操作系统虚拟化以其低消耗、小尺寸的设计特点，可以应用于服务器整合、测试研发、业务连续性等标准虚拟化应用场景，以及一系列它更擅长的商业和企业内部托管等独特的应用场景。操作系统虚拟化，分析公司Gartner给出的定义是：共享的操作系统虚拟化允许多个不同应用在一份操作系统拷贝的控制下隔离运行。单一的宿主操作系统，通过划分其特定部分，成为一个个隔离的操作执行环境，供程序运行。实际达到的效果和虚拟机技术类似，同样将一台物理服务器划分成了 多个“虚拟”的操作系统实例，从而达到分区的目的。简而言之，操作系统中模拟出一个个跑应用程序的容器，所有虚拟机共享内核空间。操作系统虚拟化由于只有一个操作系统内核，少了虚拟机和Guest操作系统两个资源消耗层次，操作系统虚拟化的运行效率和运行在虚拟环境中的应用性能都有很大优势；然而，操作系统虚拟化只能是同一种操作系统的划分和衍生，从而形成两个缺点： 一，无法支持异种操作系统并存于同一个物理服务器之上；二，多应用同时操作文件系统造成临界资源的竞争-等待现象。本次毕业设计要解决的是上面提到的第二个问题，计划设计一种面向轻量级虚拟机的文件系统，减少资源的竞争-等待时间，提高系统运行效率。所以我们提出了：轻量级虚拟机文件系统的设计与实现。2研究现状2.1 轻量级虚拟机结构2.1 1轻量级虚拟机结构图在轻量级虚拟机中，操作系统虚拟化层位于宿主机操作系统层之上，它从应用与操作系统之间的层次横切一刀，将操作系统资源访问虚拟化，为每一台虚拟机创造隔离于其他机器的独立空间。对上而言，让应用“相信”它是运行于它自己的独立的操作系统实例中；对下而言，翻译和转换上层应用的命名空间、资源进程需求，使之和谐共存于底层的一个操作系统内核和硬件资源之中，从而达到更细粒度的资源控制和更有效的可管理性。每一台虚拟机能够拥有自己的目录树，看到自己的命名空间，但在本质上，所有虚拟机共同使用宿主机操作系统内核，自然地内核中的文件系统为虚拟机共有。2.2 LINUX下的文件系统结构总体上说 Linux 下的文件系统主要可分为两大块内容：一是虚拟文件系统 VFS(Virtual Filesystem Switch)，二是挂载到 VFS 中的各实际文件系统，例如 ext2，FAT等。文件系统总体结构如下：2.2 1 Linux下文件系统结构2.2.1 虚拟文件系统（VFS）虚拟文件系统（Virtual Filesystem Switch）是物理文件系统与服务之间的接口层，它对Linux的每个文件系统的所有细节进行抽象。在进程看来，访问文件系统都是通过VFS，不会因为实际文件系统的结构差异而不同，这即是为访问文件系统的系统调用提供了一个统一的抽象接口。严格说来，VFS并不是一种实际的文件系统。它只存在于内存中，不存在于任何外部存储空间。在每次系统初始化期间，Linux 都首先要在内存当中构造一棵 VFS 的目录树，实际上便是在内存中建立相应的数据结构，而各实际文件系统必须在内核中注册过才能够被挂载、使用。2.2.2 实际文件系统实际文件系统是我们说的EXT2、EXT3、FAT、NTFS等文件系统的总称，LINUX中由于设计了VFS层，进程调用系统调用时并不是直接与文件系统交互，而是调用VFS的接口，之后VFS区分进程所处的文件系统类型，调用实际文件系统的相应函数，实际文件系统进一步寻找要访问的文件。由此可知，实际文件系统需要为上层的VFS提供接口以备调用，向下实际文件系统需