[发明专利]一种虚拟存储设备的缓存方法

说明书

技术领域

本发明提出的一种虚拟存储设备的缓存机制，具体涉及虚拟化技术、缓存技术和预取技 术领域。

背景技术

虚拟机技术逐渐成为当前工业界和学术界的研究热点，虚拟机监视器(VMM)在软件层实 现硬件抽象，将物理资源映射到多个上层客户操作系统中，通过对硬件资源的虚拟化，实现 同时运行多个操作系统并相互隔离，而磁盘作为其中一项重要的硬件资源，将虚拟技术应用 于其存储领域也必然成为关注的焦点。新存储实体对原存储实体的存储资源和存储管理进行 变化和转换的过程称为存储虚拟化，存储资源包括存储的读写方式、连接方式、存储的格式 或结构等，而存储管理包括统一管理、分散管理、性能动态调整等。

为虚拟机提供的虚拟存储设备可以有以下几种方式：物理硬盘或其分区，包括iSCSI (Internet小型计算机系统接口)磁盘或GNBD(Global Network Block Device)卷； 网络存储协议，包括NFS(网络文件系统)等网络或并行文件系统，这种方式适合于一些使 用NFS等的网络存储设备；基于逻辑卷(Logical Volume Manager，简称LVM)；基于 文件的虚拟存储设备，也称为虚拟磁盘镜像(Virtual Disk Image)。无论采用的是哪一种 方式的虚拟存储设备，对于虚拟机来说对虚拟存储设备的访问都是通过VMM中的I/O子系 统进行访问。参考Xen存储虚拟化研究，目前虚拟存储设备缓存机制模型的结构如图1所示， 虚拟机通过虚拟存储设备驱动器访问自己的虚拟存储设备，每个虚拟机可以有多个虚拟存储 设备，而每个虚拟存储设备仅属于一个虚拟机；每个虚拟存储设备对应了一个虚拟存储设备实 例，如1图中所示的虚拟存储设备A实例对应着虚拟机A所要访问的虚拟存储设备；VMM 中的虚拟存储设备模拟器负责模拟出虚拟存储设备对应的虚拟存储设备实例。虚拟存储设备 模拟器包括虚拟存储设备管理模块、虚拟存储设备实例池以及映射器。当创建一个虚拟存储 设备时，首先由虚拟存储设备管理模块，通过虚拟存储设备的配置文件创建出虚拟存储设备 实例放入到虚拟存储设备实例池中；然后映射器负责虚拟存储设备实例与物理存储设备之间 的映射关系，当访问虚拟存储设备时，通过映射器中的映射关系，由VMM的I/O子系统对 物理存储设备进行访问。在VMM中是利用所有剩下的空闲内存(即共享缓存)作为所有虚 拟存储设备的共享缓存的。这种通过共享缓存的缓存机制存在一定的弊端，一方面当虚拟存 储设备A实例与虚拟存储设备B实例同时访问时，可能出现当虚拟存储设备A实例的缓存刚 放进共享缓存，就被虚拟存储设备B实例的缓存替换，然后虚拟存储设备A实例访问未命中 时又会将虚拟存储设备B实例的缓存替换的情况，以此下去，命中率极低，尤其是在多个虚 拟存储设备同时访问时；另一方面，虽然不同的虚拟存储设备使用相应的预取策略能大大提 高命中率，但是共享缓存为所有的虚拟存储设备提供了相同的预取策略，难免使预取的命中 率降低。

发明内容

本发明提出的一种虚拟存储设备的缓存方法，在现有的虚拟机监视器VMM中的虚拟存 储设备模拟器中，加入了缓存管理模块和策略模块，缓存管理模块负责为每个虚拟存储设备 分配各自独立的缓存，策略模块负责为每个虚拟存储设备实例指定和调整不同的预取策略。

当一个虚拟存储设备被创建时，虚拟存储模拟器中的虚拟存储设备管理模块根据该虚拟 存储设备的配置文件创建虚拟存储设备实例放到虚拟存储模拟器中的虚拟存储设备实例池 中，同时缓存管理模块根据该虚拟存储设备的配置文件中的缓存参数来为所创建的虚拟存储 设备实例分配独立的缓存，并根据系统支持的预取策略的类型数量将所分配的独立缓存划分 成对应几个部分，最后映射器建立虚拟存储设备实例与物理存储设备之间的映射关系。虚拟 机访问虚拟存储设备，当虚拟存储设备实例的独立缓存命中时，直接访问独立缓存，当虚拟 存储设备实例的独立缓存未命中时，通过映射器中的映射关系，由VMM的I/O子系统对物 理存储设备进行访问。在访问虚拟存储设备的过程中，策略模块根据独立缓存中内容的命中 情况动态地调整该缓存的预取策略，从而提高虚拟存储设备的缓存的命中率。

本发明提供的一种虚拟机存储设备的缓存方法，具体运行中包含以下执行步骤：

步骤1，系统进行加电完成初始化，虚拟存储设备模拟器加载，由虚拟存储设备管理模 块管理所有的虚拟存储设备实例，缓存管理模块负责动态管理各虚拟存储设备实例的缓存， 调度策略模块动态地调整各虚拟存储设备实例对应各独立缓存的预取策略；