Naplus：一种面向虚拟集群的共享存储系统

摘要

随着虚拟技术的应用越来越广泛，虚拟集群成为云端一种主要执行环境。虚拟集群和传统的高性能计算平台相比，在可扩展，可配置，可维护等方面表现出了许多优越性。因此，虚拟集群逐渐成为高性能计算的应用环境。然而，和传统集群相比而言，虚拟集群的分布式编程语义在很大程度上并没有改变，导致了高性能计算不能简单地应用于虚拟集群环境。特别是当虚拟机位于不同主机上的时候，严重限制了高性能计算在虚拟集群中的应用。
　　现在已经有很多工作致力于提高虚拟机之间的通信效率，研究如何将高性能计算应用于虚拟集群环境中。但是，大部分工作集中在研究虚拟机分布在同一台主机上的情况，通过利用主机提供的共享存储机制来优化虚拟机之间的消息传递。本文在Nahanni系统的基础上，设计和实现了Naplus系统，Naplus的主要目的在于为不同主机上的虚拟机提供了一种基于共享存储的通信机制。Naplus的主要思想是由不同物理主机提供一个共享存储空间，该共享存储空间通过QEMU模拟的虚拟设备映射到客户机应用程序的进程空间，从而满足分布在不同物理机上虚拟机之间的通信。Naplus的存储一致性模型采用懒惰更新释放一致性，具体的实现涉及三个模块：
　　1、实现一个简易的用户编程界面Napluslib；
　　2、修改虚拟设备，使其能够维护存储空间一致性；
　　3、Naplus_server在Nahanni server的基础上添加了相关的通信模块，实现了共享存储协议的相关模块，支持由两台物理机组成的共享存储空间。
　　实验结果表明，当虚拟机位于相同物理机上的时候，它们之间的通信几乎没有负载。当虚拟机位于不同物理机上时，负载主要取决于网络因素跟虚拟机的分布，这为虚拟机的迁移策略提供了相关依据。

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1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究目标和主要工作

1.4论文的组织

2 相关的研究工作

2.1虚拟化技术

2.2进程间通信

2.3分布式共享存储系统

2.4 Nahanni系统

2.5本章小结

3 Naplus系统的设计

3.1设计方案分析

3.2系统结构设计

3.3共享存储协议的设计

3.4系统的同步机制

3.5本章小结

4 Naplus系统的实现

4.1系统通信的实现

4.2存储组织的实现

4.3设备层模块的实现

4.4 Napluslib接口的实现

4.5 Naplus_server的实现

4.6本章小结

5 性能测试与分析

5.1测试环境和参数

5.2同步延时测试

5.3读写性能测试

5.4文件传输测试

5.5并行计算测试

5.6本章小结

6 总结与展望

6.1全文总结

6.2研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间参加的主要科研项目

附录2 攻读硕士学位期间申请的中国专利