面向同驻虚拟机的高效共享内存文件系统

摘要

云环境中虚拟机之间、虚拟机与宿主机之间存在大量文件传输操作,带来极大性能开销.针对同驻一台物理机的多个虚拟机,共享文件系统是提高文件传输性能的有效途径.新型的非易失性内存具有内存级读写速度、存储密度高、可字节寻址和持久化等优点,可用作高性能的共享文件存储设备.然而,现有共享文件系统的设计基于网路通信或虚拟I/O,不能充分发挥新型非易失性内存的优势.该文面向同驻虚拟机提出一个新型共享内存文件系统设计,在虚拟机之间、虚拟机与宿主机之间提供高效的文件共享机制.在该设计中,共享文件系统被安装在虚拟机与宿主机共享的模拟非易失性内存中,通过共享的页表组织共享文件的数据页.共享文件系统使用虚拟地址空间和处理器中既有的硬件MMU直接访问共享文件,减少文件访问I/O的软件层次和数据拷贝产生的性能开销.文中还对共享数据的并发访问和一致性提供高效的同步机制.该文采用提出的设计,在KVM平台上实现一个高效的共享内存文件系统StargateFS.实验测试结果显示:StargateFS的共享文件平均读写性能比目前最先进的共享文件系统VirtFS快64倍,比Samba和NFS分别快172倍和191倍.