近年來，云計(jì)算已成為分布式計(jì)算領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)，它是指運(yùn)行在數(shù)據(jù)中心軟硬件上的應(yīng)用通過Internet為用戶按需提供服務(wù)；并將數(shù)據(jù)中心內(nèi)的軟硬件資源統(tǒng)稱為云，云計(jì)算自身并不是一種新技術(shù)，而是一種新服務(wù)模式。這種模式能夠?qū)⒃O(shè)備安裝和資源管理外包給云服務(wù)商，具有按使用計(jì)費(fèi)和擴(kuò)展靈活的特性，通過對(duì)IT資源的統(tǒng)一部署與集中管理，云計(jì)算能夠優(yōu)化資源的利用率，為用戶提供廉價(jià)、高效、可靠的服務(wù)。

虛擬桌面作為一種典型的云計(jì)算應(yīng)用，是建立在服務(wù)器虛擬化基礎(chǔ)上的云應(yīng)用。如圖1所示，虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)在云中為用戶提供遠(yuǎn)程的計(jì)算機(jī)桌面服務(wù)；服務(wù)提供者在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上運(yùn)行用戶所需的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，然后采用桌面顯示出議將操作系統(tǒng)桌面視圖以圖像的方式傳送到用戶端設(shè)備上。同時(shí)，服務(wù)器對(duì)用戶端的輸入進(jìn)行處理，并隨時(shí)更新桌面視圖的內(nèi)容。用戶通過任意可以接入Internet的終端，通過授權(quán)認(rèn)證即可進(jìn)行桌面計(jì)算。在虛擬桌面計(jì)算模式下，所有計(jì)算都可以放在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器上，對(duì)終端設(shè)備的要求將大大降低，類似于平板電腦、智能手機(jī)、掌上電腦以及其他智能的手持設(shè)備這樣的瘦終端就可以滿足更廣泛、更靈活的應(yīng)用需求。虛擬桌面架構(gòu)通過服務(wù)器虛擬化，集中管理、統(tǒng)一配置，使得計(jì)算和數(shù)據(jù)更安全；同時(shí)，便于精簡配置，降低IT系統(tǒng)成本、能耗以及管理開銷。

圖1虛擬桌面計(jì)算架構(gòu)

虛擬桌面架構(gòu)面臨服務(wù)器虛擬化所帶來的存儲(chǔ)代價(jià)和性能上的挑戰(zhàn)。由于幾十或上百個(gè)虛擬桌面整合到一臺(tái)物理服務(wù)器上，隨著用戶數(shù)目的增長和用戶需求的提高，服務(wù)器的存儲(chǔ)空間需求會(huì)迅速擴(kuò)展；如果一臺(tái)物理服務(wù)器上有100個(gè)虛擬桌面，每個(gè)40 GB的容量就需要?jiǎng)?chuàng)建和維護(hù)100個(gè)虛擬磁盤鏡像，總共需要4TB的存儲(chǔ)容量。另外，一臺(tái)物理服務(wù)器往往需要同時(shí)啟動(dòng)和運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)，如何優(yōu)化虛擬機(jī)I／O訪問來提高存儲(chǔ)性能也是亟待解決的問題，利用虛擬磁盤鏡像中存在大量數(shù)據(jù)冗余的特性；本文應(yīng)用重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)來優(yōu)化虛擬桌面架構(gòu)的存儲(chǔ)空間利用率，由于數(shù)據(jù)消重后，數(shù)據(jù)塊被重復(fù)引用頻率不同；本文將被頻繁引用的數(shù)據(jù)塊存放在數(shù)據(jù)中心中較傳統(tǒng)硬盤性能高的基于閃存的固態(tài)硬盤上，并同時(shí)在服務(wù)器端通過本地磁盤緩存熱數(shù)據(jù)以提高虛擬桌面的訪間性能。

1相關(guān)工作

1. 1重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)

重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)是一種基于數(shù)據(jù)冗余度的數(shù)據(jù)縮減技術(shù)。它首先利用一定的數(shù)據(jù)分塊策略將大的數(shù)據(jù)對(duì)象劃分為若干較小的數(shù)據(jù)塊，并用數(shù)據(jù)塊的加密哈希值作為指紋來標(biāo)識(shí)它們；通過比對(duì)數(shù)據(jù)塊的指紋，我們可以提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的空間利用率和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的帶寬利用率。按重復(fù)數(shù)據(jù)刪除操作時(shí)機(jī)的不同。可以分為在線重復(fù)數(shù)據(jù)刪除和離線重復(fù)數(shù)據(jù)刪除。在虛擬桌面架構(gòu)中，由于即時(shí)縮減數(shù)據(jù)能夠避免不必要的數(shù)據(jù)傳輸和寫操作，使得在線重復(fù)數(shù)據(jù)刪除更具有優(yōu)勢(shì)。按重復(fù)數(shù)據(jù)刪除操作粒度的差異，可以分為文件級(jí)、塊級(jí)甚至字節(jié)級(jí)重復(fù)數(shù)據(jù)刪除。根據(jù)虛擬機(jī)磁盤鏡像特點(diǎn)，我們發(fā)現(xiàn)塊級(jí)在線重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)更適合虛擬桌面存儲(chǔ)的優(yōu)化。

目前，重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于虛擬機(jī)環(huán)境。通過分析虛擬機(jī)磁盤鏡像的消重效果，發(fā)現(xiàn)重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)能夠大量地縮減虛擬機(jī)磁盤鏡像存儲(chǔ)空間。 Nath等人發(fā)現(xiàn)在基于虛擬機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)中進(jìn)行塊級(jí)重復(fù)數(shù)據(jù)刪除能夠充分利用存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源，Liguori等人對(duì)不同操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)磁盤鏡像進(jìn)行重復(fù)數(shù)據(jù)刪除效果比較分析，并測(cè)試重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)對(duì)虛擬機(jī)啟動(dòng)和讀性能的影響， Zhang等人研究了重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)對(duì)虛擬機(jī)在線遷移的加速效果。本文主要研究如何利用重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)來優(yōu)化虛擬桌面存儲(chǔ)系統(tǒng)的存儲(chǔ)利用率和I/ O性能。

1.2基于閃存的固態(tài)硬盤

基于閃存的固態(tài)硬盤是一種非易失性的存儲(chǔ)器，主要由閃存芯片和閃存轉(zhuǎn)換層構(gòu)成。它的數(shù)據(jù)訪問性能介于易失性存儲(chǔ)器DRAM和傳統(tǒng)硬盤之間，價(jià)格比DRAM更便宜。相比于傳統(tǒng)硬盤，因?yàn)闆]有機(jī)械的磁頭運(yùn)動(dòng)，其隨機(jī)讀性能與順序讀性能同樣快；但由于寫操作之前需要進(jìn)行代價(jià)較高的數(shù)據(jù)擦除操作，使得寫性能低于讀性能。另外，基于閃存的固態(tài)硬盤較DRAM和傳統(tǒng)硬盤具有更低的能耗。

基于閃存的固態(tài)硬盤較DRAM具有更高的性價(jià)比以及能耗優(yōu)勢(shì)，使得其在數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用中很受青睞。重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)自身是一種密集型的應(yīng)用；特別是針對(duì)數(shù)據(jù)塊索引以及數(shù)據(jù)塊元數(shù)據(jù)的訪問操作，訪問數(shù)據(jù)量小但很頻繁。利用基于閃存固態(tài)硬盤隨機(jī)讀性能的優(yōu)勢(shì)，用其來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)塊索引和元數(shù)據(jù)能夠極大地優(yōu)化存儲(chǔ)系統(tǒng)的訪問性能。由于虛擬磁盤鏡像文件在數(shù)據(jù)消重后文件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)碎片化，在傳統(tǒng)硬盤上其讀性能很差；本文利用基于閃存的固態(tài)硬盤在隨機(jī)讀性能上的優(yōu)勢(shì)來優(yōu)化虛擬磁盤鏡像文件的讀性能。

在不久的將來，云計(jì)算一定會(huì)徹底走入我們的生活，有興趣入行未來前沿產(chǎn)業(yè)的朋友，可以收藏云計(jì)算，及時(shí)獲取人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)的前沿資訊和基礎(chǔ)知識(shí)，讓我們一起攜手，引領(lǐng)人工智能的未來！

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