【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種虛擬機磁盤分區和加速方法，屬于nvme固態硬盤。
技術介紹
1、nvme固態硬盤的普遍使用使云服務器的性能得到了顯著的提升，但云服務器的使用方式一般為虛擬化，使用虛擬化層將虛擬機的磁盤映射為宿主機上的一個文件，由于文件的讀寫需要經過宿主機的系統調用，因此這種方式不能充分發揮nvme固態硬盤的性能優勢。同時，由于u.2等形態的nvme磁盤的大量使用，nvme磁盤的容量越來越大，虛擬機獨占一整個nvme磁盤設備的狀況變得不再現實。
2、針對上述性能問題，現有技術的做法是使用虛擬機virtio驅動，在虛擬機中創建一個虛擬磁盤設備，將對虛擬磁盤的寫入指令透傳到宿主機的nvme磁盤中。但是這樣的方式無法使得多虛擬機復用同一nvme磁盤，為解決這一問題，采用文件進行管理的方式，例如esxi使用vmdk格式作為存儲虛擬機磁盤，qemu使用qcow2存儲虛擬機磁盤，針對虛擬機磁盤實際占用的空間做出了一定優化，但性能依舊具有一定的妥協。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是：對于nvme磁盤與虛擬磁盤，如何提高多租戶之間磁盤的隔離性和安全性。
2、為解決上述技術問題，本專利技術提供一種基于nvme磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，包括以下步驟：
3、步驟一.對虛擬機磁盤進行分區，指定虛擬機磁盤分區格式和虛擬機磁盤元數據格式，指定分區在gpt分區表上的布局；在宿主機的gpt分區表的首末2個gpt?record中記錄前n-1個分區格式為
4、步驟二：在hypervisor中進行nvme磁盤透傳。
5、前述的一種基于nvme磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，在步驟一中，dvmfs是虛擬機虛擬磁盤存儲的區域，包括以下字段：
6、1)fs?header：用于識別文件系統的頭部；
7、2)metadata：保存當前分區的信息；
8、3)?next?file?system?ptr和prev?file?system?ptr用于指示當前分區上一個連續空間和下一個連續空間的lba地址以快速尋址。
9、前述的一種基于nvme磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，在步驟一中，在hypervisor中，利用算法1調整虛擬機的磁盤容量，包括擴展和縮小磁盤的操作，包括以下步驟：
10、1)利用adjustvmdisk(vmdisk,?dst_size,?force?=?false)函數進行調用操作，輸入參數包括虛擬磁盤對象vmdisk、目標大小dst_size以及一個強制參數force；
11、2)如果dst_size小于或等于0，拋出參數錯誤異常paramerrorexception；
12、3)如果目標大小dst_size小于當前磁盤大小，并且force為true，則調用shrinkvmdisk(vmdisk,?dst_size)?函數進行縮小操作；
13、4)如果force為false、且目標大小小于當前磁盤大小時，拋出數據丟失異常datalossexception；
14、5)如果目標大小dst_size大于當前磁盤大小，則調用expandvmdisk(vmdisk,dst_size)?函數進行擴展操作。
15、前述的一種基于nvme磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，在步驟3)中，縮小磁盤過程shrinkvmdisk(vmdisk,?dst_size)包括：
16、31)計算出需要縮小的大小nr_size，即當前大小減去目標大小；
17、32)當nr_size大于0時，執行以下步驟：
18、遞歸訪問分區的nextptr所指向的分區，直到尋找到虛擬磁盤的最后一個主機分區；
19、檢查虛擬磁盤的最后一個主機分區的大小是否大于或等于nr_size；
20、如果是，調用cutdvmfs函數進行切割，同時將nr_size置為0；cutdvmfs函數將目標分區的大小設置為【原始大小-nr_size】,并修改dvmfs的metadata部分，將nextptr修改為null，更新vmfr部分該分區大小的字段，最后利用該dvmfs分區的實際占用lba位置來更新vmfr中的占用空間位表；
21、如果不是，將nr_size減去該分區的大小，并刪除該分區，將該分區的vmfr分區元數據刪除，并將上一個dvmfs分區的nextptr設置為null，最后更新vmfr上的占用空間位表。
22、前述的一種基于nvme磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，在步驟5)中，擴展磁盤過程expandvmdisk(vmdisk,?dest_size)包括：
23、51)計算出需要擴展的大小nr_size，即目標大小減去當前大小；
24、52)檢查主機的可用空間，如果不足，拋出空間不足異常noenoughspaceexception，操作結束；
25、53)當nr_size大于0時，執行以下步驟：
26、查找虛擬磁盤的最后一個主機分區；
27、獲取虛擬磁盤的最后一個主機分區外部的可用空間，方法是從vmfr的占用空間位表中查找未被使用的空間；
28、如果可用空間大于或等于nr_size，則擴展該分區并將nr_size置為0，同時更新vmfr中占用空間位表；
29、如果可用空間不足，則遞歸查找空閑空間塊并按需添加新分區，更新nr_size為nr_size-當前空閑空間大小，同時更新vmfr中占用空間位表。
30、前述的一種基于nvme磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，在步驟一中，使用vmfr中對每個dvmfs的consistency位以判斷是否為正確寫入，若consistency位被置為1，則說明分區的元數據被修改且未正確寫入，根據consistency位的情況，選擇接受dvmfs的修改或是接受vmfr的修改，方法為：
31、條件1：檢查現有校驗和是否與當前分區fs?header重新計算的校驗和相同；
32、條件2：vmfr中consistency位是否為0；
33、若條件1、2均不滿足，則接受vmfr的元數據；若條件1滿足條件2不滿足，則接受dvmfs的元數據；若條件1不滿足條件2滿足，則接受vmfr的元數據；若條件1滿足條件2滿足，則沒有數據不一致行為。
34、前述的一種基于nvme磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，在步驟二中，包括：
35、21）在hypervisor和vfio-pci之間增加了一個中間層dnvme?driver，中間層利用iommu進行設備地址的隔離，根據虛擬機綁定的虛擬磁盤所屬的首個dvmfs的物理地址lba獲取每個虛擬機磁盤的lba映射塊，并將每個虛擬機磁盤的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于NVMe磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于NVMe磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，其特征在于，在步驟一中，DVMFS是虛擬機虛擬磁盤存儲的區域，包括以下字段：
3.根據權利要求1所述的一種基于NVMe磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，其特征在于，在步驟一中，在Hypervisor中，利用算法1調整虛擬機的磁盤容量，包括擴展和縮小磁盤的操作，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的一種基于NVMe磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，其特征在于，在步驟3)中，縮小磁盤過程SHRINKVMDISK(vmdisk,?dst_size)包括：
5.根據權利要求3所述的一種基于NVMe磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，其特征在于，在步驟5)中，擴展磁盤過程EXPANDVMDISK(vmdisk,?dest_size)包括：
6.根據權利要求1所述的一種基于NVMe磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，其特征在于，在步驟一中，使用VMFR中對每個DVMFS
7.根據權利要求1所述的一種基于NVMe磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，其特征在于，在步驟二中，包括：
8.根據權利要求7所述的一種基于NVMe磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，其特征在于，在步驟22）中，設置LBA地址轉換表機制，并將LBA地址轉換表保存在內存中以便快速查找，若IOMMU中找不到LBA地址映射信息，則從LBA地址轉換表中獲取當前的映射信息，所述LBA地址轉換表在宿主機物理NVMe磁盤初始化時使用各DVMFS的數據分區首末地址構建。
9.根據權利要求7所述的一種基于NVMe磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，其特征在于，虛擬qpair和物理qpair的映射最小單位是隊列，虛擬NVMe磁盤的隊列通過一一對應的方式映射到物理NVMe磁盤的隊列，根據虛擬機初始化順序將起始虛擬隊列的qpair0映射到物理NVMe磁盤上不同的qpair，再按照順序映射接下來的隊列。
10.根據權利要求7所述的一種基于NVMe磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，其特征在于，LBA映射列表和IOMMU映射進行聯動，步驟為：
...【技術特征摘要】
1.一種基于nvme磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于nvme磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，其特征在于，在步驟一中，dvmfs是虛擬機虛擬磁盤存儲的區域，包括以下字段：
3.根據權利要求1所述的一種基于nvme磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，其特征在于，在步驟一中，在hypervisor中，利用算法1調整虛擬機的磁盤容量，包括擴展和縮小磁盤的操作，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的一種基于nvme磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，其特征在于，在步驟3)中，縮小磁盤過程shrinkvmdisk(vmdisk,?dst_size)包括：
5.根據權利要求3所述的一種基于nvme磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，其特征在于，在步驟5)中，擴展磁盤過程expandvmdisk(vmdisk,?dest_size)包括：
6.根據權利要求1所述的一種基于nvme磁盤的虛擬機磁盤分區和加速訪問方法，其特征在于，在步驟一中，使用vmfr中對每個dvmfs的consistency位以判斷是否為正確寫入，若consistency位被置為1，則說明分區的元數...
【專利技術屬性】
技術研發人員：程大釗，何璞昳，梁黃黃，胡創，龔奕利，
申請(專利權)人：武漢大學，
類型：發明
國別省市：
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