[发明专利]一种基于非易失内存的容器性能加速方法

说明书

本发明涉及一种基于非易失内存的容器性能加速方法，包括：在容器部署过程中将镜像中的各镜像层划分为界上镜像层和界下镜像层中的一个；将界上镜像层存储到非易失内存中且选择性地将各界下镜像层存储到非易失内存和硬盘中的一个；在容器启动和/或运行过程中获取容器所需的热镜像文件并将容器所需的热镜像文件存储到非易失内存中；和至少根据热镜像文件的访问次数对每个镜像进行访问热度排序以在非易失内存的存储空间不足时释放访问热度最低的镜像所占用的非易失内存。本发明通过优化容器部署的机制并结合非易失内存，大幅度加快了容器部署的速度；通过优化镜像存储机制，将热镜像文件存储到非易失内存中，大幅加快了容器启动的速度。

技术领域

本发明涉及虚拟化领域，更具体地，涉及在基于非易失内存的虚拟化环境下优化Docker来加快容器的部署和启动速度，并同时减少对NVM的写磨损和使用量，尤其涉及一种基于非易失内存的容器性能加速方法。

背景技术

继虚拟化技术出现后，容器技术逐渐成为云计算领域具有深远影响的变革技术。近些年来，容器技术及相关应用得到了国内外越来越多的关注、研发和推广，发展势头迅猛，成为云计算技术的重要组成部分。容器技术是一种轻量级的虚拟化方法，提供Linux环境下的资源隔离和管理。容器与虚拟机类似，都是一个相对独立的运行环境，但是相比于虚拟机，容器拥有更高的资源使用效率。

Docker是一个开源的应用容器引擎，或者说是一个便于创建和部署的容器管理框架。让应用开发者可以打包应用以及依赖包到一个可移植的容器中，然后将该可移植的容器发布到任何机器上，即发布应用。同时，Docker还可以实现虚拟化，容器完全使用沙箱机制，相互隔离。

Docker容器是基于镜像产生，镜像是一个特殊的独立的文件系统，里面包括容器运行所需的所有文件。或者说，镜像可以由多个只读的、镜像层的层文件构成统一视角，每一个镜像层都包含若干文件和元信息数据。例如，Tomcat服务器镜像包含运行服务器所需的所有代码、运行时工具、系统工具和系统依赖等等。

Docker是典型的CS架构，在每个宿主机上都会运行一个daemon进程，用来接收和处理来自终端的用户命令。CS架构是指Client/Server架构，即客户端/服务器架构。CS架构是大家熟知的软件系统体系结构，通过将任务合理分配到Client端和Server端，降低了系统的通讯开销，需要安装客户端才可进行管理操作。Daemon进程是一直运行的服务端程序，又称为守护进程。Daemon进程通常在系统后台运行，没有控制终端，不与前台交互，Daemon进程一般作为系统服务使用。

Docker借助Linux提供的Cgroups和Namespaces来保证资源使用限制和资源隔离。Cgroups是control groups的缩写，是Linux内核提供的一种可以限制、记录、隔离进程组所使用的物理资源的机制。namespaces即命名空间。命名空间是模块化的，并应用于可被继承的单个进程，总共有七个命名空间来限制进程的访问范围。容器具有更轻量，持续集成，版本控制，和可移植性等优点，因此Docker被业界广泛使用。

但是缓慢的磁盘I/O限制了容器部署和启动。容器拉取镜像时具有三个线程同时下载、顺序下载、顺序存储等特点。这三个特点导致镜像拉取过程中，当所有镜像下载完毕，还有很大一部分镜像等待存储到硬盘中，结果招致一个很高的时延和I/O burst。I/Oburst是指I/O突发。容器本质是享受所有资源虚拟化的进程，在实际中因为慢速的磁盘I/O限制了容器的启动速度。容器化应用程序需要完全初始化的文件系统，包含应用程序二进制文件、完整的Linux发行版和所依赖的包。

NVM为加快容器部署和启动带来了新的机会。我们借助新型的NVM来提高容器的性能。NVM具有非易失性、大容量、优良的读写性能和字节寻址等优点。同时NVM也给我们带来了新的挑战，NVM是有写寿命限制并且NVM相比Disk容量相当有限，迫使我们必须合理有效地结合NVM与Docker。

目前，业界主要有两种方法来加快非本地容器部署和启动。