随着虚拟化技术的不断发展,云计算平台以其灵活性、便利性、高扩展性等优势成为热门的学术研究领域并被广泛应用于企业之中,而其实质则是依托于虚拟化技术来构建的、后端基础设施对用户完全透明的大规模虚拟机集群系统。尽管云计算平台发展迅速,但仍处于初期阶段,存在一些诸如虚拟机部署时间过长、分布式存储访问效率较低以及用户体验方面的问题。本文通过对虚拟机集群系统相关的关键技术(包括虚拟化技术、虚拟磁盘格式、云计算平台、分布式文件系统)的分析与对比,最终确定了以GlusterFS、QEMU-KVM和OpenStack为基础的虚拟机集群系统构建方案,并在该虚拟机集群系统构建方案的基础上做了以下三方面的工作:1)设计了两种不同的虚拟机集群系统架构,即计算与存储分离架构和计算与存储混合架构,并进行了分析与对比。2)在GlusterFS分布式文件系统上提出了支持镜像位置感知的虚拟机调度优化算法。OpenStack在部署虚拟机的过程中需要将虚拟机调度至某个计算节点来启动,而现有的虚拟机调度算法只依据所有计算节点尚未分配的静态物理资源信息,而未考虑对虚拟机部署有重要影响的虚拟机镜像位置信息。本文提出的镜像位置感知功能,可以消除虚拟机镜像的下载过程,极大地减少虚拟机的部署时间,同时提供虚拟机实例运行时的高I/O效率。3)镜像位置感知功能有其适用场景,对于不适用的场景,本文提出了本地块缓存和共享系统的设计,通过设计与实现支持本地块缓存和共享的LBCS虚拟磁盘格式来完成功能,同样可以极大地减少虚拟机的部署时间,以缓存分布式文件系统中的数据到本地文件系统的方式提供虚拟机实例运行时的高I/O效率。以上二者相互配合、协调工作,通过减少虚拟机的部署时间,以及提供虚拟机实例运行时的高I/O效率,使得虚拟机集群系统的运行更加高效,提升用户使用虚拟机的体验。