随着互联网的发展,对软件兼容性和可移植性需求剧增,虚拟机技术的发展进入了一个繁荣的时代,成为计算机科学领域发展最快的技术之一。根据虚拟机管理器(VMM:Virtual Machine Monitor)抽象的虚拟机架构的不同,或根据是否需要修改客户操作系统,虚拟化技术可以分为准虚拟化和完全虚拟化。Xen作为英国剑桥大学研究组提出的一个虚拟化实现方案,最初采用准虚拟化的实现。I/O性能始终是虚拟化技术的一个薄弱环节。作为I/O虚拟化技术的重要一环,本论文对准虚拟化下Xen的磁盘虚拟化做了深入的研究,详细分析了虚拟机访问磁盘的流程、特征和工作原理,探讨了不同的访问模式和读写方式对虚拟机访问虚拟磁盘速度的影响,阐述了不同格式的虚拟磁盘文件作为虚拟存储设备的优劣。同时,着重选择功能最强大,Xen最常用的Qcow格式文件作为研究对象,在原有Qcow虚拟磁盘访问模型的基础上,引入TLB和Cache技术,同时针对该格式本身的特点,在异步访问的模型上加入了特殊的预读机制,使得虚拟机对虚拟磁盘的I/O操作部分转化为直接对内存的读写操作,减少通过Xen访问物理磁盘的开销来提高系统磁盘I/O性能。最后通过搭建实验环境对改进后的系统进行测试,验证了改进后的虚拟磁盘访问模型可以稳定的运行,其性能比原有模型有较大的提高。这些改进方法具有一定的代表性和通用性,稍加改动后即可适用于其他不同的磁盘文件格式和不同的I/O虚拟化方式,具有较强的使用价值和广阔的应用前景。