随着各个行业对计算能力需求的不断增长，云计算得到了迅猛的发展。云计算通过网络把多个成本相对较低的计算实体整合成一个具有强大计算能力的系统，将大量计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需提供服务。这使得应用提供者无需为繁琐的细节而烦恼，能够更加专注于自己的业务，有利于创新和降低成本。当前，云计算在电子商务、电子政务、通信、网络游戏、娱乐等领域得到了广泛的应用，已经成为信息化建设的重要基础设施。而虚拟化技术则是云计算的关键技术。通过虚拟化，包括软件：操作系统、存储和网络等的虚拟化，可以把整个云计算环境整合为一个公共计算资源池，让企业的计算更富有弹性，实现服务整合、自动化、节能和业务的连续性，最大程度的降低设施和管理成本。其中，I/O资源的虚拟化是其关键组成部分之一，对系统的资源利用率和服务性能与质量均有重要影响。　　 云计算提供了一个分布式的虚拟化环境。与单机虚拟化环境相比，此环境中的I/O虚拟化面临着资源的低利用率、虚拟化I/O的访问效率等挑战。这些挑战表现在如何感知用户需求的变化并实现分布式I/O资源的全局动态按需配置机制以满足资源与需求的动态自适应、如何优化资源动态配置中的资源选择以及如何优化虚拟化I/O的访问性能。　　 针对以上问题，本文展开了相关研究，探索了面向云计算环境的资源与用户需求的自适应技术和虚拟化I/O存储设备的性能优化策略。本文的主要贡献如下：　　 ●构建了分布式虚拟化环境中I/O资源的按需流动架构，实现了分布式I/O资源的全局共享与按需动态分配与回收，提高了资源的利用率，能够更好的满足用户多变的需求。此架构针对存储容量资源和存储带宽资源实现了不同的用户需求变化感知策略和资源的按需流动策略：对于存储容量资源，实现了基于虚拟机空闲容量资源监控为核心的需求变化感知策略和包含物理节点层次和虚拟机层次的存储容量资源流动机制；对于存储带宽资源，实现了基于虚拟机带宽和I/O服务端空闲带宽监控为核心的需求变化感知策略和基于带宽调度、聚合和虚拟磁盘迁移的存储带宽资源流动机制。通过以上机制，实现了虚拟机对I/O资源的动态按需分配与回收：当虚拟机中空闲I/O资源过多时，动态回收部分资源并提供给其它需要的虚拟机使用；而当虚拟机中I/O资源不足时，则从I/O空间中再动态分配部分空闲I/O资源以供其使用。此按需流动架构有效的提高了分布式虚拟化环境中I/O资源的利用率，能够充分发挥系统的计算能力，更好的满足用户多变的需求。　　 ●提出了一种分布式虚拟化计算环境内资源动态绑定中的节点选择算法，它能够有效的提高系统负载的均衡程度，使得系统能够更好的发挥计算能力。此算法基于多维0-1装箱问题的快速近似最优解法，兼顾计算资源、资源负载、虚拟机需求的多维性、虚拟机与虚拟I/O存储资源间的分离约束以及虚拟机上运行的服务的资源需求特征等诸多因素，提出了一种更为高效的、应用在虚拟资源和物理资源动态绑定中的节点选择算法。模拟实验结果表明，该算法是有效的，具有很好的收敛性，并能够使得系统负载的均衡程度有较大程度的提高。　　 ●提出了针对镜像文件虚拟块设备的访问直接映射机制，简化了当前镜像文件中繁琐的访问映射过程，提高了镜像文件的I/O访问性能。在此机制中，通过对文件块号和物理块号之间的关系描述公式的构建，提出了面向镜像文件模式虚拟块设备到物理块设备的访问直接映射算法和小而高效的映射表，并据此实现了虚拟块设备和物理块设备之间的访问直接映射。它简化了镜像文件模式虚拟块设备I/O访问过程中繁琐的访问映射过程，有效的提高了镜像文件的I/O性能。