随着计算机系统规模的增长以及以计算机技术应用场景的不断扩展,计算机存储结构开始呈现出异构化的特点。为了较优地使用异构存储资源,资源使用者通常需要对底层架构和全局资源使用情况有足够的感知。虚拟计算环境的引入使上述要求难以满足。因此,作为大型云服务提供商的主要部署平台,虚拟计算环境下异构存储资源的充分利用是一个十分重要的问题。本文分别从非对称性内存访问架构、非对称性I/O访问架构以及持久化内存的角度出发,讨论虚拟化环境中异构存储资源的管理以及优化。在非一致性内存及I/O访问架构中,不同处理器节点的内存控制器和I/O访问控制器可能不一致,不同的访存及I/O控制器可以同时处理来自处理器的请求,但跨处理器节点的请求需要通过处理器节点间互连机制的转发。关于持久化内存,它的性质除了保证数据在掉电后不丢失外,还可能存在读写速度不对称、擦除次数有限等特性。这与持久化内存的具体实现机制有关,而实现机制则决定了持久化内存的成本。综上所述,能否发挥异构存储的优势、提高资源利用率并降低成本将极大地依赖资源的分配及使用策略,但虚拟化引入的语义鸿沟使得资源使用者以及资源分配者均难以根据实际硬件结构及工作负载进行资源调度及管理。针对上述问题,本文的工作主要包括:设计了在虚拟化环境下使用硬件性能计数器测量虚拟机内部应用访存模式,并根据获取的访存模式进行调度的系统。在测量的工作负载中,根据具体的访存模式,系统能够提高内存本地访问的比例或提高三级缓存的命中率,以提升系统的访存性能。设计了虚拟机与虚拟机监控器内的接口,供虚拟机监控器高效地获取虚拟机内的I/O访问模式。配合特定的调度策略,该系统能够降低跨节点访问I/O设备的比例,并提高工作负载在非一致性I/O访问框架下的性能。讨论了持久化内存的虚拟化方式。设计了一个持久化内存在虚拟化环境中的资源分配及管理的框架。该框架为虚拟机提供持久化内存的抽象,并能够获取上层应用使用持久化内存的方式。基于获得的信息,本系统能够在维持持久化内存语义的同时,降低持久化内存的使用量,提高持久化内存的利用率。