磁盘碎片一直是计算机系统中的一个重要问题。虚拟化技术的出现使得磁盘碎片问题变得更加严重和复杂。现有的碎片整理方法无法充分利用虚拟环境来快速高效地解决虚拟环境下的碎片问题。并且,在虚拟环境下,碎片不仅产生于物理磁盘,还产生于虚拟磁盘。而对于Windows系统的虚拟机,实验表明虚拟磁盘碎片对其I/O性能造成重大的影响。进一步的对虚拟化I/O流程的分析以及性能剖析工具的测试表明,虚拟磁盘的碎片会导致虚拟机与虚拟机监控器之间的开销甚至整个虚拟化I/O流程的一系列开销都增加,从而严重影响I/O性能。因此,在虚拟化环境下,虚拟磁盘碎片的消除成为了一个关键。事实上,虚拟磁盘碎片的消除可以通过一种虚拟的整理方法实现,即仅仅修改虚拟文件系统的元数据,而不移动任何数据块,就能使得文件映射(从虚拟机文件的数据块到虚拟文件系统的数据块的映射)变得连续。为了保证整理的正确性,由于不移动任何数据块,实际映射(从虚拟文件系统的数据块到物理文件系统的数据块的映射)应当最终保持不变。那么,镜像映射(从存放虚拟文件系统的镜像文件的数据块到物理文件系统的数据块的映射)则要根据新的文件映射进行相应的更新,以使得实际映射保持不变。这就是零拷贝的整理方法:在不拷贝任何数据块的情况下消除虚拟磁盘碎片,减小虚拟机和虚拟机管理器之间的通信开销以及整个虚拟化I/O流程的一系列开销,从而提高虚拟机I/O性能。零拷贝碎片整理系统针对Xen虚拟机管理器和Windows的虚拟机实现了虚拟磁盘信息的获取以及整理。微观和宏观的I/O基准测试软件的评估表明,经过零拷贝碎片整理系统的整理,虚拟机I/O性能得到明显的提升,可达20%,且几乎与没有碎片状态下的性能相当。更重要的是,整理过程非常迅速,整理1GB的虚拟机分区只需要5秒钟,而传统的整理软件则需要几百秒。