随着云计算的不断发展,越来越多的用户将应用服务部署在云平台上。为了保证服务的高可用性,云提供商通常采用副本冗余的方式进行容错。虚拟化可通过封装应用程序并进行全系统备份的方式,实现应用服务的高可用性。目前,虚拟机容错机制已经成为了一个重要的研究课题。然而,现有的虚拟机容错机制仍然存在一些问题。第一,为了维护外部一致性,主从备份系统会遭受网络包的往返延迟,以及检查点同步等原因带来的性能影响。第二,由于不必要的CPU资源消耗,系统中的备份机会引入虚拟化环境中上下层不协调的双重调度问题。针对上述问题,本文提出了两个关键技术:1)网络包提前释放技术,2)活跃-半活跃虚拟机主从备份模型。前者通过分析输出的网络包是否由干净的内存区域组成,在不违背外部一致性的前提下,提前释放网络包并以此提升系统的性能。后者通过动态减少备份机中的活跃v CPU(虚拟CPU)数量,将活跃-活跃的主从备份模型转换为活跃-半活跃的模型,从而减缓双重调度的问题。本文的主要贡献由以下部分组成:1.本文深入研究现有的基于虚拟机级别的容错机制,发现系统性能存在的问题以及其原因。为了保护数据的完整性,现有的主从备份系统采用了网络包比较以及检查点同步等方式维护外部一致性。这些操作使得主从备份系统与单台虚拟机之间产生的性能差距较大。本文提出网络包提前释放技术,在一些场景下,可通过分析网络包的来源,在不违背系统一致性的前提下,提前释放某些网络包提升整体系统的性能;2.研究原有系统的活跃-活跃主从备份模型,分析其设计的初衷是为了进行网络包比较操作,并减少检查点同步操作带来的性能开销。然而,我们发现在一些CPU密集型作业的负载下,此模型会大量占用备份机的CPU调度资源,在虚拟化环境下,会引入双重调度的问题。为此我们提出了活跃-半活跃主从备份模型,在不影响系统整体性能的前提下,动态减少备份机中活跃v CPU的个数,并以此来解决这个问题;3.我们在原有的COLO系统的基础上,设计并实现了COLO++系统。在Linux/KVM平台上的实验结果表明,网络包提前释放技术使得COLO++系统在一些场景下几乎可达到单虚拟机的性能;活跃-半活跃主从备份模型降低了CPU调度开销,在对主从备份系统性能影响几乎为零的情况下,减缓了宿主机的双重调度问题。