由于逐步广泛应用于各行业的桌面云采用共享存储技术,其网络I/O和磁盘I/O成为性能瓶颈。本文研究基于Openstack云计算平台和Qcow2磁盘文件格式的I/O访存模式及缓存管理策略,具有重要的理论意义和应用场景。根据实验分析,发现桌面云负载的时间局部性和空间局部性都非常好,在桌面云环境下适合采用缓存来解决网络I/O和磁盘I/O的瓶颈。设计缓存需要解决以下问题：缓存空间大小、页面大小、缓存替换算法。通过分析负载请求分布,发现4KB为最合适的页面大小。通过分析重用距离,得出LRU缓存替换算法的命中率不高,需要改进。由于桌面云负载的时间局部性和空间局部性好,故本文考虑在LRU缓存替换算法的基础上加入预取策略,得出两种改进的缓存替换算法：读前写后策略LRUrw(当前请求为读请求时,将预取的数据块放置于链表头部,若为写请求,则将预取的数据块放置于链表尾部)、base后overlay前策略LRUqcow2(若请求的文件为base文件,则将预取的数据块放置于链表尾部,若为overlay文件,则将预取的数据块放置于链表头部)。通过实验对所提出的两种改进的缓存替换算法与传统的LRU缓存替换算法进行比较,实验结果表明,两种改进的缓存替换算法的命中率优于LRU缓存替换算法,且预取的有效性达到60%,响应时间比LRU缓存替换算法小,且缓存空间大小取工作集的5%即可。