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随着虚拟存储技术的广泛应用，现代存储系统以集中共享平台为开放环境提供服务的应用模式日趋普遍，系统上的应用具有多样性和复杂性。不同的应用类型对快照功能的需求有很大的差异，虚拟存储系统上的快照技术必须支持多种多样的应用需求。但传统的快照系统面向特定的应用设计，缺乏对多种应用需求的针对性研究，无法满足虚拟存储系统对快照技术的要求。基于这种情况，为了更好地应对和支持新的存储系统应用模式，本文研究满足多种应用需求的快照系统，通过在系统中集成多种快照实现技术，对不同的应用负载按其需求选择适合的快照技术提供快照功能。
本文基于对快照技术的深入探讨，提出一个分层虚拟快照系统框架。该框架实现了快照读写属性、快照语义与资源管理的分离，有利于清晰快照技术，将复杂的系统问题局部化，在结构上具有更好的灵活性和可扩展能力。分层框架还可以有效地描述现有的快照技术，将多种快照技术融合在一个框架中；在其指导下可以简化分层虚拟快照系统的设计和实现，使系统模块易于复用和扩展，减少系统开发的成本和难度。
本文根据提出的分层框架实现了一个分层虚拟快照系统(LVSS)。LVSS可以提供多种组合的快照，并同时支持快照的只读和可写功能，解决了快照系统对多应用的支持。在LVSS的实现中，本文还取得了以下两个附加成果：
针对系统中位图元数据的内存空间开销问题，本文提出一个多级位图结构，并实现了所需的元数据换入换出机制和数据映射算法。该多级位图结构可以减少元数据占用的内存空间，而且元数据换入换出机制的开销很小，对系统性能的影响可忽略不计。
针对快照删除时迁移速度过慢的问题，本文基于底层物理设备的特性，提出一个零拷贝数据迁移算法，实现数据的快速迁移。利用零拷贝数据迁移技术，有效减少了物理拷贝的数据量，可以显著提升系统的迁移速度，减轻迁移对系统性能的影响。
最后，本文对LVSS进行两种性能测试。第一种测试将LVSS与现有的LVM系统比较，评测其性能、可扩展性和资源利用率。测试结果表明，同样的快照语义模式下，LVSS的性能优于IVM的性能。在可扩展性上，LVSS的性能不随系统规模的增加而下降，可支持更大的规模。对于资源利用率，LVSS减少了写时拷贝的数据量，可提高系统的资源利用率。所做测试中，LVSS的资源利用率比LVM提升了56％-82％。
第二种测试为针对LVSS系统上的不同应用进行的分析测试。分析结果指出，针对不同应用环境以及不同工作负载的需求，可以选择LVSS的相应组合去为应用提供更高性能的快照，LVSS系统具有良好的适应性。