云计算已逐渐成为信息技术革命最重要的计算模式之一，它以资源动态分配和按需服务的特点提供海量计算能力，同时又极大地降低了数据中心的成本。伴随云计算的推广和应用，传统应用服务逐步迁移并以服务器聚合的方式运行在云计算平台的虚拟机环境中，应用服务运行时的非功能性属性使用服务质量QoS来描述。常见的云服务QoS包括:安全性、可用性、能耗大小、响应时间、延迟、可扩展性等。调查研究显示云服务的安全性、可用性和性能等处于云服务质量挑战的前三位，研究提高云计算服务质量的相关技术有着重要意义。　　云服务的QoS管理通常映射到云计算IT基础架构层，通过优化底层虚拟化平台来解决。系统虚拟化技术作为云计算底层基础架构的核心技术之一，直接负责管理和分配虚拟化资源给应用服务使用，它对云计算应用的服务质量有着重要影响。系统虚拟化技术支持多个虚拟机同时运行在同一物理平台，不同任务的虚拟机对资源的需求模式不尽相同，通过感知虚拟机的运行时信息有助于资源的合理分配，进而改善应用性能。云服务安全性关系到服务的可用性，云服务客户端的运行环境以及云服务虚拟机热迁移过程易受到恶意程序的干扰，造成信息的泄露和数据不完整性，研究虚拟化层的相关技术可增强云服务的安全性。　　本文以云计算服务质量为立足点，从性能和安全两个角度研究改善云服务质量的系统虚拟化技术，本文工作围绕网络性能、能耗管理、数据安全等问题进行深入研究探索，主要研究工作如下:　　第一、针对虚拟化服务器共存虚拟机之间的网络通信延迟，从处理器资源调度角度给出一种新的解决方案CIVSched调度。研究分析了VMM调度对共存虚拟机间网络通信延迟的重要影响，并给出延迟问题的模型描述，然后改进Xen的处理器调度使其能够感知共存VM之间的网络通信行为，通过优先分配处理器资源给网络通信的目标VM和目标通信进程，以此减少网络通信中等待CPU资源的调度时间，降低网络通信延迟。研究给出CIVSched调度方法的详细设计和核心调度算法描述，同时基于Xen虚拟化平台实现了该调度方法的原型系统，并分别通过模拟的和真实的工作集对该算法的性能进行详细评估。　　第二、研究虚拟化服务器的能耗管理问题，给出一种动态vCPU资源调度的DVRS节能方案。研究分析了虚拟化服务器的能耗问题，并给出问题模型描述，然后针对虚拟机中的任务和CPU资源利用率等信息，按需动态分配处理器资源，同时结合降压降频等节能技术降低物理CPU的能耗。研究基于Xen虚拟化平台实现了DVRS调度原型系统，评估显示该方案能有效降低虚拟化服务器的能耗。同时该方案可集成到现有云平台的虚拟机调度中，实现云数据中心的能耗管理。　　第三、基于虚拟化技术增强传统应用服务运行环境的安全性和可靠性。对安全敏感Web应用服务运行环境面临的威胁进行分析，介绍现有安全防御措施的不足之处，然后基于虚拟化等技术提出一种增强应用服务运行环境安全可靠性的方法，同时该方法具有一定的通用性。本文以网上银行安全敏感应用为例给出该方法的设计模型，并在Xen虚拟化平台上实现了可验证的原型系统，实验评估表明该方法不仅能够有效阻止应用服务被恶意程序入侵，同时能够保证应用服务的网络吞吐量、执行时间等。　　第四、研究虚拟化服务器间的虚拟机安全热迁移问题。研究介绍和分析了云环境虚拟机热迁移四个阶段面临的安全问题，然后针对典型热迁移场景给出一种基于可信计算芯片的安全热迁移协议SecLM，该协议能够提供热迁移双方平台的安全可信认证，迁移密钥的安全协商，以及保护数据传输的安全私密性。本文工作针对该热迁移方案进行了安全分析，并基于TCM可信计算芯片、OpenNebula开源云平台及Xen虚拟化环境构造迁移场景模型，验证该方案的可行性。　　本文从云计算服务质量面临的挑战出发，提出若干基于虚拟化技术的改进方案，并能结合现有的开源云平台实现对云服务质量的有效管理，同时给后续研究工作提供有价值的参考与借鉴。