虚拟存储

在计算机中，采用虚拟存储器的目的是（）。 A.提高主存储器的速度B.扩大外存储器的容量C.扩大内存储器的寻址空间D.提高外存储器的速度正确答案：C

介绍：虚拟内存别称虚拟存储器（Virtual Memory）。电脑中所运行的程序均需经由内存执行，若执行的程序占用内存很大或很多，则会导致内存消耗殆尽。为解决该问题，Windows中运用了虚拟内存技术，即匀出一部分硬盘空间来充当内存使用。当内存耗尽时，电脑就会自动调用硬盘来充当内存，以缓解内存的紧张。若计算机运行程序或操作所需的随机存储器(RAM)不足时，则 Windows 会用虚拟存储器进行补偿。它将计算机的RAM和硬盘上的临时空间组合。当RAM运行速率缓慢时，它便将数据从RAM移动到称为“分页文件”的空间中。将数据移入分页文件可释放RAM，以便完成工作。 一般而言，计算机的RAM容量越大，程序运行得越快。若计算机的速率由于RAM可用空间匮乏而减缓，则可尝试通过增加虚拟内存来进行补偿。但是，计算机从RAM读取数据的速率要比从硬盘读取数据的速率快，因而扩增RAM容量（可加内存条）是最佳选择。虚拟内存是Windows 为作为内存使用的一部分硬盘空间。虚拟内存在硬盘上其实就是为一个硕大无比的文件，文件名是PageFile.Sys，通常状态下是看不到的。必须关闭资源管理器对系统文件的保护功能才能看到这个文件。虚拟内存有时候也被称为是“页面文件”就是从这个文件的文件名中来的。内存在计算机中的作用很大，电脑中所有运行的程序都需要经过内存来执行，如果执行的程序很大或很多，就会导致内存消耗殆尽。为了解决这个问题，WINDOWS运用了虚拟内存技术，即拿出一部分硬盘空间来充当内存使用，这部分空间即称为虚拟内存，虚拟内存在硬盘上的存在形式就是 PAGEFILE.SYS这个页面文件。原理：虚拟存储器是由硬件和操作系统自动实现存储信息调度和管理的。它的工作过程包括6个步骤：①中央处理器访问主存的逻辑地址分解成组号a和组内地址b，并对组号a进行地址变换，即将逻辑组号a作为索引，查地址变换表，以确定该组信息是否存放在主存内。②如该组号已在主存内，则转而执行④；如果该组号不在主存内，则检查主存中是否有空闲区，如果没有，便将某个暂时不用的组调出送往辅存，以便将这组信息调入主存。③从辅存读出所要的组，并送到主存空闲区，然后将那个空闲的物理组号a和逻辑组号a登录在地址变换表中。④从地址变换表读出与逻辑组号a对应的物理组号a。⑤从物理组号a和组内字节地址b得到物理地址。⑥根据物理地址从主存中存取必要的信息。调度方式有分页式、段式、段页式3种。页式调度是将逻辑和物理地址空间都分成固定大小的页。主存按页顺序编号，而每个独立编址的程序空间有自己的页号顺序，通过调度辅存中程序的各页可以离散装入主存中不同的页面位置，并可据表一一对应检索。页式调度的优点是页内零头小，页表对程序员来说是透明的，地址变换快，调入操作简单；缺点是各页不是程序的独立模块，不便于实现程序和数据的保护。段式调度是按程序的逻辑结构划分地址空间，段的长度是随意的，并且允许伸长，它的优点是消除了内存零头，易于实现存储保护，便于程序动态装配；缺点是调入操作复杂。将这两种方法结合起来便构成段页式调度。在段页式调度中把物理空间分成页，程序按模块分段，每个段再分成与物理空间页同样小的页面。段页式调度综合了段式和页式的优点。其缺点是增加了硬件成本，软件也较复杂。大型通用计算机系统多数采用段页式调度。

不是的。虚拟存储器的空间大小取决于计算机的访存能力，并非缓存能力，计算机的缓存能力跟运行速度是有关系的。虚拟存储空间是通过硬件和软件的综合来扩大用户可存储空间。

虚拟存储器的概念 为解决内存小而作业大、作业多的矛盾， 以及执行过程中只是把当前运行需要的那部分程序和数据装入内存。 所以，操作系统把各级存储器统一管理起来。就是说， 应该把一个程序当前正在使用的部分放在内存， 而其余部分放在磁盘上，就启动执行它。操作系统根据程序执行时的要求和内存的实际使用情况， 随机地对每个程序进行换入/换出。 这样， 就给用户提供一个比正式的内存空间大的多的地址空间， 这就是虚拟存储器。所谓虚拟存储器是用户能作为可编址内存对待的存储空间， 在这种计算机系统中虚地址被映射成实地址。简单地说，虚拟存储器：是由操作系统提供的一个假想的特大存储器。就是说， 虚拟存储器并不是实际的内存，它的大小比内存空间大的多； 用户感觉所能使用的“内存”非常大， 但这是操作系统对物理内存的扩充。 它的物质基础是：二级存储器结构、和动态地址转换（DAT)。 机构虚拟存储器的基本特征： 虚拟扩充。 虚拟存储器不是物理上扩充内存空间， 而是逻辑上扩充了内存容量。 部分装入。 每个作业不是全部一次的装入内存， 而是分成若干部分。 离散分配。 一个作业分成多个部分，没有全部装入内存。 即使装入内存的那些部分也不必占用连续的内存空间， 而是“见缝插针”。 多次对换。 在一个进程运行期间， 它所需的全部程序和数就要分成多次调入内存。 注意： 虚拟存储器的容量虽然提供了特大的地址空间， 用户在编程时一般不应考虑可用空间有多大。 但是， 虚拟存储器的容量不是无限大的。 它主要受两方面的限制：（1）机器指令中表示地址的二进制数是有限的；（2）外存的容量也是有限的。

d

虚拟存储器：在具有层次结构存储器的计算机系统中，自动实现部分装入和部分替换功能，能从逻辑上为用户提供一个比物理贮存容量大得多，可寻址的“主存储器”。虚拟存储区的容量与物理主存大小无关，而受限于计算机的地址结构和可用磁盘容量。特点：虚拟内存的作用 内存在计算机中的作用很大，电脑中所有运行的程序都需要经过内存来执行，如果执行的程序很大或很多，就会导致内存消耗殆尽。为了解决这个问题，Windows中运用了虚拟内存技术，即拿出一部分硬盘空间来充当内存使用，当内存占用完时，电脑就会自动调用硬盘来充当内存，以缓解内存的紧张。

调度方式有分页式、段式、段页式3种。页式调度是将逻辑和物理地址空间都分成固定大小的页。主存按页顺序编号，而每个独立编址的程序空间有自己的页号顺序，通过调度辅存中程序的各页可以离散装入主存中不同的页面位置，并可据表一一对应检索。页式调度的优点是页内零头小，页表对程序员来说是透明的，地址变换快，调入操作简单；缺点是各页不是程序的独立模块，不便于实现程序和数据的保护。段式调度是按程序的逻辑结构划分地址空间，段的长度是随意的，并且允许伸长，它的优点是消除了内存零头，易于实现存储保护，便于程序动态装配；缺点是调入操作复杂。将这两种方法结合起来便构成段页式调度。在段页式调度中把物理空间分成页，程序按模块分段，每个段再分成与物理空间页同样小的页面。段页式调度综合了段式和页式的优点。其缺点是增加了硬件成本，软件也较复杂。大型通用计算机系统多数采用段页式调度。

虚拟内存是用硬盘来当作临时内存使用虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。在虚拟存储器系统中，作业无需全部装入，只要装入一部分就可运行。 引入虚拟存储技术之后,可以: 1、提高内存利用率；（如：定义100*100大小的数组，可能只用到10*10个元素） 2、程序不再受现有物理内存空间的限制；编程变得更容易； 3、可以提高多道程序度，使更多的程序能够进入内存

a. 虚拟存储器具有离散性，多次性，对换性和虚拟性的特征； b. 其中最本质的特征是离散性，在此基础上又形成了多次性和对换性，所表现出来的最重要的特征是 ---虚拟性. c. 对于为实现请求分页存储管理方式的系统，除了需要一台具有一定容量的内存及外存的计算机外，还需要有页表机制，缺页中断机构以及地址变换机构； d . 对于为实现请求分段存储管理方式的系统，除了需要一台具有一定容量的内存及外存的计算机外，还需要有段表机制，缺段中断机构以及地址变换机构；

虚拟存储器采用的映像规则是（） A.组相联B.全相联C.组间相联D.伪相联正确答案：B

1） 内存的基本概念 内存（内存储器）是微型计算机主机的组成部分，用来存放当前正在使用的或随时要使用的程序或数据。 CPU可以直接访问内存。 微机以字节为单位线性地组织内存储器，每个存储单元（一个字节）都有一个唯一的编号。24位地址总线可以提供的地址编号为224=16M字节。 内存储器按其工作特点分为：只读存储器ROM（Read-Only Memory）和随机存取存储器RAM（Random Access Memory）。 虚拟存储器的工作原理 虚拟存储器可以分为三类：页式、段式和段页式。本节我们主要学习页式虚拟存储器。 在页式虚拟存储器中通过把主存空间和程序空间都机械等分成固定大小的页（页面大小随机器而定，一般为4KB到4MB），按页顺序编号，用相应的映像表机构来指明该程序的某页是否已经装入主存。若已经装入主存，则应同时指明其在主存中所处的位置；如果未装入主存，则去辅存中调页，并建立起程序空间和实存空间的地址映像关系。这样，程序执行时通过查映像表将程序地址（虚拟地址）变换成实际主存地址（物理地址）再访问主存。 此存储系统具有主存的速度和辅存的容量，提高了存储器系统的性能价格比。CPU直接访问主存，主存与辅存之间的信息交换由操作系统和硬件来完成，这种把辅存看作是主存的一部分，以扩大主存容量的技术，称之为虚拟技术。用虚拟技术设计的存储器，称为虚拟存储器。 这些主存与辅存之间实际存在的操作和辅助软、硬件，对应用程序设计者来讲是透明的。但虚拟存储器对系统程序员来讲基本上是不透明的，只是某些部分（如虚拟地址到主存地址的变换）由于采用硬件实现才是透明的。 虚拟地址----又称逻辑地址，是指访问虚拟空间的地址。由于指令中给出的地址码是按虚存空间来统一编址的，因此指令的地址码实际上是虚拟地址。 物理地址----是指访问主存空间的地址。

a. 虚拟存储器具有离散性，多次性，对换性和虚拟性的特征； b. 其中最本质的特征是离散性，在此基础上又形成了多次性和对换性，所表现出来的最重要的特征是---虚拟性. c. 对于为实现请求分页存储管理方式的系统，除了需要一台具有一定容量的内存及外存的计算机外，还需要有页表机制，缺页中断机构以及地址变换机构； d . 对于为实现请求分段存储管理方式的系统，除了需要一台具有一定容量的内存及外存的计算机外，还需要有段表机制，缺段中断机构以及地址变换机构；

虚拟内存 内存在计算机中的作用很大，电脑中所有运行的程序都需要经过内存来执行，如果执行的程序很大或很多，就会导致内存消耗殆尽。为了解决这个问题，Windows中运用了虚拟内存技术，即拿出一部分硬盘空间来充当内存使用，当内存占用完时，电脑就会自动调用硬盘来充当内存，以缓解内存的紧张。举一个例子来说，如果电脑只有128MB物理内存的话，当读取一个容量为200MB的文件时，就必须要用到比较大的虚拟内存，文件被内存读取之后就会先储存到虚拟内存，等待内存把文件全部储存到虚拟内存之后，跟着就会把虚拟内里储存的文件释放到原来的安装目录里了。下面，就让我们一起来看看如何对虚拟内存进行设置吧。 虚拟内存的设置 对于虚拟内存主要设置两点，即内存大小和分页位置，内存大小就是设置虚拟内存最小为多少和最大为多少；而分页位置则是设置虚拟内存应使用那个分区中的硬盘空间。对于内存大小的设置，如何得到最小值和最大值呢？你可以通过下面的方法获得：选择“开始→程序→附件→系统工具→系统监视器”（如果系统工具中没有，可以通过“添加/删除程序”中的Windows安装程序进行安装）打开系统监视器，然后选择“编辑→添加项目”，在“类型”项中选择“内存管理程序”，在右侧的列表选择“交换文件大小”。这样随着你的操作，会显示出交换文件值的波动情况，你可以把经常要使用到的程序打开，然后对它们进行使用，这时查看一下系统监视器中的表现值，由于用户每次使用电脑时的情况都不尽相同，因此，最好能够通过较长时间对交换文件进行监视来找出最符合您的交换文件的数值，这样才能保证系统性能稳定以及保持在最佳的状态。 找出最合适的范围值后，在设置虚拟内存时，用鼠标右键点击“我的电脑”，选择“属性”，弹出系统属性窗口，选择“性能”标签，点击下面“虚拟内存”按钮，弹出虚拟内存设置窗口，点击“用户自己指定虚拟内存设置”单选按钮，“硬盘”选较大剩余空间的分区，然后在“最小值”和“最大值”文本框中输入合适的范围值。如果您感觉使用系统监视器来获得最大和最小值有些麻烦的话，这里完全可以选择“让Windows管理虚拟内存设置”。 调整分页位置 Windows 9x的虚拟内存分页位置，其实就是保存在C盘根目录下的一个虚拟内存文件（也称为交换文件）Win386.swp，它的存放位置可以是任何一个分区，如果系统盘C容量有限，我们可以把Win386.swp调到别的分区中，方法是在记事本中打开System.ini（C:Windows下）文件，在[386Enh]小节中，将“PagingDrive=C:WindowsWin386.swp”，改为其他分区的路径，如将交换文件放在D:中，则改为“PagingDrive=D:Win386.swp”，如没有上述语句可以直接键入即可。 而对于使用Windows 2000和Windows XP的，可以选择“控制面板→系统→高级→性能”中的“设置→高级→更改”，打开虚拟内存设置窗口，在驱动器[卷标]中默认选择的是系统所在的分区，如果想更改到其他分区中，首先要把原先的分区设置为无分页文件，然后再选择其他分区。 或者，WinXP一般要求物理内存在256M以上。如果你喜欢玩大型3D游戏，而内存（包括显存）又不够大，系统会经常提示说虚拟内存不够，系统会自动调整（虚拟内存设置为系统管理）。 如果你的硬盘空间够大，你也可以自己设置虚拟内存，具体步骤如下：右键单击“我的电脑”→属性→高级→性能 设置→高级→虚拟内存 更改→选择虚拟内存（页面文件）存放的分区→自定义大小→确定最大值和最小值→设置。一般来说，虚拟内存为物理内存的1.5倍，稍大一点也可以，如果你不想虚拟内存频繁改动，可以将最大值和最小值设置为一样。

须知：虚拟内存容量一般设置为物理内存的5-3倍左右才是最合适的，按照1G等于1024MB计算，设置合适的虚拟内存数值。虚拟内存设置的大小，一般来说，初始大小等于内存的容量，如内存为2G，设为2000MB；最大值为内存容量的5倍，3000MB就可以了。虚拟内存别称虚拟存储器（VirtualMemory）。最大容量取决于CPU地址，实际容量取决于内外存之和以及CPU地址。

虚拟存储器的空间大小取决于计算机的访存能力是错误的虚拟内存的大小是由CPU地址长度确定的。虚存的实际容量由CPU的地址长和外存的容量决定，当CPU的地址长度能表示的大小远远大于外存容量时，虚存的实际容量为内存和外存容量之和；当外存容量远大于CPU字长能表示的大小时，虚存的实际容量由CPU字长决定。一般情况下，CPU的地址长度能表示的大小都大于外存容量。虚存容量不是无限的，最大容量受内存和外存可利用的总容量限制，虚存实际容量受计算机总线地址结构限制。

【答案】：D本题考查计算机基础知识。所谓虚拟存储，就是将内存和外存结合起来，形成一个容量较大的虚拟内存，虚拟存储器是由主存和辅存组成。综合分析，本题选D。（其中Cache是高速缓存器、寄存器是CPU内暂存数据和指令的、硬盘是辅存）

采用虚拟存储器的目的是：扩大内存的容量（即寻址空间）。一般而言，计算机的RAM容量越大，程序运行得越快。若计算机的速率由于RAM可用空间匮乏而减缓，则可尝试通过增加虚拟内存来进行补偿。目前，大多数操作系统都使用了虚拟内存，如Windows家族的“虚拟内存”；Linux的“交换空间”等。虚拟内存的作用虚拟内存是Windows 为作为内存使用的一部分硬盘空间。虚拟内存在硬盘上其实就是为一个硕大无比的文件，文件名是PageFile.Sys，通常状态下是看不到的。必须关闭资源管理器对系统文件的保护功能才能看到这个文件。虚拟内存有时候也被称为是“页面文件”就是从这个文件的文件名中来的。内存在计算机中的作用很大，电脑中所有运行的程序都需要经过内存来执行，如果执行的程序很大或很多，就会导致内存消耗殆尽。为了解决这个问题，WINDOWS运用了虚拟内存技术，即拿出一部分硬盘空间来充当内存使用，这部分空间即称为虚拟内存，虚拟内存在硬盘上的存在形式就是 PAGEFILE.SYS这个页面文件。

虚拟存储器最基本的特征是可以将物理内存和磁盘空间结合起来，形成一种统一的地址空间，使得程序能够访问超出物理内存大小的数据和指令。虚拟存储器的实现方式是将程序运行时所需要的一部分数据和指令从磁盘读入物理内存中，然后在程序运行时动态地将数据和指令从物理内存中交换到磁盘中，以保证程序的正常运行。虚拟存储器的基本特征主要是基于两个方面的考虑：一是程序的运行效率，二是物理内存的利用率。一方面，程序的运行效率是虚拟存储器能够实现的重要特征之一。在传统的计算机系统中，内存容量有限，如果程序需要访问的数据和指令超出了物理内存大小，就需要频繁地进行磁盘读写，这样会造成较大的时间开销和性能下降，降低程序的执行效率。而虚拟存储器的出现，能够将磁盘空间与物理内存结合起来，形成一种统一的地址空间，使得程序能够访问超出物理内存大小的数据和指令，从而提高程序的执行效率。另一方面，物理内存的利用率也是虚拟存储器实现的重要特征之一。在传统的计算机系统中，内存容量有限，如果程序需要访问的数据和指令超出了物理内存大小，就需要频繁地进行磁盘读写，这样会占用大量的磁盘空间，降低磁盘的寿命和利用率。虚拟存储器的出现，能够将程序运行时所需要的一部分数据和指令从磁盘读入物理内存中，然后在程序运行时动态地将数据和指令从物理内存中交换到磁盘中，以保证程序的正常运行。这样就能够充分利用物理内存和磁盘空间，提高资源的利用率。综上所述，虚拟存储器最基本的特征是可以将物理内存和磁盘空间结合起来，形成一种统一的地址空间，使得程序能够访问超出物理内存大小的数据和指令。该特征主要是基于程序的运行效率和物理内存的利用率两个方面的考虑。

什么是虚拟存储器？它有什么特点？ 正确答案： 虚拟存储器是计算机的存储区系统中用一部分硬盘空间实现扩展虚拟内存空间的技术,当实际的内存不足时,利用虚拟存储器技术能够使内存不足的问题得到缓解。 在计算机的存储器系统中,虚拟存储器属于主存-外存层次,它由存储器管理硬件和操作系统中存储器管理软件支持,借助于硬盘等辅助存储器,以透明方式向用户提供速度接近主存、容量和成本与辅存差不多的存储器。

采用虚拟存储器的目的是扩大内存的容量（即寻址空间）。把主存与外存统一成一个整体，从整体上看，速度取决于主存，容量取决于外存。虚拟存储器使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存（一个连续完整的地址空间），而实际上，它通常是被分隔成多个物理内存碎片，还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上，在需要时进行数据交换。目前，大多数操作系统都使用了虚拟内存，如Windows家族的“虚拟内存”；Linux的“交换空间”等。电脑中所运行的程序均需经由内存执行，若执行的程序占用内存很大或很多，则会导致内存消耗殆尽。为解决该问题，Windows中运用了虚拟内存技术，即匀出一部分硬盘空间来充当内存使用。当内存耗尽时，电脑就会自动调用硬盘来充当内存，以缓解内存的紧张。若计算机运行程序或操作所需的随机存储器（RAM)不足时，则Windows会用虚拟存储器进行补偿。它将计算机的RAM和硬盘上的临时空间组合。当RAM运行速率缓慢时，它便将数据从RAM移动到称为“分页文件”的空间中。将数据移入分页文件可释放RAM，以便完成工作。一般而言，计算机的RAM容量越大，程序运行得越快。若计算机的速率由于RAM可用空间匮乏而减缓，则可尝试通过增加虚拟内存来进行补偿。但是，计算机从RAM读取数据的速率要比从硬盘读取数据的速率快，因而扩增RAM容量（可加内存条）是最佳选择。

请求调页技术、置换页技术。虚拟存储器具有离散性、多次性、对换性、虚拟性的特点，技术包括请求调页技术、置换页技术。虚拟存储器是指，具有调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存的空间进行扩充的一种存储器。

指将多个不同类型、独立存在的物理存储体，通过软、硬件技术，集成转化为一个逻辑上的虚拟的存储单元，集中管理供用户统一使用。这个虚拟逻辑存储单元的存储容量是它所集中管理的各物理存储体的存储量的总和，而它具有的访问带宽则在一定程度上接近各个物理存储体的访问带宽之和。从虚拟化存储的拓扑结构来讲主要有两种方式：即对称式与非对称式。对称式虚拟存储技术指虚拟存储控制设备与存储软件系统、交换设备集成为一个整体，内嵌在网络数据传输路径中；非对称式虚拟存储技术指虚拟存储控制设备独立于数据传输路径之外。从虚拟化存储的实现原理来讲也有两种方式；即数据块虚拟与虚拟文件系统。扩展资料虚拟存储器地址变换基本上有3种形虚拟存储器工作过程式：全联想变换、直接变换和组联想变换。任何逻辑空间页面能够变换到物理空间任何页面位置的方式称为全联想变换。每个逻辑空间页面只能变换到物理空间一个特定页面的方式称为直接变换。组联想变换是指各组之间是直接变换，而组内各页间则是全联想变换。替换规则用来确定替换主存中哪一部分，以便腾空部分主存，存放来自辅存要调入的那部分内容。常见的替换算法有4种。1、随机算法：用软件或硬件随机数产生器确定替换的页面。2、先进先出：先调入主存的页面先替换。3、近期最少使用算法（LRU，Least Recently Used）：替换最长时间不用的页面。4、最优算法：替换最长时间以后才使用的页面。这是理想化的算法，只能作为衡量其他各种算法优劣的标准。参考资料来源：百度百科-虚拟内存参考资料来源：百度百科-虚拟存储

虚拟存储器是计算机系统内存管理的一种技术。它使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存（一个连续完整的地址空间），而实际上，它通常是被分隔成多个物理内存碎片，还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上，在需要时进行数据交换。特点有以下4点：1.虚拟扩充： 不是物理上而是逻辑上扩充了内存容量。2.部分装入： 每个作业不是全部一次性地装入内存，而是只装入一部分。3.离散分配：不必占用连续的内存空间，而是“见缝插针”。4.多次对换：所需的全部程序和数据要分成多次调入内存。扩展资料：虚拟存储器是由硬件和操作系统自动实现存储信息调度和管理的。它的工作过程包括6个步骤：1.中央处理器访问主存的逻辑地址分解成组号a和组内地址b，并对组号a进行地址变换，即将逻辑组号a作为索引，查地址变换表，以确定该组信息是否存放在主存内。2.如该组号已在主存内，则转而执行④；如果该组号不在主存内，则检查主存中是否有空闲区，如果没有，便将某个暂时不用的组调出送往辅存，以便将这组信息调入主存。3.从辅存读出所要的组，并送到主存空闲区，然后将那个空闲的物理组号a和逻辑组号a登录在地址变换表中。4.从地址变换表读出与逻辑组号a对应的物理组号a。5.从物理组号a和组内字节地址b得到物理地址。6.根据物理地址从主存中存取必要的信息。参考资料来源：百度百科-虚拟存储器

虚拟存储器的基本特征有离散性、多次性、对换性和虚拟性。离散性是其最基本的特征，在离散性的基础上又形成了多次性和对换性两个特征，而虚拟存储器能表现的最重要特征是虚拟性。系统如果想要实现请求分页存储管理，除了要求计算机具备一定内存和外存外，还要求计算机具备页表机制、缺页中断机构以及地址交换机构。如果系统想要实现请求分段存储管理，计算机除要有一定容量的内存和外存外，还要有段表机制，缺段中断机构以和地址变换机构。内存在计算机中的作用很大，电脑中所有运行的程序都需要经过内存来执行，如果执行的程序很大或很多，就会导致内存消耗殆尽。为了解决这个问题，Windows中运用了虚拟内存技术，即拿出一部分硬盘空间来充当内存使用，当内存占用完时，电脑就会自动调用硬盘来充当内存，以缓解内存的紧张。什么是虚拟存储器：虚拟存储器(Virtual Memory)：在具有层次结构存储器的计算机系统中，自动实现部分装入和部分替换功能，能从逻辑上为用户提供一个比物理贮存容量大得多，可寻址的“主存储器”。虚拟存储区的容量与物理主存大小无关，而受限于计算机的地址结构和可用磁盘容量。根据所用的存储器映像算法，虚拟存储器管理方式主要有段式、页式、和段页式三种。

虚拟存储器基本特征是多次性、对换性、虚拟性、离散性。1、虚拟存储器的特征有多次性、对换性、虚拟性、离散性。多次性， 是指一个作业中地程序何数据无需再作业运行时一次性地全部装入内存，可以被分成多次调入内存。2、虚拟存储器的对换性，是指一个作业中地程序和数据，无须在作业运行时一直常驻内存，允许在运行过程中进行换进，换出。3、虚拟存储器的虚拟性，是指能够从逻辑上扩充内存容量，使用户所看到地内存容量远大于实际内存容量。其中最本质的特征是虚拟性。4、虚拟存储器的离散性，是指内存分配时采用离散分配的方式。若采用连续分配方式，需要将作业装入到连续的内存区域，这样需要连续地一次性申请一部分内存空间，无法实现虚拟存储功能，只有采用离散分配方式，才能为它申请内存空间，以避免浪费内存空间。实现虚拟存储器需要的关键技术：1、在分页请求系统中是在分页的基础上，增加了请求调页功能和页面置换功能所形成的页式虚拟存储系统。允许只装入少数页面的程序（及数据），使启动运行。2、在请求分段系统中是在分段系统的基础上，增加了请求调段及分段置换功能后形成的段式虚拟存储系统。允许只装入少数段（而非所有段）的用户程序和数据，即可启动运行。3、实现虚拟存储器除了需要有一定容量的内存和相当容量的外存外，还需要有地址映射机构、缺页中断机构、淘汰算法等。系统拥有足够对换区空问时，可以全部从对换区调入所需页面，提高调页速度。4、在进程运行前将与该进程有关的文件从文件区拷贝到对换区。

　　所谓虚拟存储，就是把内存与外存有机的结合起来使用，从而得到一个容量很大的“内存”，这就称之为虚拟存储。 可以说，存储网络平台的综合性能的优劣，将直接影响到整个系统的正常运行。 　　目前实现虚拟存储技术的方式有： 　　1、在服务器端的虚拟存储。服务器端一般是通过逻辑卷管理来实现虚拟存储技术。逻辑卷管理为从物理存储映射到逻辑上的卷提供了一个虚拟层。服务器只需要处理逻辑卷，而不用管理存储设备的物理参数。 　　2、在存储子系统端的虚拟存储。在存储子系统端的虚拟存储设备主要通过大规模的RAID子系统和多个I/O通道连接到服务器上，智能控制器提供LUN访问控制、缓存和其他如数据复制等的管理功能。 　　3、网络设备端实施虚拟存储。从技术上讲，在网络端实施虚拟存储的结构形式有对称式与非对称式虚拟存储两种。

虚拟存储器的空间大小取决于计算机的访存能力是正确的。虚拟存储器是对主存的逻辑扩展，虚拟存储器的空间大小取决于计算机的访存能力而不是实际外存的大小。虚拟存储（Storage Virtualization）是指将多个不同类型、独立存在的物理存储体，通过软、硬件技术，集成转化为一个逻辑上的虚拟的存储单元，集中管理供用户统一使用。虚拟存储的特点1、虚拟存储提供了一个大容量存储系统集中管理的手段，由网络中的一个环节（如服务器）进行统一管理，避免了由于存储设备扩充所带来的管理方面的麻烦。例如，使用一般存储系统，当增加新的存储设备时。整个系统（包括网络中的诸多用户设备）都需要重新进行繁琐的配置工作，才可以使这个“新成员”加入到存储系统之中。而使用虚拟存储技术，增加新的存储设备时，只需要网络管理员对存储系统进行较为简单的系统配置更改，客户端无需任何操作，感觉上只是存储系统的容量增大了。2、虚拟存储对于视频网络系统最有价值的特点是：可以大大提高存储系统整体访问带宽。存储系统是由多个存储模块组成，而虚拟存储系统可以很好地进行负载平衡，把每一次数据访问所需的带宽合理地分配到各个存储模块上，这样系统的整体访问带宽就增大了。例如，一个存储系统中有4个存储模块，每一个存储模块的访问带宽为50MBps，则这个存储系统的总访问带宽就可以接近各存储模块带宽之和，即200MBps。3、虚拟存储技术为存储资源管理提供了更好的灵活性，可以将不同类型的存储设备集中管理使用，保障了用户以往购买的存储设备的投资。4、虚拟存储技术可以通过管理软件，为网络系统提供一些其它有用功能，如无需服务器的远程镜像、数据快照（Snapshot）等。

采用虚拟存储器的目的是1、采用虚拟存储器的目的是扩大内存的容量。资料扩展：虚拟存储器(VirtualMemory)：在具有层次结构存储器的计算机系统中，自动实现部分装入和部分替换功能，能从逻辑上为用户提供一个比物理贮存容量大得多，可寻址的“主存储器”。2、虚拟存储器：具有部分装入对换功能，能从逻辑上对内存容量进行大幅度扩充，使用方便的一种存储器系统。虚拟存储器的容量与主存大小无关。3、采用虚拟存储器的目的是：扩大内存的容量（即寻址空间）。一般而言，计算机的RAM容量越大，程序运行得越快。若计算机的速率由于RAM可用空间匮乏而减缓，则可尝试通过增加虚拟内存来进行补偿。4、需要时再装入主存。这样就可以有效地利用主存空间。从用户角度看，该系统所具有主存容量将比实际主存容量大得多，人们把这样存储器称为虚拟存储器。因此，虚拟存储器是为了扩大用户所使用主存容量而采用一种设计方法。采用虚拟存储器的主要目的是什么采用虚拟存储器的目的是：扩大内存的容量（即寻址空间）。一般而言，计算机的RAM容量越大，程序运行得越快。若计算机的速率由于RAM可用空间匮乏而减缓，则可尝试通过增加虚拟内存来进行补偿。虚拟内存的作用内存在计算机中的作用很大，电脑中所有运行的程序都需要经过内存来执行，如果执行的程序很大或很多，就会导致内存消耗殆尽。虚拟存储器是以内存与外存为基础的一种技术，由于主存容量的限制，需要在外存中开辟一部分空间作为与主存交换的存储空间，这种交换是由操作系统完成的。虚拟存储器：具有部分装入对换功能，能从逻辑上对内存容量进行大幅度扩充，使用方便的一种存储器系统。虚拟存储器的容量与主存大小无关。对用户来说，好像计算机系统具有一个容量很大的主存储器，称为虚拟存储器。内存，其最小值设置为物理内存的5倍，最大值设置为物理内存的3倍，该分区专门用来存储页面文件，不要再存放其它任何文件。虚拟存储器是为了给用户提供更大的随机存取空间而采用的一种存储技术。它将内存与外存结合使用，好像有一个容量极大的内存储器，工作速度接近于主存，每位成本又与辅存相近，在整机形成多层次存储系统。采用虚拟存储器的主要目的是()。1、采用虚拟存储器的目的是：扩大内存的容量（即寻址空间）。一般而言，计算机的RAM容量越大，程序运行得越快。若计算机的速率由于RAM可用空间匮乏而减缓，则可尝试通过增加虚拟内存来进行补偿。2、虚拟存储器是以内存与外存为基础的一种技术，由于主存容量的限制，需要在外存中开辟一部分空间作为与主存交换的存储空间，这种交换是由操作系统完成的。3、采用虚拟存储器的目的是扩大内存的容量。资料扩展：虚拟存储器(VirtualMemory)：在具有层次结构存储器的计算机系统中，自动实现部分装入和部分替换功能，能从逻辑上为用户提供一个比物理贮存容量大得多，可寻址的“主存储器”。

防止内存消耗殆尽

网络的虚拟存储化技术是当前存储虚拟化的主流技术，它当前在商业上具有较多的成功产品。典型的网络虚拟存储技术主要包括网络附加存储NAS(Network Attached Storage)和存储区域网络SAN(Storage Area Network)。由于这两种系统的体系结构、通信协议、数据管理的方式不同，所以NAS主要应用于以文件共享为基础的虚拟存储系统中，而SAN主要应用在以数据库应用为主的块级别的数据共享领域。存储区域网络SAN是当前网络存储的主流技术。虚拟化存储的实现可以分布在从主机到存储设备之间路径的不同位置上，由此可把基于网络的存储虚拟化细分为基于交换机的虚拟化、基于路由器的虚拟化、基于存储服务器端的虚拟化。

随着围绕数字化、网络化开展的各种多媒体处理业务的不断增加，存储系统网络平台已经成为一个核心平台，同时各种应用对平台的要求也越来越高，不光是在存储容量上，还包括数据访问性能、数据传输性能、数据管理能力、存储扩展能力等等多个方面。可以说，存储网络平台的综合性能的优劣，将直接影响到整个系统的正常运行。 为达到这些要求，一种新兴的技术正越来越受到大家的关注，即虚拟存储技术。 其实虚拟化技术并不是一件很新的技术，它的发展，应该说是随着计算机技术的发展而发展起来的，最早是始于70年代。由于当时的存储容量，特别是内存容量成本非常高、容量也很小，对于大型应用程序或多程序应用就受到了很大的限制。为了克服这样的限制，人们就采用了虚拟存储的技术，最典型的应用就是虚拟内存技术。随着计算机技术以及相关信息处理技术的不断发展，人们对存储的需求越来越大。这样的需求刺激了各种新技术的出现，比如磁盘性能越来越好、容量越来越大。但是在大量的大中型信息处理系统中，单个磁盘是不能满足需要，这样的情况下存储虚拟化技术就发展起来了。在这个发展过程中也由几个阶段和几种应用。首先是磁盘条带集（RAID，可带容错）技术，将多个物理磁盘通过一定的逻辑关系集合起来，成为一个大容量的虚拟磁盘。而随着数据量不断增加和对数据可用性要求的不断提高，又一种新的存储技术应运而生，那就是存储区域网络（SAN）技术。SAN的广域化则旨在将存储设备实现成为一种公用设施，任何人员、任何主机都可以随时随地获取各自想要的数据。目前讨论比较多的包括iSCSI、FC Over IP 等技术，由于一些相关的标准还没有最终确定，但是存储设备公用化、存储网络广域化是一个不可逆转的潮流。 一、虚拟存储的概念 所谓虚拟存储，就是把多个存储介质模块（如硬盘、RAID）通过一定的手段集中管理起来，所有的存储模块在一个存储池（Storage Pool）中得到统一管理，从主机和工作站的角度，看到就不是多个硬盘，而是一个分区或者卷，就好象是一个超大容量（如1T以上）的硬盘。这种可以将多种、多个存储设备统一管理起来，为使用者提供大容量、高数据传输性能的存储系统，就称之为虚拟存储。 二、虚拟存储的分类 目前虚拟存储的发展尚无统一标准，从虚拟化存储的拓扑结构来讲主要有两种方式：即对称式与非对称式。对称式虚拟存储技术是指虚拟存储控制设备与存储软件系统、交换设备集成为一个整体，内嵌在网络数据传输路径中；非对称式虚拟存储技术是指虚拟存储控制设备独立于数据传输路径之外。从虚拟化存储的实现原理来讲也有两种方式；即数据块虚拟与虚拟文件系统。具体如下： 1．对称式虚拟存储 图1对称式虚拟存储解决方案的示意图 在图1所示的对称式虚拟存储结构图中，存储控制设备 High Speed Traffic Directors（HSTD）与存储池子系统Storage Pool集成在一起，组成SAN Appliance。可以看到在该方案中存储控制设备HSTD在主机与存储池数据交换的过程中起到核心作用。该方案的虚拟存储过程是这样的：由HSTD内嵌的存储管理系统将存储池中的物理硬盘虚拟为逻辑存储单元（LUN），并进行端口映射（指定某一个LUN能被哪些端口所见），主机端将各可见的存储单元映射为操作系统可识别的盘符。当主机向SAN Appliance写入数据时，用户只需要将数据写入位置指定为自己映射的盘符（LUN），数据经过HSTD的高速并行端口，先写入高速缓存，HSTD中的存储管理系统自动完成目标位置由LUN到物理硬盘的转换，在此过程中用户见到的只是虚拟逻辑单元，而不关心每个LUN的具体物理组织结构。该方案具有以下主要特点： （1）采用大容量高速缓存，显著提高数据传输速度。 缓存是存储系统中广泛采用的位于主机与存储设备之间的I/O路径上的中间介质。当主机从存储设备中读取数据时，会把与当前数据存储位置相连的数据读到缓存中，并把多次调用的数据保留在缓存中；当主机读数据时，在很大几率上能够从缓存中找到所需要的数据。直接从缓存上读出。而从缓存读取数据时的速度只受到电信号传播速度的影响（等于光速），因此大大高于从硬盘读数据时盘片机械转动的速度。当主机向存储设备写入数据时，先把数据写入缓存中，待主机端写入动作停止，再从缓存中将数据写入硬盘，同样高于直接写入硬盘的速度 （2）多端口并行技术，消除了I/O瓶颈。 传统的FC存储设备中控制端口与逻辑盘之间是固定关系，访问一块硬盘只能通过控制它的控制器端口。在对称式虚拟存储设备中，SAN Appliance的存储端口与LUN的关系是虚拟的，也就是说多台主机可以通过多个存储端口（最多8个）并发访问同一个LUN；在光纤通道100MB/带宽的大前提下，并行工作的端口数量越多，数据带宽就越高。 （3）逻辑存储单元提供了高速的磁盘访问速度。 在视频应用环境中，应用程序读写数据时以固定大小的数据块为单位（从512byte到1MB之间）。而存储系统为了保证应用程序的带宽需求，往往设计为传输512byte以上的数据块大小时才能达到其最佳I/O性能。在传统SAN结构中，当容量需求增大时，唯一的解决办法是多块磁盘（物理或逻辑的）绑定为带区集，实现大容量LUN。在对称式虚拟存储系统中，为主机提供真正的超大容量、高性能LUN，而不是用带区集方式实现的性能较差的逻辑卷。与带区集相比，Power LUN具有很多优势，如大块的I/O block会真正被存储系统所接受，有效提高数据传输速度；并且由于没有带区集的处理过程，主机CPU可以解除很大负担，提高了主机的性能。 （4）成对的HSTD系统的容错性能。 在对称式虚拟存储系统中，HSTD是数据I/O的必经之地，存储池是数据存放地。由于存储池中的数据具有容错机制保障安全，因此用户自然会想到HSTD是否有容错保护。象许多大型存储系统一样，在成熟的对称式虚拟存储系统中，HSTD是成对配制的，每对HSTD之间是通过SAN Appliance内嵌的网络管理服务实现缓存数据一致和相互通信的。 （5）在SAN Appliance之上可方便的连接交换设备，实现超大规模Fabric结构的SAN。 因为系统保持了标准的SAN结构，为系统的扩展和互连提供了技术保障，所以在SAN Appliance之上可方便的连接交换设备，实现超大规模Fabric结构的SAN。 2．非对称式虚拟存储系统 图2非对称式虚拟存储系统示意图 在图2所示的非对称式虚拟存储系统结构图中，网络中的每一台主机和虚拟存储管理设备均连接到磁盘阵列，其中主机的数据路径通过FC交换设备到达磁盘阵列；虚拟存储设备对网络上连接的磁盘阵列进行虚拟化操作，将各存储阵列中的LUN虚拟为逻辑带区集（Strip）,并对网络上的每一台主机指定对每一个Strip的访问权限（可写、可读、禁止访问）。当主机要访问某个Strip时，首先要访问虚拟存储设备，读取Strip信息和访问权限，然后再通过交换设备访问实际的Strip中的数据。在此过程中，主机只会识别到逻辑的Strip，而不会直接识别到物理硬盘。这种方案具有如下特点： （1）将不同物理硬盘阵列中的容量进行逻辑组合，实现虚拟的带区集，将多个阵列控制器端口绑定，在一定程度上提高了系统的可用带宽。 （2）在交换机端口数量足够的情况下，可在一个网络内安装两台虚拟存储设备，实现Strip信息和访问权限的冗余。 但是该方案存在如下一些不足： （1）该方案本质上是带区集——磁盘阵列结构，一旦带区集中的某个磁盘阵列控制器损坏，或者这个阵列到交换机路径上的铜缆、GBIC损坏，都会导致一个虚拟的LUN离线，而带区集本身是没有容错能力的，一个LUN的损坏就意味着整个Strip里面数据的丢失。 （2）由于该方案的带宽提高是通过阵列端口绑定来实现的，而普通光纤通道阵列控制器的有效带宽仅在40MB/S左右，因此要达到几百兆的带宽就意味着要调用十几台阵列，这样就会占用几十个交换机端口，在只有一两台交换机的中小型网络中，这是不可实现的。 （3）由于各种品牌、型号的磁盘阵列其性能不完全相同，如果出于虚拟化的目的将不同品牌、型号的阵列进行绑定，会带来一个问题：即数据写入或读出时各并发数据流的速度不同，这就意味着原来的数据包顺序在传输完毕后被打乱，系统需要占用时间和资源去重新进行数据包排序整理，这会严重影响系统性能。 3．数据块虚拟与虚拟文件系统 以上从拓扑结构角度分析了对称式与非对称式虚拟存储方案的异同，实际从虚拟化存储的实现原理来讲也有两种方式；即数据块虚拟与虚拟文件系统。 数据块虚拟存储方案着重解决数据传输过程中的冲突和延时问题。在多交换机组成的大型Fabric结构的SAN中，由于多台主机通过多个交换机端口访问存储设备，延时和数据块冲突问题非常严重。数据块虚拟存储方案利用虚拟的多端口并行技术，为多台客户机提供了极高的带宽，最大限度上减少了延时与冲突的发生，在实际应用中，数据块虚拟存储方案以对称式拓扑结构为表现形式。 虚拟文件系统存储方案着重解决大规模网络中文件共享的安全机制问题。通过对不同的站点指定不同的访问权限，保证网络文件的安全。在实际应用中，虚拟文件系统存储方案以非对称式拓扑结构为表现形式。 三、虚拟存储技术的实现方式 目前实现虚拟存储主要分为如下几种： 1．在服务器端的虚拟存储 服务器厂商会在服务器端实施虚拟存储。同样，软件厂商也会在服务器平台上实施虚拟存储。这些虚拟存储的实施都是通过服务器端将镜像映射到外围存储设备上，除了分配数据外，对外围存储设备没有任何控制。服务器端一般是通过逻辑卷管理来实现虚拟存储技术。逻辑卷管理为从物理存储映射到逻辑上的卷提供了一个虚拟层。服务器只需要处理逻辑卷，而不用管理存储设备的物理参数。 用这种构建虚拟存储系统，服务器端是一性能瓶颈，因此在多媒体处理领域几乎很少采用。 2．在存储子系统端的虚拟存储 另一种实施虚拟的地方是存储设备本身。这种虚拟存储一般是存储厂商实施的，但是很可能使用厂商独家的存储产品。为避免这种不兼容性，厂商也许会和服务器、软件或网络厂商进行合作。当虚拟存储实施在设备端时，逻辑（虚拟）环境和物理设备同在一个控制范围中，这样做的益处在于：虚拟磁盘高度有效地使用磁盘容量，虚拟磁带高度有效地使用磁带介质。 在存储子系统端的虚拟存储设备主要通过大规模的RAID子系统和多个I/O通道连接到服务器上，智能控制器提供LUN访问控制、缓存和其他如数据复制等的管理功能。这种方式的优点在于存储设备管理员对设备有完全的控制权，而且通过与服务器系统分开，可以将存储的管理与多种服务器操作系统隔离，并且可以很容易地调整硬件参数。 3．网络设备端实施虚拟存储 网络厂商会在网络设备端实施虚拟存储，通过网络将逻辑镜像映射到外围存储设备，除了分配数据外，对外围存储设备没有任何控制。在网络端实施虚拟存储具有其合理性，因为它的实施既不是在服务器端，也不是在存储设备端，而是介于两个环境之间，可能是最“开放”的虚拟实施环境，最有可能支持任何的服务器、操作系统、应用和存储设备。从技术上讲，在网络端实施虚拟存储的结构形式有以下两种：即对称式与非对称式虚拟存储。 从目前的虚拟存储技术和产品的实际情况来看，基于主机和基于存储的方法对于初期的采用者来说魅力最大，因为他们不需要任何附加硬件，但对于异构存储系统和操作系统而言，系统的运行效果并不是很好。基于互联设备的方法处于两者之间，它回避了一些安全性问题，存储虚拟化的功能较强，能减轻单一主机的负载，同时可获得很好的可扩充性。 不管采用何种虚拟存储技术，其目的都使为了提供一个高性能、安全、稳定、可靠、可扩展的存储网络平台，满足节目制作网络系统的苛刻要求。根据综合的性能价格比来说，一般情况下，在基于主机和基于存储设备的虚拟存储技术能够保证系统的数据处理能力要求时，优先考虑，因为这两种虚拟存储技术构架方便、管理简单、维护容易、产品相对成熟、性能价格比高。在单纯的基于存储设备的虚拟存储技术无法保证存储系统性能要求的情况下，我们可以考虑采用基于互连设备的虚拟存储技术。 四、虚拟存储的特点 虚拟存储具有如下特点： （1）虚拟存储提供了一个大容量存储系统集中管理的手段，由网络中的一个环节（如服务器）进行统一管理，避免了由于存储设备扩充所带来的管理方面的麻烦。例如，使用一般存储系统，当增加新的存储设备时，整个系统（包括网络中的诸多用户设备）都需要重新进行繁琐的配置工作，才可以使这个“新成员”加入到存储系统之中。而使用虚拟存储技术，增加新的存储设备时，只需要网络管理员对存储系统进行较为简单的系统配置更改，客户端无需任何操作，感觉上只是存储系统的容量增大了。 （2）虚拟存储对于视频网络系统最有价值的特点是：可以大大提高存储系统整体访问带宽。存储系统是由多个存储模块组成，而虚拟存储系统可以很好地进行负载平衡，把每一次数据访问所需的带宽合理地分配到各个存储模块上，这样系统的整体访问带宽就增大了。例如，一个存储系统中有4个存储模块，每一个存储模块的访问带宽为50MBps，则这个存储系统的总访问带宽就可以接近各存储模块带宽之和，即200MBps。 （3）虚拟存储技术为存储资源管理提供了更好的灵活性，可以将不同类型的存储设备集中管理使用，保障了用户以往购买的存储设备的投资。 （4）虚拟存储技术可以通过管理软件，为网络系统提供一些其它有用功能，如无需服务器的远程镜像、数据快照(Snapshot)等。 五、虚拟存储的应用 由于虚拟存储具有上述特点，虚拟存储技术正逐步成为共享存储管理的主流技术，其应用具体如下： 1．数据镜像 数据镜像就是通过双向同步或单向同步模式在不同的存储设备间建立数据复本。一个合理的解决方案应该能在不依靠设备生产商及操作系统支持的情况下，提供在同一存储阵列及不同存储阵列间制作镜像的方法。 2．数据复制 通过IP地址实现的远距离数据迁移（通常为异步传输）对于不同规模的企业来说，都是一种极为重要的数据灾难恢复工具。好的解决方案不应当依赖特殊的网络设备支持，同时，也不应当依赖主机，以节省企业的管理费用。 3．磁带备份增强设备 过去的几年，在磁带备份技术上鲜有新发展。尽管如此，一个网络存储设备平台亦应能在磁带和磁盘间搭建桥路，以高速、平稳、安全地完成备份工作。 4．实时复本 出于测试、拓展及汇总或一些别的原因，企业经常需要制作数据复本。 5．实时数据恢复 利用磁带来还原数据是数据恢复工作的主要手段，但常常难以成功。数据管理工作其中一个重要的发展新方向是将近期内的备分数据（可以是数星期前的历史数据）转移到磁盘介质，而非磁带介质。用磁盘恢复数据就象闪电般迅速（所有文件能在60秒内恢复），并远比用磁带恢复数据安全可靠。同时，整卷（Volume）数据都能被恢复。 6．应用整合 存储管理发展的又一新方向是，将服务贴近应用。没有一个信息技术领域的管理人员会单纯出于对存储设备的兴趣而去购买它。存储设备是用来服务于应用的，比如数据库，通讯系统等等。通过将存储设备和关键的企业应用行为相整合，能够获取更大的价值，同时，大大减少操作过程中遇到的难题。 7．虚拟存储在数字视频网络中的应用 现在我着重介绍虚拟存储在数字视频网络中的应用。 数字视频网络对广播电视行业来说已经不是一个陌生的概念了，由于它在广播电视技术数字化进程中起到了重要的作用，国内各级电视台对其给予极大的关注，并且开始构造和应用这类系统，在数字视频网的概念中完全打破了以往一台录象机、一个编辑系统、一套播出系统的传统结构，而代之以上载工作站、编辑制作工作站、播出工作站及节目存储工作站的流程，便于操作和管理。节目上载、节目编辑、节目播出在不同功能的工作站上完成，可成倍提高工作效率。同时，由于采用非线性编辑系统，除了采集时的压缩损失外。信号在制作、播出过程中不再有任何损失，节目的技术质量将大大提高。 在现有的视频网络系统中，虽然电脑的主频、网络的传输速率以及交换设备的性能，已经可以满足绝大多数应用的要求，但其中存储设备的访问带宽问题成为了系统的一个主要性能瓶颈。视频编辑、制作具有数据量存储大、码流高、实时性强、安全性重要等特点。这就要求应用于视频领域的存储技术和产品必须具有足够的带宽并且稳定性要好。 在单机应用时，为了保证一台编辑站点有足够的数据带宽，SCSI技术、本地独立磁盘冗余阵例RAID（Redundant Array of Independent Disks）技术（包括软件和硬件）被广泛应用，它通过把若干个SCSI硬盘加上控制器组成一个大容量，快速响应，高可靠性的存储子系统，从用户看可作为一个逻辑盘或者虚拟盘，从而大大提高了数据传输率和存储容量，同时利用纠错技术提高了存储的可靠性，并可满足带宽要求。 随着节目制作需求的发展，要求2—3台站点共享编辑数据。这时可利用SCSI网络技术实现这一要求。几台编辑站点均配置高性能的SCSI适配器，连接至共享的SCSI磁盘阵列，既可以实现几个站点共享数据，又可以保证每一台单机的工作带宽。 光纤通道技术的成熟应用对视频网络的发展具有里程碑的意义，从此主机与共享存储设备之间的连接距离限制从几米、十几米，扩展到几百米、几千米，再配合光纤通道交换设备，网络规模得到几倍、十几倍的扩充。这时候的FC（Fibre Channel光纤通道）磁盘阵列——RAID容错技术、相对SCSI的高带宽、大容量，成为视频网络中的核心存储设备。 随着电视台规模的发展，全台级大规模视频网络的应用被提出。在这种需求下，就必须将更先进的存储技术与产品引入视频领域。存储区域网（SAN）的发展目前正处于全速上升期，各种概念层出不穷。其中具有划时代意义的是虚拟存储概念的提出。相对于传统的交换机加RAID阵列，主机通过硬件层直接访问阵列中的硬盘的SAN结构，虚拟存储的定位是将数据存储功能从实际的、物理的数据存取过程中抽象出来，使普通用户在访问数据时不必关心具体的存储设备的配置参数、物理位置及容量，从而简化用户和系统管理人员的工作难度。 在设计一个视频网络系统的时候，对存储系统的选用，主要考虑如下几个因素：（1）总体带宽性能；（2）可管理性；（3）安全性；（4）可扩展性；（5）系统成本。 当然，这些因素之间有时是相互制约的，特别是系统成本与性能和安全性的关系。如何在这些因素之间寻求合理的、实用的、经济的配合，是一个需要解决的课题。虚拟存储技术的出现，为我们在构建视频网络系统时提供了一个切实可行的高性能价格比的解决方案。 从拓扑结构来讲，对称式的方案具有更高的带宽性能，更好的安全特性，因此比较适合大规模视频网络应用。非对称式方案由于采用了虚拟文件原理，因此更适合普通局域网（如办公网）的应用。

虚拟存储具有如下特点：（1）虚拟存储提供了一个大容量存储系统集中管理的手段，由网络中的一个环节（如服务器）进行统一管理，避免了由于存储设备扩充所带来的管理方面的麻烦。例如，使用一般存储系统，当增加新的存储设备时，整个系统（包括网络中的诸多用户设备）都需要重新进行繁琐的配置工作，才可以使这个“新成员”加入到存储系统之中。而使用虚拟存储技术，增加新的存储设备时，只需要网络管理员对存储系统进行较为简单的系统配置更改，客户端无需任何操作，感觉上只是存储系统的容量增大了。（2）虚拟存储对于视频网络系统最有价值的特点是：可以大大提高存储系统整体访问带宽。存储系统是由多个存储模块组成，而虚拟存储系统可以很好地进行负载平衡，把每一次数据访问所需的带宽合理地分配到各个存储模块上，这样系统的整体访问带宽就增大了。例如，一个存储系统中有4个存储模块，每一个存储模块的访问带宽为50MBps，则这个存储系统的总访问带宽就可以接近各存储模块带宽之和，即200MBps。（3）虚拟存储技术为存储资源管理提供了更好的灵活性，可以将不同类型的存储设备集中管理使用，保障了用户以往购买的存储设备的投资。（4）虚拟存储技术可以通过管理软件，为网络系统提供一些其它有用功能，如无需服务器的远程镜像、数据快照(Snapshot)等。

传统存储管理 特征 时间局部性：如果执行了程序中的某条指令，那么不久后这条指令很有可能再次执行；如果某个数据被访问过，不久之后该数据很可能再次被访问（因为程序中存在大量循环） 空间局部性：一旦程序访问了某个存储单元，在不久之后，其附近的存储单元很有可能被访问（因为很多数据在内存中是连续存放的，并且程序的指令也是顺序地在内存中存放的 寄存器 高速缓存 内存 外存（如磁盘、磁带等） 越往上容量越小，访问速度越快，成本越高 越往下容量越大，访问速度越慢，成本越低 高速缓存技术的思想：将近期会频繁访问到的数据放到更高速的存储器中，暂时用不到的数据放在更低速存储器中 快表机构就是将近期常访问的页表项副本放到更高速的cache中 基于局部性原理，在程序装入时，可以将程序中很快就会用到的部分装入内存，暂时用不到的部分留在外存，就可以让程序开始执行 在程序执行过程中，当所访问的信息不在内存时，由操作系统负责将所需信息从外存调入内存，然后继续执行程序 若内存空间不够，由操作系统将内存中暂时用不到的信息换出到外存 因此，在操作系统的管理下，在用户看来似乎有一个比实际内存大得多的内存，这就是虚拟内存 操作系统虚拟性的一个体现，实际的物理内存大小没有变，只是在逻辑上进行了扩充 虚拟内存的最大容量是由计算机的地址结构（CPU寻址范围）确定的 虚拟内存的实际容量 = min(内存外存容量之和，CPU寻址范围) 虚拟内存有以下三个主要特征 虚拟内存技术，允许一个作业多次调入内存。如果采用连续分配方式，会不方便实现。因此，虚拟内存的实现需要建立在离散分配的内存管理方式基础上 传统的非连续分配存储管理 基本分页存储管理 基本分段存储管理 基本段页式存储管理 虚拟内存的实现 请求分页存储管理 请求分段存储管理 请求段页式存储管理 主要区别：在程序执行过程中，当所访问的信息不在内存时，由操作系统负责将所需信息从外存调入内存，然后继续执行程序。若内存空间不够，由操作系统负责将内存中暂时用不到的信息换出到外存 操作系统要提供请求调页/段功能、页面/段置换功能 请求分页存储管理和基本分页存储管理的主要区别 页表机制 页表项：内存块号、状态位、访问字段、修改位、外存地址，页号时隐含的 内存块号是页面在内存中对应的页框号，如果状态位为0，则内存块号为无 状态位表示是否已被调入内存 访问字段记录最近被访问过几次，或者上次访问时间，由此操作系统能够提供置换算法 修改位记录页面被调入内存后是否被修改过，如果没有，就不需要浪费时间写回外存 外存地址是页面在外存中的存放位置 缺页中断机构 在请求分页系统中，每当要访问的页面不在内存时，便会产生一个缺页中断，然后由操作系统的缺页中断处理程序处理中断（内中断） 此时缺页的进程阻塞，放入阻塞队列，调页完成后再将其唤醒，放回就绪队列 如果内存中有空闲块，则为进程分配一个空闲块，将所缺页面装入该块，并修改页表中相应的页表项 如果内存中没有空闲块，则由页面置换算法选择一个页面淘汰，若该页面在内存期间被修改过，则要将其写回外存，为修改过的页面不用写回外存 一条指令再执行期间可能产生多次缺页中断（copy A to B） 新增的步骤 页面的换入、换出需要磁盘IO，会有较大的开销，因此好的页面置换算法应该追求更少的缺页率 缺页中断≠页面置换 发生缺页中断会发生调页，只有内存块满了才发生页面置换 最佳置换算法OPT：每次淘汰以后永不使用或最长时间内不再被访问的页面 理想化的算法，很难实现 先进先出算法FIFO：每次淘汰最先进入内存的页面 实现：把调入内存的页面根据调入的先后顺序排成队列，页面置换时换出队头页面，新调入的页面排到队尾 优点：实现简单 缺点1：belady异常，为进程分配的物理块数增大时，缺页次数不减反增的异常现象。只有FIFO会产生belady异常。 缺点2：算法与进程实际运行时的规律不适应，因为先调入的页面有可能最经常被访问，因此算法性能差 最近最久未使用置换算法LRU：淘汰最近最久未使用的页面 实现方法：赋予每个页面对应的页表项中，用访问字段记录该页面自上次被访问以来所经历的时间t 优点：性能最接近OPT 缺点：实现困难、开销大 时钟置换算法CLOCK/NRU 简单NRU：为每一个页表项设置一个访问位，再将内存中的页面都通过连接指针连成一个循环队列，当某页被访问时，访问位为1，只需检查页的访问位。如果为0，就将该页换出，否则将其改为0，暂不换出，继续向后扫描，若第一轮扫描都是1，将这也页面的访问位改为0后，进行第二轮扫描，第二轮扫描中一定会有访问位为0的页面，将其换出。因此最多经过两轮扫描 改进NRU：如果淘汰的页面没有被修改过，就不需要执行IO操作，只有淘汰的页面被修改过时，才需要写回外存。因此，同时考虑最近有无访问和有无修改，在其他条件相同时，优先淘汰没有修改过的页面，避免IO操作 第一轮：找到第一个访问位和修改位都为0的页面进行替换，如果没有找到进行下一轮扫描 第二轮：查找第一个访问位为0，修改位为1的页面进行替换，本轮将所有被扫描过的访问位设置为0，如果没有进行下一轮扫描 第三轮：查找0，0替换否则下一轮 第四轮：查找0，1替换 最多会进行四轮扫描 驻留集：请求分页管理中给进程分配的物理块的集合 在采用了虚拟存储技术的系统中，驻留集大小一般小于进程的总大小 驻留集太小，导致缺页频繁，系统要花大量时间处理缺页，实际用于进程推进的时间很少 驻留集太大，会导致多道程序并发度下降，资源利用率降低 固定分配：操作系统为每个进程分配一组固定数目的物理块，在进程运行期间不再改变 可变分配：先为每个进程分配一定数目的物理块，在进程运行期间，可根据情况作适当的增加或减少 局部置换：发生缺页时只能选进程自己的物理地址块进行置换 全局置换：可以将操作系统保留的空闲物理块分配给缺页进程，也可以将别的进程持有的物理块置换到外存，再分配给缺页进程 不存在固定分配全局置换的策略，因为全局置换意味着一个进程拥有的物理块数量必然改变 其他三种组合存在 固定分配局部置换：系统为每个进程分配一定数量的物理块，在整个运行期间都不改变。若进程在运行中发生缺页，并且需要进行页面置换，则只能从该进程在内存中的页面中选出一页换出，然后再调入需要的页面 缺点：很难在刚开始就确定应为每个进程分配多少个物理地址块才算合理（采用这种策略的系统可以根据进程大小、优先级、或是根据程序员给出的参数来确定为一个进程分配的内存块数 可变分配全局置换：刚开始会为进程分配一定数量的物理块。操作系统会保持一个空闲物理块队列，当某进程发生缺页时，从空闲物理块中取出一块分给该进程；若无空闲物理块，则选择一个未锁定的页面换出到外存，再将该物理块分配给缺页的进程。采用这种策略时，只要某进程发生缺页，都将获得新的物理块，仅当空闲物理块用完时，系统才选择一个未锁定的页面调出。被选择调出的页面可能是系统中任何一个进程的页面，因此这个被选中的进程拥有的物理块会减少，缺页率会增加 只要缺页就给该进程分配新的物理块 可变分配局部置换：刚开始会为每个进程分配一定数量的物理块，当某进程发生缺页时，只允许从该进程自己的物理块中选出一个进行页面置换。如果进程在运行过程中频繁缺页，系统会为该进程多分配几个物理块，直至该进程缺页率趋于适当程度；反之，如果缺页率太低，就是当减少分配给该进程的内存块数 要根据发生缺页的频率来动态增加或减少进程的物理块 何时调入页面 从何处调入页面 对换区：读写速度更快，采用连续分配方式 文件区：读写速度更慢，采用离散分配方式 抖动/颠簸现象：刚刚换出的页面马上要换入内存，刚刚换入的页面马上要换出外存，这种频繁的页面调度行为称为抖动/颠簸 主要原因是进程频繁访问的页面数目高于可用的物理块数（分配给进程的物理块不够） 为进程分配物理块太少会使进程发生抖动现象，为进程分配的物理块太多会降低系统的并发度降低某些资源的利用率。因此提出了“工作集”的概念 工作集：在某段时间间隔里，进程实际访问页面的集合 驻留集：请求分页存储管理中给进程分配的内存块的集合 驻留集不能小于工作集，否则进程运行过程中将频繁缺页

从系统的观点看，有三种主要的存储虚拟化方法:基于主机的虚拟存储;基于存储设备的虚拟存储;基于网络的虚拟存储。方法1:基于主机的虚拟存储基于主机的虚拟存储依赖于代理或管理软件，它们安装在一个或多个主机上，实现存储虚拟化的控制和管理。由于控制软件是运行在主机上，这就会占用主机的处理时间。因此，这种方法的可扩充性较差，实际运行的性能不是很好。基于主机的方法也有可能影响到系统的稳定性和安全性，因为有可能导致不经意间越权访问到受保护的数据。这种方法要求在主机上安装适当的控制软件，因此一个主机的故障可能影响整个SAN系统中数据的完整性。软件控制的存储虚拟化还可能由于不同存储厂商软硬件的差异而带来不必要的互操作性开销，所以这种方法的灵活性也比较差。但是，因为不需要任何附加硬件，基于主机的虚拟化方法最容易实现，其设备成本最低。使用这种方法的供应商趋向于成为存储管理领域的软件厂商，而且目前已经有成熟的软件产品。这些软件可以提供便于使用的图形接口，方便地用于SAN的管理和虚拟化，在主机和小型SAN结构中有着良好的负载平衡机制。从这个意义上看，基于主机的存储虚拟化是一种性价比不错的方法。方法2:基于存储设备的虚拟化基于存储设备的存储虚拟化方法依赖于提供相关功能的存储模块。如果没有第三方的虚拟软件，基于存储的虚拟化经常只能提供一种不完全的存储虚拟化解决方案。对于包含多厂商存储设备的SAN存储系统，这种方法的运行效果并不是很好。依赖于存储供应商的功能模块将会在系统中排斥JBODS(Just a Bunch of Disks，简单的硬盘组)和简单存储设备的使用，因为这些设备并没有提供存储虚拟化的功能。当然，利用这种方法意味着最终将锁定某一家单独的存储供应商。基于存储的虚拟化方法也有一些优势:在存储系统中这种方法较容易实现，容易和某个特定存储供应商的设备相协调，所以更容易管理，同时它对用户或管理人员都是透明的。但是，我们必须注意到，因为缺乏足够的软件进行支持，这就使得解决方案更难以客户化(customzing)和监控。方法3:基于网络的虚拟存储基于网络的虚拟化方法是在网络设备之间实现存储虚拟化功能，具体有下面几种方式:1. 基于互联设备的虚拟化基于互联设备的方法如果是对称的，那么控制信息和数据走在同一条通道上;如果是不对称的，控制信息和数据走在不同的路径上。在对称的方式下，互联设备可能成为瓶颈，但是多重设备管理和负载平衡机制可以减缓瓶颈的矛盾。同时，多重设备管理环境中，当一个设备发生故障时，也比较容易支持服务器实现故障接替。但是，这将产生多个SAN孤岛，因为一个设备仅控制与它所连接的存储系统。非对称式虚拟存储比对称式更具有可扩展性，因为数据和控制信息的路径是分离的。基于互联设备的虚拟化方法能够在专用服务器上运行，使用标准操作系统，例如Windows、Sun Solaris、Linux或供应商提供的操作系统。这种方法运行在标准操作系统中，具有基于主机方法的诸多优势--易使用、设备便宜。许多基于设备的虚拟化提供商也提供附加的功能模块来改善系统的整体性能，能够获得比标准操作系统更好的性能和更完善的功能，但需要更高的硬件成本。但是，基于设备的方法也继承了基于主机虚拟化方法的一些缺陷，因为它仍然需要一个运行在主机上的代理软件或基于主机的适配器，任何主机的故障或不适当的主机配置都可能导致访问到不被保护的数据。同时，在异构操作系统间的互操作性仍然是一个问题。3. 基于路由器的虚拟化基于路由器的方法是在路由器固件上实现存储虚拟化功能。供应商通常也提供运行在主机上的附加软件来进一步增强存储管理能力。在此方法中，路由器被放置于每个主机到存储网络的数据通道中，用来截取网络中任何一个从主机到存储系统的命令。由于路由器潜在地为每一台主机服务，大多数控制模块存在于路由器的固件中，相对于基于主机和大多数基于互联设备的方法，这种方法的性能更好、效果更佳。由于不依赖于在每个主机上运行的代理服务器，这种方法比基于主机或基于设备的方法具有更好的安全性。当连接主机到存储网络的路由器出现故障时，仍然可能导致主机上的数据不能被访问。但是只有联结于故障路由器的主机才会受到影响，其他主机仍然可以通过其他路由器访问存储系统。路由器的冗余可以支持动态多路径，这也为上述故障问题提供了一个解决方法。由于路由器经常作为协议转换的桥梁，基于路由器的方法也可以在异构操作系统和多供应商存储环境之间提供互操作性。