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虛擬存儲體系構造

發布時間: 2022-11-18 13:53:55

㈠ 什麼是虛擬存儲器,它有什麼特點

虛擬存儲器:具有層次結構存儲器計算機系統自動實現部分裝入和部分替換功能能從邏輯上用戶提供比物理貯存容量大得多定址主存儲器虛擬存儲區容量與物理主存大小無關而受限於計算機地址結構和用磁碟容量
特點:虛擬內存作用 內存計算機作用大電腦所有運行程序都需要經過內存來執行執行程序大或多會導致內存消耗殆盡了解決問題Windows運用了虛擬內存技術即拿出部分硬碟空間來充當內存使用當內存佔用完時電腦會自動調用硬碟來充當內存緩解內存緊張。

㈡ 什麼是虛擬存儲器,作用是什麼

虛擬存儲器:在具有層次結構存儲器的計算機系統中,自動實現部分裝入和部分替換功能,能從邏輯上為用戶提供一個比物理貯存容量大得多,可定址的「主存儲器」。虛擬存儲區的容量與物理主存大小無關,而受限於計算機的地址結構和可用磁碟容量。

作用:虛擬內存的作用 內存在計算機中的作用很大,電腦中所有運行的程序都需要經過內存來執行,如果執行的程序很大或很多,就會導致內存消耗殆盡。為了解決這個問題,Windows中運用了虛擬內存技術,即拿出一部分硬碟空間來充當內存使用,當內存佔用完時,電腦就會自動調用硬碟來充當內存,以緩解內存的緊張。

㈢ 什麼事虛擬存儲器.其實現方式有哪些

指將多個不同類型、獨立存在的物理存儲體,通過軟、硬體技術,集成轉化為一個邏輯上的虛擬的存儲單元,集中管理供用戶統一使用。這個虛擬邏輯存儲單元的存儲容量是它所集中管理的各物理存儲體的存儲量的總和,而它具有的訪問帶寬則在一定程度上接近各個物理存儲體的訪問帶寬之和。

從虛擬化存儲的拓撲結構來講主要有兩種方式:即對稱式與非對稱式。對稱式虛擬存儲技術指虛擬存儲控制設備與存儲軟體系統、交換設備集成為一個整體,內嵌在網路數據傳輸路徑中;非對稱式虛擬存儲技術指虛擬存儲控制設備獨立於數據傳輸路徑之外。從虛擬化存儲的實現原理來講也有兩種方式;即數據塊虛擬與虛擬文件系統。



(3)虛擬存儲體系構造擴展閱讀

虛擬存儲器地址變換基本上有3種形虛擬存儲器工作過程式:全聯想變換、直接變換和組聯想變換。任何邏輯空間頁面能夠變換到物理空間任何頁面位置的方式稱為全聯想變換。每個邏輯空間頁面只能變換到物理空間一個特定頁面的方式稱為直接變換。

組聯想變換是指各組之間是直接變換,而組內各頁間則是全聯想變換。替換規則用來確定替換主存中哪一部分,以便騰空部分主存,存放來自輔存要調入的那部分內容。常見的替換演算法有4種。

1、隨機演算法:用軟體或硬體隨機數產生器確定替換的頁面。

2、先進先出:先調入主存的頁面先替換。

3、近期最少使用演算法(LRU,Least Recently Used):替換最長時間不用的頁面。

4、最優演算法:替換最長時間以後才使用的頁面。這是理想化的演算法,只能作為衡量其他各種演算法優劣的標准。

㈣ 構造虛擬儲存器必須具備哪些條件

cache存儲器、主存和輔存是構成虛擬存儲器的重要部分,cache和主存構成了系統的內存,而主存和輔存依靠輔助軟硬體的支持構成了虛擬存儲器。
一、異構體系

從虛存的概念可以看出,主存-輔存的訪問機制與cache-主存的訪問機制是類似的。這是由cache存儲器、主存和輔存構成的三級存儲體系中的兩個層次。cache和主存之間以及主存和輔存之間分別有輔助硬體和輔助軟硬體負責地址變換與管理,以便各級存儲器能夠組成有機的三級存儲體系。cache和主存構成了系統的內存,而主存和輔存依靠輔助軟硬體的支持構成了虛擬存儲器。
在三級存儲體系中,cache-主存和主存-輔存這兩個存儲層次有許多相同點:
(1)出發點相同:二者都是為了提高存儲系統的性能價格比而構造的分層存儲體系,都力圖使存儲系統的性能接近高速存儲器,而價格和容量接近低速存儲器。
(2)原理相同:都是利用了程序運行時的局部性原理把最近常用的信息塊從相對慢速而大容量的存儲器調入相對高速而小容量的存儲器。
但cache-主存和主存-輔存這兩個存儲層次也有許多不同之處:
(1)側重點不同:cache主要解決主存與CPU的速度差異問題;而就性能價格比的提高而言,虛存主要是解決存儲容量問題,另外還包括存儲管理、主存分配和存儲保護等方面。
(2)數據通路不同:CPU與cache和主存之間均有直接訪問通路,cache不命中時可直接訪問主存;而虛存所依賴的輔存與CPU之間不存在直接的數據通路,當主存不命中時只能通過調頁解決,CPU最終還是要訪問主存。
(3)透明性不同:cache的管理完全由硬體完成,對系統程序員和應用程序員均透明;而虛存管理由軟體(操作系統)和硬體共同完成,由於軟體的介入,虛存對實現存儲管理的系統程序員不透明,而只對應用程序員透明(段式和段頁式管理對應用程序員"半透明")。
(4)未命中時的損失不同:由於主存的存取時間是cache的存取時間的5~10倍,而主存的存取速度通常比輔存的存取速度快上千倍,故主存未命中時系統的性能損失要遠大於cache未命中時的損失。
二、關鍵問題

(1)調度問題:決定哪些程序和數據應被調入主存。
(2)地址映射問題:在訪問主存時把虛地址變為主存物理地址(這一過程稱為內地址變換);在訪問輔存時把虛地址變成輔存的物理地址(這一過程稱為外地址變換),以便換頁。此外還要解決主存分配、存儲保護與程序再定位等問題。
(3)替換問題:決定哪些程序和數據應被調出主存。
(4)更新問題:確保主存與輔存的一致性。
在操作系統的控制下,硬體和系統軟體為用戶解決了上述問題,從而使應用程序的編程大大簡化。
三、工作原理

虛擬存儲器是由硬體和操作系統自動實現存儲信息調度和管理的。它的工作過程包括6個步驟:
①中央處理器訪問主存的邏輯地址分解成組號a和組內地址b,並對組號a進行地址變換,即將邏輯組號a作為索引,查地址變換表,以確定該組信息是否存放在主存內。
②如該組號已在主存內,則轉而執行④;如果該組號不在主存內,則檢查主存中是否有空閑區,如果沒有,便將某個暫時不用的組調出送往輔存,以便將這組信息調入主存。
③從輔存讀出所要的組,並送到主存空閑區,然後將那個空閑的物理組號a和邏輯組號a登錄在地址變換表中。
④從地址變換表讀出與邏輯組號a對應的物理組號a。
⑤從物理組號a和組內位元組地址b得到物理地址。
⑥根據物理地址從主存中存取必要的信息。

㈤ 虛擬存儲器技術主要用於解決什麼問題簡述虛擬存儲器的基本工作原理。

虛擬存儲器技術主要解決電腦內存不夠的問題,電腦中所運行的程序均需經由內存執行,若執行的程序佔用內存很大或很多,則會導致內存消耗殆盡。

為解決該問題,Windows中運用了虛擬內存技術,即勻出一部分硬碟空間來充當內存使用。當內存耗盡時,電腦就會自動調用硬碟來充當內存,以緩解內存的緊張。若計算機運行程序或操作所需的隨機存儲器(RAM)不足時,則 Windows 會用虛擬存儲器進行補償。

工作原理

1、中央處理器訪問主存的邏輯地址分解成組號a和組內地址b,並對組號a進行地址變換,即將邏輯組號a作為索引,查地址變換表,以確定該組信息是否存放在主存內。

2、如該組號已在主存內,則轉而執行④;如果該組號不在主存內,則檢查主存中是否有空閑區,如果沒有,便將某個暫時不用的組調出送往輔存,以便將這組信息調入主存。

3、從輔存讀出所要的組,並送到主存空閑區,然後將那個空閑的物理組號a和邏輯組號a登錄在地址變換表中。

4、從地址變換表讀出與邏輯組號a對應的物理組號a。

5、從物理組號a和組內位元組地址b得到物理地址。

6、根據物理地址從主存中存取必要的信息。


(5)虛擬存儲體系構造擴展閱讀:

相關概念

1、實地址與虛地址

用戶編製程序時使用的地址稱為虛地址或邏輯地址,其對應的存儲空間稱為虛存空間或邏輯地址空間;而計算機物理內存的訪問地址則稱為實地址或物理地址,其對應的存儲空間稱為物理存儲空間或主存空間。程序進行虛地址到實地址轉換的過程稱為程序的再定位。

2、虛擬內存的訪問過程

虛存空間的用戶程序按照虛地址編程並存放在輔存中。程序運行時,由地址變換機構依據當時分配給該程序的實地址空間把程序的一部分調入實存。

每次訪存時,首先判斷該虛地址所對應的部分是否在實存中:如果是,則進行地址轉換並用實地址訪問主存;否則,按照某種演算法將輔存中的部分程序調度進內存,再按同樣的方法訪問主存。

3、異構體系

從虛存的概念可以看出,主存-輔存的訪問機制與cache-主存的訪問機制是類似的。這是由cache存儲器、主存和輔存構成的三級存儲體系中的兩個層次。cache和主存之間以及主存和輔存之間分別有輔助硬體和輔助軟硬體負責地址變換與管理,以便各級存儲器能夠組成有機的三級存儲體系。

㈥ 虛擬存儲方式都有哪些

目前虛擬存儲的發展尚無統一標准,從虛擬化存儲的拓撲結構來講主要有兩種方式:即對稱式與非對稱式。對稱式虛擬存儲技術是指虛擬存儲控制設備與存儲軟體系統、交換設備集成為一個整體,內嵌在網路數據傳輸路徑中;非對稱式虛擬存儲技術是指虛擬存儲控制設備獨立於數據傳輸路徑之外。從虛擬化存儲的實現原理來講也有兩種方式;即數據塊虛擬與虛擬文件系統。具體如下: 圖1對稱式虛擬存儲解決方案的示意圖
在圖1所示的對稱式虛擬存儲結構圖中,存儲控制設備 High Speed Traffic Directors(HSTD)與存儲池子系統Storage Pool集成在一起,組成SAN Appliance。可以看到在該方案中存儲控制設備HSTD在主機與存儲池數據交換的過程中起到核心作用。該方案的虛擬存儲過程是這樣的:由HSTD內嵌的存儲管理系統將存儲池中的物理硬碟虛擬為邏輯存儲單元(LUN),並進行埠映射(指定某一個LUN能被哪些埠所見),主機端將各可見的存儲單元映射為操作系統可識別的盤符。當主機向SAN Appliance寫入數據時,用戶只需要將數據寫入位置指定為自己映射的盤符(LUN),數據經過HSTD的高速並行埠,先寫入高速緩存,HSTD中的存儲管理系統自動完成目標位置由LUN到物理硬碟的轉換,在此過程中用戶見到的只是虛擬邏輯單元,而不關心每個LUN的具體物理組織結構。該方案具有以下主要特點:
(1)採用大容量高速緩存,顯著提高數據傳輸速度。
緩存是存儲系統中廣泛採用的位於主機與存儲設備之間的I/O路徑上的中間介質。當主機從存儲設備中讀取數據時,會把與當前數據存儲位置相連的數據讀到緩存中,並把多次調用的數據保留在緩存中;當主機讀數據時,在很大幾率上能夠從緩存中找到所需要的數據。直接從緩存上讀出。而從緩存讀取數據時的速度只受到電信號傳播速度的影響(等於光速),因此大大高於從硬碟讀數據時碟片機械轉動的速度。當主機向存儲設備寫入數據時,先把數據寫入緩存中,待主機端寫入動作停止,再從緩存中將數據寫入硬碟,同樣高於直接寫入硬碟的速度
(2)多埠並行技術,消除了I/O瓶頸。
傳統的FC存儲設備中控制埠與邏輯盤之間是固定關系,訪問一塊硬碟只能通過控制它的控制器埠。在對稱式虛擬存儲設備中,SAN Appliance的存儲埠與LUN的關系是虛擬的,也就是說多台主機可以通過多個存儲埠(最多8個)並發訪問同一個L

㈦ 計算機系統中,虛擬存儲體系由什麼儲器構成

常用的虛擬存儲系統由主存-輔存兩級存儲器組成,其中輔存是大容量的磁表面存儲器。

㈧ 雲存儲的核心技術:虛擬化存儲,究竟虛擬是怎樣實現的

虛擬化改變了計算機使用存儲的方式。就像物理機器抽象成虛擬機(VM:Virtual Machine)一樣,物理存儲設備也被抽象成虛擬磁碟(Virtual Disk)。今天我們就來聊聊虛擬化存儲(Storage Virtualization)技術,究竟虛擬磁碟是怎樣實現的?
虛擬磁碟的實現
我們知道,伺服器擴展存儲的手段主要有直連存儲(DAS)、存儲區域網路(SAN)和網路附加存儲(NAS)這三種類型。那麼哪種存儲類型可以用來實現虛擬磁碟呢?
在虛擬化環境中,類似VMWare這樣的虛擬機管理程序hypervisor,要同時給很多VM分配存儲空間。這個過程中,我們需要先把物理存儲資源重新劃分成虛擬磁碟,然後再分配給VM。
顯然我們不能用DAS方式把物理磁碟直連到VM上,如果這樣,需要的物理磁碟就太多了。SAN是以邏輯單元(LUN:Logic Unit)的形式提供存儲資源,但是虛擬環境中VM的數量是很大的,而且倫的數量不足以支持這么多虛擬磁碟。
更重要的是,虛擬磁碟是為大量VM共享的,由於VM需要隨時創建、刪除或遷移,所以需要在遷移VM時共享存儲空間,只有原始數據不會丟失。DAS還是SAN,都不適合共享存儲。

考慮到資源分配以及共享的問題,虛擬機管理程序以NAS的方式實現虛擬磁碟。VMware通常使用VMFS(虛擬機文件系統)或NFS協議實現虛擬磁碟,VMFS文件系統是專門針對虛擬機環境協議。

每一個虛擬機的數據實際上是一堆文件,及最重要的文件的虛擬磁碟文件(VMDK文件),也有交換分區文件(VSWP文件,等價交換),非易失性存儲器(NVRAM的文件相當於BIOS),等等。每個VM對虛擬磁碟的IO操作實際上是對虛擬磁碟文件的讀寫操作。
設計、施工、和虛擬伺服器環境和優化,允許多個虛擬機訪問集成的集群存儲池,從而大大提高了資源的利用率。使用和實現資源共享,管理員可以直接從更高的效率和存儲利用率中獲益。
那麼我們如何在雲計算中使用虛擬磁碟呢?
實例存儲
最主要的一種使用虛擬磁碟的方式就是實例存儲,每個VM都是虛擬機的一個實例,虛擬機管理程序在每個實例中提供一個模擬硬體環境,它包括CPU、內存和磁碟。這樣,虛擬磁碟就是虛擬機實例的一部分,就像物質世界。刪除VM後,虛擬磁碟也將被刪除。
在這個實例存儲模型中,虛擬磁碟與虛擬機之間的存儲關系,事實上,它是DAS存儲。但是虛擬磁碟的底層實現,我們說,它是以NAS的方式實現的。虛擬機管理程序的作用是存儲VM層的存儲模型,這是從實施協議分離(VMFS或NFS)的虛擬機的低層。

VMFS協議實現了存儲資源的虛擬化,再分配各VMs
卷存儲
實例存儲有它的限制,開發人員通常希望分離實例數據,例如OS和安裝的一些伺服器應用程序和用戶數據,這樣重建VM的時候可以保留用戶的數據。
這個需求衍生出另外一種存儲模型:卷存儲。卷是存儲的主要單元,相當於虛擬磁碟分區。它不是虛擬機實例的一部分,它可以被認為是虛擬機的外部存儲設備。
該卷可以從一個VM卸載,然後附加到另一個VM。通過這種方式,我們實現了實例數據與用戶數據的分離。OpenStack的煤渣是一個體積存儲的實現。
除了實例存儲和卷存儲之外,最後我們還提到另一種特殊的虛擬存儲:對象存儲。
對象存儲
很多雲應用需要在不同的VM之間共享數據,它常常需要跨越多個數據中心,而對象存儲可以解決這個問題。在前一篇文章中的雲計算IaaS管理平台的基本功能是什麼?》中曾經提到過對象存儲。
在對象存儲模型中,數據存儲在存儲段(bucket)中,桶也可以被稱為「水桶」,因為它字面意思。我們可以用硬碟來類推,對象像一個文件,而存儲段就像一個文件夾(或目錄)。可以通過統一資源標識符(URI:統一資源標識符)找到對象和存儲段。
對象存儲的核心設計思想實際上是虛擬化,它是文件的物理存儲位置,如卷、目錄、磁碟等,虛擬化是木桶,它將文件虛擬化為對象。對於應用層,簡化了對數據訪問的訪問,屏蔽了底層存儲技術的異構性和復雜性。

對象存儲模型
NAS與對象存儲各有所長
當然你也許會問,NAS存儲技術也是一個可以解決數據共享的問題嗎?由於對象存儲的大小和成本優勢,許多雲環境使用對象存儲而不是NAS。
因為對象存儲將跨多個節點傳播,最新數據並不總是可用的 因此,對象存儲的數據一致性不強。如果有強一致性的要求,然後你可以使用NAS。目前,在雲計算環境中,NAS和對象存儲是共存的。
和NAS一樣,對象存儲也是軟體體系結構,而不是硬體體系結構。應用程序通過REST API直接訪問對象存儲。公共對象存儲包括:Amazon S3和OpenStack的Swift。
結語
在實際的雲平台應用中,我們需要根據自己的實際情況來合理運用不同的虛擬化存儲技術。
對於非結構化的靜態數據文件,如音視頻、圖片等,我們一般使用對象存儲。
對於系統鏡像以及應用程序,我們需要使用雲主機實例存儲或者卷存儲。
對於應用產生的動態數據,我們一般還需要利用雲資料庫來對數據進行管理。

㈨ 什麼是虛擬存儲器它的原理是是什麼

虛擬內存別稱虛擬存儲器(Virtual Memory),是計算機系統內存管理的一種技術。它使得應用程序認為它擁有連續的可用的內存(一個連續完整的地址空間)。

工作原理:

虛擬存儲器是由硬體和操作系統自動實現存儲信息調度和管理的。它的工作過程包括6個步驟:[3]

①中央處理器訪問主存的邏輯地址分解成組號a和組內地址b,並對組號a進行地址變換,即將邏輯組號a作為索引,查地址變換表,以確定該組信息是否存放在主存內。

②如該組號已在主存內,則轉而執行;如果該組號不在主存內,則檢查主存中是否有空閑區,如果沒有,便將某個暫時不用的組調出送往輔存,以便將這組信息調入主存。

③從輔存讀出所要的組,並送到主存空閑區,然後將那個空閑的物理組號a和邏輯組號a登錄在地址變換表中。

④從地址變換表讀出與邏輯組號a對應的物理組號a。

⑤從物理組號a和組內位元組地址b得到物理地址。

⑥根據物理地址從主存中存取必要的信息。

(9)虛擬存儲體系構造擴展閱讀:

虛擬內存不只是「用磁碟空間來擴展物理內存」的意思——這只是擴充內存級別以使其包含硬碟驅動器而已。把內存擴展到磁碟只是使用虛擬內存技術的一個結果,它的作用也可以通過覆蓋或者把處於不活動狀態的程序以及它們的數據全部交換到磁碟上等方式來實現。

對虛擬內存的定義是基於對地址空間的重定義的,即把地址空間定義為「連續的虛擬內存地址」,以藉此「欺騙」程序,使它們以為自己正在使用一大塊的「連續」地址。

現代所有用於一般應用的操作系統都對普通的應用程序使用虛擬內存技術,例如文字處理軟體,電子製表軟體,多媒體播放器等等。

老一些的操作系統,如DOS和1980年代的Windows,或者那些1960年代的大型機,一般都沒有虛擬內存的功能——但是Atlas,B5000和蘋果公司的Lisa都是很值得注意的例外。

那些需要快速訪問或者反應時間非常一致的嵌入式系統,和其他的具有特殊應用的計算機系統,可能會為了避免讓運算結果的可預測性降低,而選擇不使用虛擬內存。

㈩ 虛擬存儲器由那兩部分組成

虛擬存儲器由主存儲器和聯機工作的外部存儲器共同組成.