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虚拟存储体系构造

发布时间: 2022-11-18 13:53:55

㈠ 什么是虚拟存储器,它有什么特点

虚拟存储器:具有层次结构存储器计算机系统自动实现部分装入和部分替换功能能从逻辑上用户提供比物理贮存容量大得多寻址主存储器虚拟存储区容量与物理主存大小无关而受限于计算机地址结构和用磁盘容量
特点:虚拟内存作用 内存计算机作用大电脑所有运行程序都需要经过内存来执行执行程序大或多会导致内存消耗殆尽了解决问题Windows运用了虚拟内存技术即拿出部分硬盘空间来充当内存使用当内存占用完时电脑会自动调用硬盘来充当内存缓解内存紧张。

㈡ 什么是虚拟存储器,作用是什么

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。

作用: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。

㈢ 什么事虚拟存储器.其实现方式有哪些

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。



(3)虚拟存储体系构造扩展阅读

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。

㈣ 构造虚拟储存器必须具备哪些条件

cache存储器、主存和辅存是构成虚拟存储器的重要部分,cache和主存构成了系统的内存,而主存和辅存依靠辅助软硬件的支持构成了虚拟存储器。
一、异构体系

从虚存的概念可以看出,主存-辅存的访问机制与cache-主存的访问机制是类似的。这是由cache存储器、主存和辅存构成的三级存储体系中的两个层次。cache和主存之间以及主存和辅存之间分别有辅助硬件和辅助软硬件负责地址变换与管理,以便各级存储器能够组成有机的三级存储体系。cache和主存构成了系统的内存,而主存和辅存依靠辅助软硬件的支持构成了虚拟存储器。
在三级存储体系中,cache-主存和主存-辅存这两个存储层次有许多相同点:
(1)出发点相同:二者都是为了提高存储系统的性能价格比而构造的分层存储体系,都力图使存储系统的性能接近高速存储器,而价格和容量接近低速存储器。
(2)原理相同:都是利用了程序运行时的局部性原理把最近常用的信息块从相对慢速而大容量的存储器调入相对高速而小容量的存储器。
但cache-主存和主存-辅存这两个存储层次也有许多不同之处:
(1)侧重点不同:cache主要解决主存与CPU的速度差异问题;而就性能价格比的提高而言,虚存主要是解决存储容量问题,另外还包括存储管理、主存分配和存储保护等方面。
(2)数据通路不同:CPU与cache和主存之间均有直接访问通路,cache不命中时可直接访问主存;而虚存所依赖的辅存与CPU之间不存在直接的数据通路,当主存不命中时只能通过调页解决,CPU最终还是要访问主存。
(3)透明性不同:cache的管理完全由硬件完成,对系统程序员和应用程序员均透明;而虚存管理由软件(操作系统)和硬件共同完成,由于软件的介入,虚存对实现存储管理的系统程序员不透明,而只对应用程序员透明(段式和段页式管理对应用程序员"半透明")。
(4)未命中时的损失不同:由于主存的存取时间是cache的存取时间的5~10倍,而主存的存取速度通常比辅存的存取速度快上千倍,故主存未命中时系统的性能损失要远大于cache未命中时的损失。
二、关键问题

(1)调度问题:决定哪些程序和数据应被调入主存。
(2)地址映射问题:在访问主存时把虚地址变为主存物理地址(这一过程称为内地址变换);在访问辅存时把虚地址变成辅存的物理地址(这一过程称为外地址变换),以便换页。此外还要解决主存分配、存储保护与程序再定位等问题。
(3)替换问题:决定哪些程序和数据应被调出主存。
(4)更新问题:确保主存与辅存的一致性。
在操作系统的控制下,硬件和系统软件为用户解决了上述问题,从而使应用程序的编程大大简化。
三、工作原理

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。

㈤ 虚拟存储器技术主要用于解决什么问题简述虚拟存储器的基本工作原理。

虚拟存储器技术主要解决电脑内存不够的问题,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。

工作原理

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。


(5)虚拟存储体系构造扩展阅读:

相关概念

1、实地址与虚地址

用户编制程序时使用的地址称为虚地址或逻辑地址,其对应的存储空间称为虚存空间或逻辑地址空间;而计算机物理内存的访问地址则称为实地址或物理地址,其对应的存储空间称为物理存储空间或主存空间。程序进行虚地址到实地址转换的过程称为程序的再定位。

2、虚拟内存的访问过程

虚存空间的用户程序按照虚地址编程并存放在辅存中。程序运行时,由地址变换机构依据当时分配给该程序的实地址空间把程序的一部分调入实存。

每次访存时,首先判断该虚地址所对应的部分是否在实存中:如果是,则进行地址转换并用实地址访问主存;否则,按照某种算法将辅存中的部分程序调度进内存,再按同样的方法访问主存。

3、异构体系

从虚存的概念可以看出,主存-辅存的访问机制与cache-主存的访问机制是类似的。这是由cache存储器、主存和辅存构成的三级存储体系中的两个层次。cache和主存之间以及主存和辅存之间分别有辅助硬件和辅助软硬件负责地址变换与管理,以便各级存储器能够组成有机的三级存储体系。

㈥ 虚拟存储方式都有哪些

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: 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,显着提高数据传输速度。
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L

㈦ 计算机系统中,虚拟存储体系由什么储器构成

常用的虚拟存储系统由主存-辅存两级存储器组成,其中辅存是大容量的磁表面存储器。

㈧ 云存储的核心技术:虚拟化存储,究竟虚拟是怎样实现的

虚拟化改变了计算机使用存储的方式。就像物理机器抽象成虚拟机(VM:Virtual Machine)一样,物理存储设备也被抽象成虚拟磁盘(Virtual Disk)。今天我们就来聊聊虚拟化存储(Storage Virtualization)技术,究竟虚拟磁盘是怎样实现的?
虚拟磁盘的实现
我们知道,服务器扩展存储的手段主要有直连存储(DAS)、存储区域网络(SAN)和网络附加存储(NAS)这三种类型。那么哪种存储类型可以用来实现虚拟磁盘呢?
在虚拟化环境中,类似VMWare这样的虚拟机管理程序hypervisor,要同时给很多VM分配存储空间。这个过程中,我们需要先把物理存储资源重新划分成虚拟磁盘,然后再分配给VM。
显然我们不能用DAS方式把物理磁盘直连到VM上,如果这样,需要的物理磁盘就太多了。SAN是以逻辑单元(LUN:Logic Unit)的形式提供存储资源,但是虚拟环境中VM的数量是很大的,而且伦的数量不足以支持这么多虚拟磁盘。
更重要的是,虚拟磁盘是为大量VM共享的,由于VM需要随时创建、删除或迁移,所以需要在迁移VM时共享存储空间,只有原始数据不会丢失。DAS还是SAN,都不适合共享存储。

考虑到资源分配以及共享的问题,虚拟机管理程序以NAS的方式实现虚拟磁盘。VMware通常使用VMFS(虚拟机文件系统)或NFS协议实现虚拟磁盘,VMFS文件系统是专门针对虚拟机环境协议。

每一个虚拟机的数据实际上是一堆文件,及最重要的文件的虚拟磁盘文件(VMDK文件),也有交换分区文件(VSWP文件,等价交换),非易失性存储器(NVRAM的文件相当于BIOS),等等。每个VM对虚拟磁盘的IO操作实际上是对虚拟磁盘文件的读写操作。
设计、施工、和虚拟服务器环境和优化,允许多个虚拟机访问集成的集群存储池,从而大大提高了资源的利用率。使用和实现资源共享,管理员可以直接从更高的效率和存储利用率中获益。
那么我们如何在云计算中使用虚拟磁盘呢?
实例存储
最主要的一种使用虚拟磁盘的方式就是实例存储,每个VM都是虚拟机的一个实例,虚拟机管理程序在每个实例中提供一个仿真硬件环境,它包括CPU、内存和磁盘。这样,虚拟磁盘就是虚拟机实例的一部分,就像物质世界。删除VM后,虚拟磁盘也将被删除。
在这个实例存储模型中,虚拟磁盘与虚拟机之间的存储关系,事实上,它是DAS存储。但是虚拟磁盘的底层实现,我们说,它是以NAS的方式实现的。虚拟机管理程序的作用是存储VM层的存储模型,这是从实施协议分离(VMFS或NFS)的虚拟机的低层。

VMFS协议实现了存储资源的虚拟化,再分配各VMs
卷存储
实例存储有它的限制,开发人员通常希望分离实例数据,例如OS和安装的一些服务器应用程序和用户数据,这样重建VM的时候可以保留用户的数据。
这个需求衍生出另外一种存储模型:卷存储。卷是存储的主要单元,相当于虚拟磁盘分区。它不是虚拟机实例的一部分,它可以被认为是虚拟机的外部存储设备。
该卷可以从一个VM卸载,然后附加到另一个VM。通过这种方式,我们实现了实例数据与用户数据的分离。OpenStack的煤渣是一个体积存储的实现。
除了实例存储和卷存储之外,最后我们还提到另一种特殊的虚拟存储:对象存储。
对象存储
很多云应用需要在不同的VM之间共享数据,它常常需要跨越多个数据中心,而对象存储可以解决这个问题。在前一篇文章中的云计算IaaS管理平台的基本功能是什么?》中曾经提到过对象存储。
在对象存储模型中,数据存储在存储段(bucket)中,桶也可以被称为“水桶”,因为它字面意思。我们可以用硬盘来类推,对象像一个文件,而存储段就像一个文件夹(或目录)。可以通过统一资源标识符(URI:统一资源标识符)找到对象和存储段。
对象存储的核心设计思想实际上是虚拟化,它是文件的物理存储位置,如卷、目录、磁盘等,虚拟化是木桶,它将文件虚拟化为对象。对于应用层,简化了对数据访问的访问,屏蔽了底层存储技术的异构性和复杂性。

对象存储模型
NAS与对象存储各有所长
当然你也许会问,NAS存储技术也是一个可以解决数据共享的问题吗?由于对象存储的大小和成本优势,许多云环境使用对象存储而不是NAS。
因为对象存储将跨多个节点传播,最新数据并不总是可用的 因此,对象存储的数据一致性不强。如果有强一致性的要求,然后你可以使用NAS。目前,在云计算环境中,NAS和对象存储是共存的。
和NAS一样,对象存储也是软件体系结构,而不是硬件体系结构。应用程序通过REST API直接访问对象存储。公共对象存储包括:Amazon S3和OpenStack的Swift。
结语
在实际的云平台应用中,我们需要根据自己的实际情况来合理运用不同的虚拟化存储技术。
对于非结构化的静态数据文件,如音视频、图片等,我们一般使用对象存储。
对于系统镜像以及应用程序,我们需要使用云主机实例存储或者卷存储。
对于应用产生的动态数据,我们一般还需要利用云数据库来对数据进行管理。

㈨ 什么是虚拟存储器它的原理是是什么

虚拟内存别称虚拟存储器(Virtual Memory),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)。

工作原理:

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:[3]

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;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。

(9)虚拟存储体系构造扩展阅读:

虚拟内存不只是“用磁盘空间来扩展物理内存”的意思——这只是扩充内存级别以使其包含硬盘驱动器而已。把内存扩展到磁盘只是使用虚拟内存技术的一个结果,它的作用也可以通过覆盖或者把处于不活动状态的程序以及它们的数据全部交换到磁盘上等方式来实现。

对虚拟内存的定义是基于对地址空间的重定义的,即把地址空间定义为“连续的虚拟内存地址”,以借此“欺骗”程序,使它们以为自己正在使用一大块的“连续”地址。

现代所有用于一般应用的操作系统都对普通的应用程序使用虚拟内存技术,例如文字处理软件,电子制表软件,多媒体播放器等等。

老一些的操作系统,如DOS和1980年代的Windows,或者那些1960年代的大型机,一般都没有虚拟内存的功能——但是Atlas,B5000和苹果公司的Lisa都是很值得注意的例外。

那些需要快速访问或者反应时间非常一致的嵌入式系统,和其他的具有特殊应用的计算机系统,可能会为了避免让运算结果的可预测性降低,而选择不使用虚拟内存。

㈩ 虚拟存储器由那两部分组成

虚拟存储器由主存储器和联机工作的外部存储器共同组成.