虛擬存儲器技術

1. 考題，快：什麼是虛擬存儲器它主要解決什麼問題

擴大存儲容量。

虛擬存儲器即虛擬內存，虛擬內存是計算機系統內存管理的一種技術。針對物理地址的直接映射的許多弊端，計算機的設計中就採取了一個虛擬化設計，就是虛擬內存。CPU通過發出虛擬地址，虛擬地址再通過MMU翻譯成物理地址，最後獲得數據。

(1)虛擬存儲器技術擴展閱讀：

注意事項：

基於主機的虛擬化存儲技術其就是位於第三層的虛擬化存儲技術管理軟體。在現實應用中，這個軟體通常是有操作系統下的邏輯卷管理軟體來實現。

如Windows操作系統下面的自動卷管理軟體。不過從筆者的經驗來看，還是採用操作系統自帶的卷管理軟體為好。在兼容性、性能上面都比較優越，而且還是的。通過這個虛擬層，可以將存儲設備組成邏輯磁碟與邏輯卷。

2. 虛擬存儲器是什麼

虛擬存儲器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），而實際上，它通常是被分隔成多個物理內存碎片，還有部分暫時存儲在外部磁碟存儲器上，在需要時進行數據交換。其效率是系統性能評價的重要內容，它與主存容量、頁面大小、命中率等因素有關。

1、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，從而使計算機進入假死狀態。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。舉一個例子來說，如果電腦只有128MB物理內存的話，當讀取一個容量為200MB的文件時，就必須要用到比較大的虛擬內存，文件被內存讀取之後就會先儲存到虛擬內存，等待內存把文件全部儲存到虛擬內存之後，跟著就會把虛擬內里儲存的文件釋放到原來的安裝目錄里了。下面，就讓我們一起來看看如何對虛擬內存進行設置吧。

2、虛擬內存的設置 對於虛擬內存主要設置兩點，即內存大小和分頁位置，內存大小就是設置虛擬內存最小為多少和最大為多少；而分頁位置則是設置虛擬內存應使用那個分區中的硬碟空間。對於內存大小的設置，如何得到最小值和最大值呢？你可以通過下面的方法獲得：選擇「開始→程序→附件→系統工具→系統監視器」（如果系統工具中沒有，可以通過「添加/刪除程序」中的Windows安裝程序進行安裝）打開系統監視器，然後選擇「編輯→添加項目」，在「類型」項中選擇「內存管理程序」，在右側的列表選擇「交換文件大小」。這樣隨著你的操作，會顯示出交換文件值的波動情況，你可以把經常要使用到的程序打開，然後對它們進行使用，這時查看一下系統監視器中的表現值，由於用戶每次使用電腦時的情況都不盡相同，因此，最好能夠通過較長時間對交換文件進行監視來找出最符合您的交換文件的數值，這樣才能保證系統性能穩定以及保持在最佳的狀態。 找出最合適的范圍值後，在設置虛擬內存時，用滑鼠右鍵點擊「我的電腦」，選擇「屬性」，彈出系統屬性窗口，選擇「性能」標簽，點擊下面「虛擬內存」按鈕，彈出虛擬內存設置窗口，點擊「用戶自己指定虛擬內存設置」單選按鈕，「硬碟」選較大剩餘空間的分區，然後在「最小值」和「最大值」文本框中輸入合適的范圍值。如果您感覺使用系統監視器來獲得最大和最小值有些麻煩的話，這里完全可以選擇「讓Windows管理虛擬內存設置」。 3、調整分頁位置 Windows 9x的虛擬內存分頁位置，其實就是保存在C盤根目錄下的一個虛擬內存文件（也稱為交換文件）Win386.swp，它的存放位置可以是任何一個分區，如果系統盤C容量有限，我們可以把Win386.swp調到別的分區中，方法是在記事本中打開System.ini（C:\\Windows下）文件，在[386Enh]小節中，將「PagingDrive=C:WindowsWin 386.swp」，改為其他分區的路徑，如將交換文件放在D:中，則改為「PagingDrive=D:Win386.swp」，如沒有上述語句可以直接鍵入即可。 而對於使用Windows 2000和Windows XP的，可以選擇「控制面板→系統→高級→性能」中的「設置→高級→更改」，打開虛擬內存設置窗口，在驅動器[卷標]中默認選擇的是系統所在的分區，如果想更改到其他分區中，首先要把原先的分區設置為無分頁文件，然後再選擇其他分區。

如果你的硬碟夠大，那就請你打開」控制面板「中的「系統」，在「性能」選項中打開「虛擬內存」，選擇第二項：用戶自己設定虛擬內存設置，指向一個較少用的硬碟，並把最大值和最小值都設定為一個固定值，大小為物理內存的2倍左右。這樣，虛擬存儲器在使用硬碟時，就不用遷就其忽大忽小的差別，而將固定的空間作為虛擬內存，加快存取速度。虛擬內存的設置最好在「磁碟碎片整理」之後進行，這樣虛擬內存就分不在一個連續的、無碎片文

如果你的硬碟夠大，那就請你打開」控制面板「中的「系統」，在「性能」選項中打開「虛擬內存」，選擇第二項：用戶自己設定虛擬內存設置，指向一個較少用的硬碟，並把最大值和最小值都設定為一個固定值，大小為物理內存的2倍左右。這樣，虛擬存儲器在使用硬碟時，就不用遷就其忽大忽小的差別，而將固定的空間作為虛擬內存，加快存取速度。虛擬內存的設置最好在「磁碟碎片整理」之後進行，這樣虛擬內存就分不在一個連續的、無碎片文件的空間上，可以更好的發揮作用。

虛擬內存使用技巧

對於虛擬內存如何設置的問題，微軟已經給我們提供了官方的解決辦法，對於一般情況下，我們推薦採用如下的設置方法：

(1)在Windows系統所在分區設置頁面文件，文件的大小由你對系統的設置決定。具體設置方法如下：打開"我的電腦"的"屬性"設置窗口，切換到"高級"選項卡，在"啟動和故障恢復"窗口的"寫入調試信息"欄，如果你採用的是"無"，則將頁面文件大小設置為2MB左右，如果採用"核心內存存儲"和"完全內存存儲"，則將頁面文件值設置得大一些，跟物理內存差不多就可以了。

小提示：對於系統分區是否設置頁面文件，這里有一個矛盾：如果設置，則系統有可能會頻繁讀取這部分頁面文件，從而加大系統盤所在磁軌的負荷，但如果不設置，當系統出現藍屏死機(特別是STOP錯誤)的時候，無法創建轉儲文件 (Memory.dmp)，從而無法進行程序調試和錯誤報告了。所以折中的辦法是在系統盤設置較小的頁面文件，只要夠用就行了。

(2)單獨建立一個空白分區，在該分區設置虛擬內存，其最小值設置為物理內存的1.5倍，最大值設置為物理內存的3倍，該分區專門用來存儲頁面文件，不要再存放其它任何文件。之所以單獨劃分一個分區用來設置虛擬內存，主要是基於兩點考慮：其一，由於該分區上沒有其它文件，這樣分區不會產生磁碟碎片，這樣能保證頁面文件的數據讀寫不受磁碟碎片的干擾；其二，按照Windows對內存的管理技術，Windows會優先使用不經常訪問的分區上的

頁面文件，這樣也減少了讀取系統盤里的頁面文件的機會，減輕了系統盤的壓力。

(3)其它硬碟分區不設置任何頁面文件。當然，如果你有多個硬碟，則可以為每個硬碟都創建一個頁面文件。當信息分布在多個頁面文件上時，硬碟控制器可以同時在多個硬碟上執行讀取和寫入操作。這樣系統性能將得到提高。

3. 什麼是虛擬存儲器

虛擬存儲器

virtual memory

為了給用戶提供更大的隨機存取空間而採用的一種存儲技術。它將內存與外存結合使用，好像有一個容量極大的內存儲器，工作速度接近於主存，每位成本又與輔存相近，在整機形成多層次存儲系統。

虛擬存儲器源出於英國ATLAS計算機的一級存儲器概念。這種系統的主存為16千字的磁芯存儲器，但中央處理器可用20位邏輯地址對主存定址。到1970年，美國RCA公司研究成功虛擬存儲器系統。IBM公司於1972年在IBM370系統上全面採用了虛擬存儲技術。虛擬存儲器已成為計算機系統中非常重要的部分。

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。

調度方式有分頁式、段式、段頁式3種。頁式調度是將邏輯和物理地址空間都分成固定大小的頁。主存按頁順序編號，而每個獨立編址的程序空間有自己的頁號順序，通過調度輔存中程序的各頁可以離散裝入主存中不同的頁面位置，並可據表一一對應檢索。頁式調度的優點是頁內零頭小，頁表對程序員來說是透明的，地址變換快，調入操作簡單；缺點是各頁不是程序的獨立模塊，不便於實現程序和數據的保護。段式調度是按程序的邏輯結構劃分地址空間，段的長度是隨意的，並且允許伸長，它的優點是消除了內存零頭，易於實現存儲保護，便於程序動態裝配；缺點是調入操作復雜。將這兩種方法結合起來便構成段頁式調度。在段頁式調度中把物理空間分成頁，程序按模塊分段，每個段再分成與物理空間頁同樣小的頁面。段頁式調度綜合了段式和頁式的優點。其缺點是增加了硬體成本，軟體也較復雜。大型通用計算機系統多數採用段頁式調度。

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：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。

虛擬存儲器的效率是系統性能評價的重要內容，它與主存容量、頁面大小、命中率，程序局部性和替換演算法等因素有關。

4. 虛擬內存的技術介紹

虛擬內存別稱虛擬存儲器（Virtual Memory）。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。它將計算機的RAM和硬碟上的臨時空間組合。當RAM運行速率緩慢時，它便將數據從RAM移動到稱為「分頁文件」的空間中。將數據移入分頁文件可釋放RAM，以便完成工作。 一般而言，計算機的RAM容量越大，程序運行得越快。若計算機的速率由於RAM可用空間匱乏而減緩，則可嘗試通過增加虛擬內存來進行補償。但是，計算機從RAM讀取數據的速率要比從硬碟讀取數據的速率快，因而擴增RAM容量（可加內存條）是最佳選擇。
虛擬內存是Windows 為作為內存使用的一部分硬碟空間。虛擬內存在硬碟上其實就是為一個碩大無比的文件，文件名是PageFile.Sys，通常狀態下是看不到的。必須關閉資源管理器對系統文件的保護功能才能看到這個文件。虛擬內存有時候也被稱為是「頁面文件」就是從這個文件的文件名中來的。
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，這部分空間即稱為虛擬內存，虛擬內存在硬碟上的存在形式就是 PAGEFILE.SYS這個頁面文件。

5. 什麼是虛擬存儲器

虛擬存儲器是指具有請求調入功能和置換功能，能從邏輯上對內存容量加以擴充的一種存儲器系統。

功能：基本分頁 + 「請求調頁」和「頁面置換」功能。

換入和換出基本單位都是長度固定的頁面。請求分頁技術的基本思想是：當一個進程的部分頁面在內存時就可調度它運行；在運行過程中若用到的頁面尚未在內存，則把它們動態換入內存。這樣，就減少了對換時間和所需內存數量，允許增加程序的道數。

請求分頁技術是在簡單分頁技術基礎上發展起來的，兩者根本區別是：請求分頁提供虛擬存儲器，而簡單分頁系統並未提供虛擬存儲器。

(5)虛擬存儲器技術擴展閱讀

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。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。

虛擬存儲器的效率是系統性能評價的重要內容，它與主存容量、頁面大小、命中率，程序局部性和替換演算法等因素有關。

6. 什麼是虛擬存儲器和局部性原理

虛擬存儲器：是指具有請求調入功能和置換功能，能從邏輯上對內存容量進行擴充的一種存儲器系統。在虛擬存儲器系統中，作業無需全部裝入，只要裝入一部分就可運行。
引入虛擬存儲技術之後,可以:
1、提高內存利用率；（如：定義100*100大小的數組，可能只用到10*10個元素）
2、程序不再受現有物理內存空間的限制；編程變得更容易；
3、可以提高多道程序度，使更多的程序能夠進入內存運行。程序局部性原理：虛擬存儲管理的效率與程序局部性程序有很大關系。根據統計，進程運行時，在一段時間內，其程序的執行往往呈現出高度的局限性，包括時間局部性和空間局部性。
1、時間局部性：是指若一條指令被執行，則在不久的將來，它可能再被執行。
2、空間局部性：是指一旦一個存儲單元被訪問，那它附近的單元也將很快被訪問。

7. 電子計算機中的虛擬內存器的作用是什麼

一般來說，任何一個程序都要調入內存才能執行。為了能夠運行更大的程序，為了同時運行多道程序，就需要配置較大的內存，或對已有的機器擴大內存。隨著存儲器晶元集成度的不斷提高和價格的下降，今天PC機的內存容量不但超過了前些年大型機的內存容量，而且還超過了一些小型機的外存容量。例如，當前PC機的內存配置已在百兆數量級上。當然，內存的擴充總歸有限，有沒有可能讓較小的內存運行更大的程序呢？目前廣泛採用的「虛擬存儲技術」可以通過軟體方法，將主存和一部分外存空間構成一個整體，為用戶提供一個比實際物理存儲器大得多的存儲器，這稱之為「虛擬存儲器」。
虛擬存儲器的原理同樣是基於這樣一個現實：即程序的運行在一段時間內不會涉及它的全部指令，而僅僅是局限在一段程序代碼之內。當一個程序需要執行時，只要將其調入虛擬存儲器就可以了，而不必全部調入內存。程序進人虛擬存儲器後，就完全由操作系統進行管理和調度。系統會根據一定的演算法，將實際執行到的那段程序代碼調入物理內存（稱為頁進）。若內存已滿，系統會將目前暫不執行的代碼送回到作為虛擬存儲器的外存區域（稱為頁出），
再將當前要執行的代碼調入內存。這樣，操作系統會通過頁進、頁出，保證要執行的程序段都在內存。而一次頁進就可以解決若干條指令的執行。
虛擬存儲器技術有效地解決了物理存儲器不足的問題。但是，程序執行過程中的頁進、頁出實際上是內外存的交換，而訪問外存的時間比訪問內存要慢得多。也就是說，從用戶的使用角度講，虛擬存儲器如同物理存儲器的作用，但比物理存儲器要慢一些。虛擬存儲器技術實際上是用時間換取了空間。

8. 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。

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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。

9. 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。

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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。