淺析計算機虛擬化儲存管理

吳昊野

摘 要 DRAM是計算機主存主要的構成。主存的儲存容量受到限制，主要是由于技術和成本等原因。還因為各種不同的計算機配置的物理內容內存容量也不相同。而程序設計時，人們顯然也不希望受到特定計算機的物理內存大小的限制。 所以解決這兩個之間的矛盾需要解決一個重要的問題。還有很多系統都支持多道程序的運行。怎樣讓多個程序有效率而安全地共享主程序需要解決的另一個問題。而為了解決這兩個問題。在計算機中采用了虛擬儲存技術，程序員在一個不受物理內存空間限制，并且比物理內存空間大的還要多的虛擬的邏輯地址空間中編寫程序，就好像每個程序都獨立擁有一個巨大的儲存空間一樣。在執行的過程中，把當前正在執行的，一部分程序和相應的數據調入主存，其他暫時不用的部分就暫時放到磁盤上。而這種借用外存為程序提供的很大的虛擬存儲空間稱為虛擬存儲器。

關鍵詞 虛擬化 存儲管理 主存

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A

1指令執行

指令中的邏輯地址通過硬件將轉化為主存的物理地址。在轉換地址過程中，要檢查是否發生訪問信息缺失，地址越界或訪問越權，若發生信息缺失，則由操作系統進行貯存和磁盤之間的信息交換。如果發生了地質越界或訪問越權則由操作系統進行存儲訪問的異常處理。由此看來，虛擬存儲技術既解決了編程空間受限制的問題，也解決了多道程序共享主程帶來的安全等各種問題。虛擬存儲器機制，由硬件與操作系統共同協作實現，涉及到計算機系統許多層面。包括操作系統中的許概念。比如進程，進程的上下文切換，虛擬地址空間，缺頁處理，存儲器管理等。

2存儲器管理

在很多道程序的系統中，主存儲器的用戶，區域需進一步劃分給多個進程。劃分的任務由os動態執行，這被稱為存儲器管理。

在早期的時候，計算機采用單道程序執行方式，系統的組成僅僅只包括操作系統和正在執行的一個用戶程序，所以無需進行存儲器管理，即使有也非常簡單容易操作。在現代的計算機中，多數采用多道程序執行方式，系統的主存中包含，有操作系統和若干用戶程序。如果主存中凈承受很少則當所有進程都需要等待I/Q時，處理器就處在空閑狀態。所以，對主權存和利益合理分配，盡可能讓更多的進程進入主存，可以很方便最大限度地利用處理器資源。然而，分區和分頁是交換技術的的兩種執行方式。

2.1分區方式

系統區固定在一個地址范圍內，存放操作系統，用戶區域用于存放所有用戶程序，這是分區方式的兩大區域。用戶區域的分配由簡單固定分區和可變長分區的兩種方式。固定分區的基本思想為，是用長度不等的固定場分區，當一個進程調入貯存時，分配一個能容納它的最小分區給他。多數情況下進程對分區大小的需求不會和提供的分區一樣大小所以采用固定長度，分區會大大浪費儲存空間。

比簡單固定分區更有效的方式是動態可變長分區，分配的，分區大小與進程所需大小是一樣的。貯存除了操作系統占據的，空間除外，其余空間，把3個進程調入組成，假定從操作系統末端開始裝入，結果在存儲器末端留下一個很小的空缺，因為他很小不能裝入下一個進程。，所以將進程交換，可以讓空間足夠分配給下一其他進程。

2.2分頁方式

分頁方式的基本思想是，把主存分成固定長期也比較小的存儲塊稱為頁框，每個進程也被劃分成固定長的程序快成為夜，程序塊被裝到可用的存儲塊中，并且無需用連續頁框來存放一個進程。如果內存頁框的過程中，對程序員是透明的，因為程序員不需要知道程序運行時，具體會裝到哪個頁框，因而程序已給出的指令和數據的地址，不是真正的貯存物理地址。程序員是在一個虛擬的邏輯地址空間中編寫程序，經常把程序中所用的地址稱為虛擬地址或邏輯地址，而真正訪問的主存地址，被稱為物理地址。在現代操作系統中，采用了“請求分頁”的分頁式虛擬存儲管理方式，所謂請求分頁，就是指將當前需要的頁面裝入主存頁框中，而不需要的頁面則存放在外存中，這是現代計算機常用的虛擬存儲器，存儲管理的基本思想。

3虛擬儲蓄器的實現

要實現虛擬存儲器機制。也必須考慮交換塊的大小問題，映射問題、寫一致性問題等等?？紤]到缺頁代價的巨大和磁盤，訪問第一個數據的開銷，通常將主存和磁盤之間的，交換頁面設定得比較大，比在cache和主存之間交換的主權塊大得多，典型的有4kb和8kb等。 在虛擬存儲器機制中采用全相聯映射。每個虛擬也可以存放到存放到的任何一個空閑位置，因此，虛擬存儲器機制必須要有一種方法來確定，每個進程的各個頁面所存放的對應主存位置或磁盤位置，根據對此問題解決方法的不同。

4總結

計算機技術得到了越來越廣泛的發展，計算機軟件的數據接口技術能夠使得不同的計算機軟件得到很好地鏈接，從而使得用戶的工作變得更加的整體化，因此對于計算機軟件的數據接口進行研究有著重要的意義。本文首先對于計算機軟件數據接口的現狀進行了簡單的分析，然后對于對其進行設計的過程中需要注意的問題進行了說明，最后對于計算機軟件的數據接口的應用進行了分析，希望能夠促進計算機科技的發展。

參考文獻

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