虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)一般具有以下功能：

　?。?）具有存儲(chǔ)設(shè)備故障確定及自動(dòng)觸發(fā)故障設(shè)備接替功能。

　?。?）具有存儲(chǔ)協(xié)議的自由轉(zhuǎn)換功能，從而能實(shí)現(xiàn)對(duì)不同協(xié)議下的，異構(gòu)的存儲(chǔ)和服務(wù)器環(huán)境的支持；

　　（3）支持SAN存儲(chǔ)配置，能實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)體的集中式管理和存儲(chǔ)容量擴(kuò)充。

　　（4）能通過TCP/IP協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)器的各種遠(yuǎn)程同步操作；

　?。?）可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速緩存、定時(shí)自動(dòng)備份和恢復(fù)等。

　　因此，其在使用時(shí)存儲(chǔ)效率較高，用戶存儲(chǔ)硬件開銷和管理維護(hù)成本可大幅降低，系統(tǒng)安全性得到提升，特別適合具有海量級(jí)信息資源的企業(yè)級(jí)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用。

　　虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)從體系結(jié)構(gòu)上可分為對(duì)稱式和非對(duì)稱式兩種。

　　1 對(duì)稱式結(jié)構(gòu)

　　對(duì)稱式虛擬存儲(chǔ)的控制交換設(shè)備直接存在于服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備之間，用運(yùn)行在虛擬存儲(chǔ)控制設(shè)備中的管理軟件來管理和配置所有的存儲(chǔ)設(shè)備，組成一個(gè)大型的存儲(chǔ)池，其中的若干存儲(chǔ)設(shè)備以一個(gè)邏輯分區(qū)的形式被系統(tǒng)中所有的服務(wù)器訪問。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 對(duì)稱式虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　對(duì)稱式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要有：

　?。?）虛擬存儲(chǔ)控制設(shè)備有多個(gè)數(shù)據(jù)通道與存儲(chǔ)設(shè)備連接，多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備并發(fā)工作，所以系統(tǒng)總的存儲(chǔ)設(shè)備訪問速度可以達(dá)到較高的水平；

　　（2）設(shè)備集中，因此系統(tǒng)的安裝和管理非常簡便；

　?。?）存儲(chǔ)設(shè)備對(duì)主機(jī)是透明的。

　　缺點(diǎn)主要有：

　?。?）所有服務(wù)器對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的訪問都要經(jīng)過控制交換設(shè)備的通道?？刂平粨Q設(shè)備容易成為整個(gè)系統(tǒng)的帶寬瓶頸；

　?。?）數(shù)據(jù)傳輸和控制設(shè)備在整個(gè)系統(tǒng)中是一個(gè)單點(diǎn)失效點(diǎn)，它的故障將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓；

　?。?）系統(tǒng)擴(kuò)展性相對(duì)較差。

　　2 非對(duì)稱式結(jié)構(gòu)

　　非對(duì)稱式虛擬存儲(chǔ)又稱通道外虛擬存儲(chǔ)。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　圖2 非對(duì)稱式虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)

　　非對(duì)稱式結(jié)構(gòu)的虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)主要通過軟件手段實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)控制。其虛擬存儲(chǔ)控制器獨(dú)立于數(shù)據(jù)傳輸通道之外，數(shù)據(jù)和控制信息在傳輸通道上分離。虛擬存儲(chǔ)控制器不直接參與數(shù)據(jù)的傳輸，運(yùn)行在其上的虛擬存儲(chǔ)控制軟件對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理和配置并形成邏輯存儲(chǔ)單元和存儲(chǔ)設(shè)備映射表，任何服務(wù)器在初始化時(shí)，均要通過虛擬存儲(chǔ)控制器獲得存儲(chǔ)設(shè)備的映射表并實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬存儲(chǔ)單元的訪問。

　　非對(duì)稱式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要有:

　?。?）可將不同物理硬盤陣列進(jìn)行邏輯組合以實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)，并可將多個(gè)硬盤陣列控制器端口綁定提高系統(tǒng)的可用帶寬；

　?。?）在交換機(jī)端口數(shù)量足夠的情況下，可在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)安裝冗余備份的兩臺(tái)虛擬存儲(chǔ)設(shè)備；

　　（3）系統(tǒng)配置非常靈活，具有較高的開放性和可擴(kuò)展性；

　?。?）系統(tǒng)的安全性較高，虛擬存儲(chǔ)控制器位于數(shù)據(jù)傳輸通道之外虛擬存儲(chǔ)控制器出現(xiàn)故障，不會(huì)引起存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通道阻塞；

　?。?）由于服務(wù)器通過連接設(shè)備直接訪問存儲(chǔ)設(shè)備，因此存儲(chǔ)虛擬化后不會(huì)帶來任何延遲；

　?。?）存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)于操作系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)都是透明的，因此存儲(chǔ)系統(tǒng)的管理比較方便。

　　缺點(diǎn)主要有：

　?。?）由于虛擬存儲(chǔ)控制器保存有存儲(chǔ)設(shè)備信息映射表，如果虛擬存儲(chǔ)控制器發(fā)生故障，則新加入設(shè)備無法獲得映射表，無法訪問存儲(chǔ)系統(tǒng)；

　?。?）需要FC光纖通道接口卡來實(shí)現(xiàn)與存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)據(jù)讀寫；

　?。?）由于該結(jié)構(gòu)本質(zhì)上屬于磁盤陣列群結(jié)構(gòu)，一旦磁盤陣列群中的某個(gè)磁盤陣列控制器損壞，或者這個(gè)陣列到交換機(jī)路徑失效，都會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的虛擬存儲(chǔ)控制器離線并丟失其數(shù)據(jù)；

　?。?）可用帶寬的提高是通過磁盤陣列端口綁定來實(shí)現(xiàn)的，因此，很難實(shí)現(xiàn)幾百兆以上的可用帶寬；

　　（5）由于不同品牌或型號(hào)的磁盤陣列的性能不完全相同，出于虛擬化的目的將不同品牌或型號(hào)的陣列進(jìn)行綁定，會(huì)產(chǎn)生以下問題：即數(shù)據(jù)寫入或讀出時(shí)各并發(fā)數(shù)據(jù)流的速度不同，原來的數(shù)據(jù)包順序在傳輸完畢后被打亂，系統(tǒng)需要占用時(shí)間和資源去重新進(jìn)行數(shù)據(jù)包排序整理，這會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能。

　　虛擬存儲(chǔ)器是根據(jù)程序的邏輯地址轉(zhuǎn)換來的，也稱線性地址空間。一般每個(gè)進(jìn)程，甚至每個(gè)段都有一個(gè)，以32位為例，則每個(gè)最大可達(dá)4G。

　　而主存目前一般為百M(fèi)。因此程序中所指的存儲(chǔ)單元并不能都放到主存中，也就是并不是每個(gè)程序所用的存儲(chǔ)單元，都有具體的物理的存儲(chǔ)器單元與之對(duì)應(yīng)。

　　但由于程序的兩個(gè)局部性原理，在一個(gè)時(shí)刻，程序只在一個(gè)比較小的范圍內(nèi)運(yùn)行。所以我們把程序可能用到的整個(gè)存儲(chǔ)空間分成一個(gè)個(gè)相同大小的頁(按頁管理硬件上容易實(shí)現(xiàn))，只把其中的一些頁放在主存中，而其它的頁則等需要時(shí)再建，或放在輔存(磁盤)中。同時(shí)建立一個(gè)頁表，對(duì)應(yīng)于每一頁，如果該頁在主存中，則頁表記錄它在主存中的地址；如果不在主存中，則在頁表上作不在主存的標(biāo)記。

　　這樣，當(dāng)程序需要調(diào)用某個(gè)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容時(shí)，先根據(jù)它的線性地址，算出其所在的頁。查頁表，看是不是在主存中？如果在，則直接存取。如果查到頁表上是不在的標(biāo)記，那就是一個(gè)page fault。要把主存中的某一頁(LRU策略)換到磁盤上，把要訪問的那個(gè)單元所在的頁調(diào)入主存，再進(jìn)行存取。

　　就象一個(gè)預(yù)計(jì)有一萬學(xué)生的學(xué)校，理論上每個(gè)學(xué)生都應(yīng)有一個(gè)位子上課(一萬個(gè)虛擬位子)，而學(xué)校只有一千個(gè)(物理)位子。但實(shí)際上，學(xué)校也不會(huì)一萬個(gè)人同時(shí)上課，只要讓上課的同學(xué)有位子(在主存中)，而其它同學(xué)只要留下聯(lián)系方法能找到就好。為了降低管理的復(fù)雜性，我們采用按學(xué)號(hào)分班(頁)管理。每個(gè)班要么一起上課(主存)，要么一起呆在寢室(磁盤)。而在學(xué)校保留一個(gè)動(dòng)態(tài)表(頁表)表明每個(gè)班在哪兒(物理地址)上課，或者沒上課(不在主存)?，F(xiàn)在假設(shè)我們想按學(xué)號(hào)找一個(gè)同學(xué)，而且是女同學(xué)，只能在教室說話，呵呵。那么：

　　先算出來是哪個(gè)班的，查動(dòng)態(tài)表，看該班是否在教室。在，直接按位置找到(hit)；不在(page fault)，要先找個(gè)不上課的班趕回寢室，把要找女生所在的班調(diào)到教室，再按位置找那個(gè)同學(xué)。

　　動(dòng)態(tài)表(頁表)的大?。奖眄?xiàng)數(shù)＊每個(gè)表項(xiàng)所需的位數(shù)。

　　表項(xiàng)數(shù)＝虛擬班數(shù)＝虛擬人數(shù)(虛擬地址空間)/每班人數(shù)(每頁大小)

　　每個(gè)表項(xiàng)的位數(shù)＝Log(教室數(shù))+適當(dāng)控制位數(shù)

　　教室數(shù)＝實(shí)際可以上課的人數(shù)(物理地址空間)/每班人數(shù)(每頁大小)

　　虛擬地址換算：

　　TLB miss：

　　4G(32-bit)的存儲(chǔ)空間，如果按4K分頁，則可分1M頁。每個(gè)頁表項(xiàng)為4B，則一個(gè)頁表大小為4MB。由于頁表太大，只能放在主存中。這樣每次讀內(nèi)存都要讀主存，大大影響讀寫速度。而同樣基于局部性原理，整個(gè)頁表在某一時(shí)刻，所用的也僅僅幾頁而已。所以我們把某段時(shí)間經(jīng)常用的幾個(gè)頁表項(xiàng)，即常用的虛擬頁號(hào)和其對(duì)應(yīng)的物理頁地址，存在Cache中，即TLB。

　　這樣，當(dāng)程序需要調(diào)用某個(gè)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容時(shí)，先根據(jù)它的線性地址，算出其所在的頁。先查TLB(比較虛擬頁號(hào))，如果有相同的虛擬頁號(hào)，則就可以馬上知道其所在的物理地址，根據(jù)物理地址進(jìn)行存取。

　　如果沒有相同的虛擬頁號(hào)，則說明該頁沒有記錄在TLB中，那再去查頁表，按page fault中所說的進(jìn)行。

　　TLB像我們隨身記錄電話的小紙片，當(dāng)要查一個(gè)電話時(shí)，我們先看小紙片。有，我們可以直接打電話。如果沒有，我們?cè)倩丶也樵敿?xì)的電話號(hào)碼簿(頁表)，再打電話。虛擬存儲(chǔ)器是根據(jù)程序的邏輯地址轉(zhuǎn)換來的，也稱線性地址空間。一般每個(gè)進(jìn)程，甚至每個(gè)段都有一個(gè)，以32位為例，則每個(gè)最大可達(dá)4G。

　　而主存目前一般為百M(fèi)。因此程序中所指的存儲(chǔ)單元并不能都放到主存中，也就是并不是每個(gè)程序所用的存儲(chǔ)單元，都有具體的物理的存儲(chǔ)器單元與之對(duì)應(yīng)。

　　但由于程序的兩個(gè)局部性原理，在一個(gè)時(shí)刻，程序只在一個(gè)比較小的范圍內(nèi)運(yùn)行。所以我們把程序可能用到的整個(gè)存儲(chǔ)空間分成一個(gè)個(gè)相同大小的頁(按頁管理硬件上容易實(shí)現(xiàn))，只把其中的一些頁放在主存中，而其它的頁則等需要時(shí)再建，或放在輔存(磁盤)中。同時(shí)建立一個(gè)頁表，對(duì)應(yīng)于每一頁，如果該頁在主存中，則頁表記錄它在主存中的地址；如果不在主存中，則在頁表上作不在主存的標(biāo)記。

　　這樣，當(dāng)程序需要調(diào)用某個(gè)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容時(shí)，先根據(jù)它的線性地址，算出其所在的頁。查頁表，看是不是在主存中？如果在，則直接存取。如果查到頁表上是不在的標(biāo)記，那就是一個(gè)page fault。要把主存中的某一頁(LRU策略)換到磁盤上，把要訪問的那個(gè)單元所在的頁調(diào)入主存，再進(jìn)行存取。

　　就象一個(gè)預(yù)計(jì)有一萬學(xué)生的學(xué)校，理論上每個(gè)學(xué)生都應(yīng)有一個(gè)位子上課(一萬個(gè)虛擬位子)，而學(xué)校只有一千個(gè)(物理)位子。但實(shí)際上，學(xué)校也不會(huì)一萬個(gè)人同時(shí)上課，只要讓上課的同學(xué)有位子(在主存中)，而其它同學(xué)只要留下聯(lián)系方法能找到就好。為了降低管理的復(fù)雜性，我們采用按學(xué)號(hào)分班(頁)管理。每個(gè)班要么一起上課(主存)，要么一起呆在寢室(磁盤)。而在學(xué)校保留一個(gè)動(dòng)態(tài)表(頁表)表明每個(gè)班在哪兒(物理地址)上課，或者沒上課(不在主存)?，F(xiàn)在假設(shè)我們想按學(xué)號(hào)找一個(gè)同學(xué)，而且是女同學(xué)，只能在教室說話，呵呵。那么：

　　先算出來是哪個(gè)班的，查動(dòng)態(tài)表，看該班是否在教室。在，直接按位置找到(hit)；不在(page fault)，要先找個(gè)不上課的班趕回寢室，把要找女生所在的班調(diào)到教室，再按位置找那個(gè)同學(xué)。

　　動(dòng)態(tài)表(頁表)的大?。奖眄?xiàng)數(shù)＊每個(gè)表項(xiàng)所需的位數(shù)。

　　表項(xiàng)數(shù)＝虛擬班數(shù)＝虛擬人數(shù)(虛擬地址空間)/每班人數(shù)(每頁大小)

　　每個(gè)表項(xiàng)的位數(shù)＝Log(教室數(shù))+適當(dāng)控制位數(shù)

　　教室數(shù)＝實(shí)際可以上課的人數(shù)(物理地址空間)/每班人數(shù)(每頁大小)

　　虛擬地址換算：

　　TLB miss：

　　4G(32-bit)的存儲(chǔ)空間，如果按4K分頁，則可分1M頁。每個(gè)頁表項(xiàng)為4B，則一個(gè)頁表大小為4MB。由于頁表太大，只能放在主存中。這樣每次讀內(nèi)存都要讀主存，大大影響讀寫速度。而同樣基于局部性原理，整個(gè)頁表在某一時(shí)刻，所用的也僅僅幾頁而已。所以我們把某段時(shí)間經(jīng)常用的幾個(gè)頁表項(xiàng)，即常用的虛擬頁號(hào)和其對(duì)應(yīng)的物理頁地址，存在Cache中，即TLB。

　　這樣，當(dāng)程序需要調(diào)用某個(gè)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容時(shí)，先根據(jù)它的線性地址，算出其所在的頁。先查TLB(比較虛擬頁號(hào))，如果有相同的虛擬頁號(hào)，則就可以馬上知道其所在的物理地址，根據(jù)物理地址進(jìn)行存取。

　　如果沒有相同的虛擬頁號(hào)，則說明該頁沒有記錄在TLB中，那再去查頁表，按page fault中所說的進(jìn)行。

　　TLB像我們隨身記錄電話的小紙片，當(dāng)要查一個(gè)電話時(shí)，我們先看小紙片。有，我們可以直接打電話。如果沒有，我們?cè)倩丶也樵敿?xì)的電話號(hào)碼簿(頁表)，再打電話。