虚拟性在操作系统原理中的应用及意义

虚拟技术是指操作系统中一类有效的资源管理技术，其本质是对资源进行转化、模拟和整合，把一个物理资源转变成逻辑上的多个对应物，创建无须共享的多个独占资源的假象。虚拟技术的主要目标是解决物理资源数量不足的问题。在操作系统中利用两种方法实现虚拟技术，即时分复用技术和空分复用技术。计算机系统中可以被虚拟的物理资源包括处理机、存储器和设备。

1.时分复用技术

时分复用，亦即分时使用方式，它最早用于电信业中。为了提高信道的利用率，人们利用时分复用方式，将一条物理信道虚拟为多条逻辑信道，将每条信道供一对用户通话。在计算机领域中，时分复用是指每个进程获得资源后会占用一段时间，多个进程则分时地共享这类资源。计算机系统广泛利用该技术来实现虚拟处理机、虚拟设备等，以提高资源的利用率。

（1）虚拟处理机技术

在虚拟处理机技术中，利用多道程序设计技术，为每道程序建立一个进程，让多道程序并发地执行，以此来分时使用一台处理机。此时，虽然系统中只有一台处理机，但它却能同时为多个用户服务，使每个终端用户都认为是有一个处理机在专门为他服务。亦即，利用多道程序设计技术，把一台物理上的处理机虚拟为多台逻辑上的处理机，在每台逻辑处理机上运行一道程序。我们把用户所感觉到的处理机称为虚拟处理器。

（2）虚拟设备技术

我们还可以通过虚拟设备技术，将一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑上的I/O设备，并允许每个用户占用一台逻辑上的I/O设备，这样便可使原来仅允许在一段时间内由一个用户访问的设备（临界资源），变为在一段时间内允许多个用户同时访问的共享设备。例如，原来的打印机属于临界资源，而通过虚拟设备技术，可以把它变为多台逻辑上的打印机，供多个用户“同时”打印。

2.空分复用技术(www.xing528.com)

早在20世纪初，电信业中就使用频分复用技术来提高信道的利用率。它是将一个频率范围非常宽的信道，划分成多个频率范围较窄的信道，其中的任何一个频带都只供一对用户通话。早期的频分复用只能将一条物理信道划分为十几条到几十条话路，后来又很快发展成上万条话路，每条话路也只供一对用户通话。之后，在计算机中也使用了空分复用技术来提高存储空间的利用率。

（1）虚拟磁盘技术

通常在一台机器上只配置一台硬盘。我们可以通过虚拟磁盘技术将一台硬盘虚拟为多台虚拟磁盘，这样使用起来既方便又安全。虚拟磁盘技术也是采用了空分复用方式，即它将硬盘划分为若干个卷，例如1、2、3、4四个卷，再通过安装程序将它们分别安装在C、D、E、F四个逻辑驱动器上。这样，机器上便有了四个虚拟磁盘。当用户要访问D盘中的内容时，系统便会访问卷2中的内容。

（2）虚拟存储器技术

在单道程序环境下，处理机会有很多空闲时间，内存也会有很多空闲空间，显然，这会使处理机和内存的效率低下。如果说时分复用技术是利用处理机的空闲时间来运行其他的程序，使处理机的利用率得以提高，那么空分复用则是利用存储器的空闲空间来存放其他的程序，以提高内存的利用率。

但是，单纯的空分复用存储器只能提高内存的利用率，并不能实现在逻辑上扩大存储器容量的功能，必须引入虚拟存储技术才能达到此目的。而虚拟存储技术在本质上就是使内存分时复用。它可以使一道程序通过时分复用方式，在远小于它的内存空间中运行。例如，一个100MB的应用程序可以运行在20MB的内存空间。每次只把用户程序的一部分调入内存运行，这样便实现了用户程序的各个部分分时进入内存运行的功能。

应当着重指出，如果虚拟的实现是通过时分复用的方法来实现的，即对某一物理设备进行分时使用，设N是某物理设备所对应的虚拟的逻辑设备数，则每台虚拟设备的平均速度必然等于或低于物理设备速度的1/N。类似地，如果是利用空分复用方法来实现虚拟，此时一台虚拟设备平均占用的空间必然也等于或低于物理设备所拥有空间的1/N。