大作业4_用先进先出(FIFO)页面调度算法处理缺页中断

实验四 用先进先出（FIFO ）页面调度算法处理缺页中断1．实验目的深入了解页式存储管理如何实现地址转换；进一步认识页式虚拟存储管理中如何处理缺页中断。

2．实验预备知识页式存储管理中的地址转换的方法；页式虚拟存储的缺页中断处理方法。

3．实验内容编写程序完成页式虚拟存储管理中地址转换过程和模拟缺页中断的处理。

实验具体包括：首先对给定的地址进行地址转换工作，若发生缺页则先进行缺页中断处理，然后再进行地址转换；最后编写主函数对所作工作进程测试。

假定主存64KB ，每个主存块1024字节，作业最大支持到64KB ，系统中每个作业分得主存块4块。

4．提示与讲解页式存储管理中地址转换过程很简单，假定主存块的大小为2n 字节，主存大小为2m'字节和逻辑地址m 位，则进行地址转换时，首先从逻辑地址中的高m-n 位中取得页号，然后根据页号查页表，得到块号，并将块号放入物理地址的高m'-n 位，最后从逻辑地址中取得低n 位放入物理地址的低n 位就得到了物理地址，过程如图1所示。

图1 页式存储管理系统地址转换示意图地址转换是由硬件完成的，实验中使用软件程序模拟地址转换过程，模拟地址转换的流程图如图2所示（实验中假定主存64KB ，每个主存块1024字节，逻辑地址即n=10,m'=16，物理地址中块号6位、块内地址10位；作业最大64KB，即m=16，逻辑地址中页号6位、页内地址10位）。

在页式虚拟存储管理方式中，作业信息作为副本放在磁盘上，作业执行时仅把作业信息的部分页面装入主存储器，作业执行时若访问的页面在主存中，则按上述方式进行地址转换，若访问的页面不在主存中，则产生一个“缺页中断”，由操作系统把当前所需的页面装入主存储器后，再次执行时才可以按上述方法进行地址转换。

页式虚拟存储管理方式中页表除页号和该页对应的主存块号外，至少还要包括存在标志（该页是否在主存），磁盘位置（该页的副本在磁盘上的位置）和修改标志（该页是否修改过）。

第1章一、填空1．计算机由硬件系统和软件系统两个部分组成，它们构成了一个完整的计算机系统。

2．按功能划分，软件可分为系统软件和应用软件两种。

3．操作系统是在裸机上加载的第一层软件，是对计算机硬件系统功能的首次扩充。

4．操作系统的基本功能是处理机（包含作业）管理、存储管理、设备管理和文件管理。

5．在分时和批处理系统结合的操作系统中引入“前台”和“后台”作业的概念，其目的是改善系统功能，提高处理能力。

6．分时系统的主要特征为多路性、交互性、独立性和及时性。

7．实时系统与分时以及批处理系统的主要区别是高及时性和高可靠性。

8．若一个操作系统具有很强的交互性，可同时供多个用户使用，则是分时操作系统。

9．如果一个操作系统在用户提交作业后，不提供交互能力，只追求计算机资源的利用率、大吞吐量和作业流程的自动化，则属于批处理操作系统。

10．采用多道程序设计技术，能充分发挥CPU 和外部设备并行工作的能力。

二、选择1．操作系统是一种B 。

A．通用软件B．系统软件C．应用软件D．软件包2．操作系统是对C 进行管理的软件。

A系统软件B．系统硬件C．计算机资源D．应用程序3．操作系统中采用多道程序设计技术，以提高CPU和外部设备的A 。

A．利用率B．可靠性C．稳定性D．兼容性4．计算机系统中配置操作系统的目的是提高计算机的B 和方便用户使用。

A．速度B．利用率C．灵活性D．兼容性5．C 操作系统允许多个用户在其终端上同时交互地使用计算机。

A．批处理B．实时C．分时D．多道批处理6．如果分时系统的时间片一定，那么D ，响应时间越长。

A．用户数越少B．内存越少C．内存越多D．用户数越多三、问答1．什么是“多道程序设计”技术？它对操作系统的形成起到什么作用？答：所谓“多道程序设计”技术，即是通过软件的手段，允许在计算机内存中同时存放几道相互独立的作业程序，让它们对系统中的资源进行“共享”和“竞争”，以使系统中的各种资源尽可能地满负荷工作，从而提高整个计算机系统的使用效率。

操作系统第二次作业一、选择题1.虚拟存储器的容量是由计算机的地址结构决定的，若CPU有32位地址，则它的虚拟地址空间为【A】。

A．4G B．2G C．64K D．100K2.在请求分页存储管理方案中，若某用户空间为3个页面，页长1KB，现有页表如下，则逻辑地址1800。

A．1052 B．3124 C．1076 D．58963.【 A】用于管理各种不同的真实文件系统，是真实文件系统与服务之间的接口。

A.VFSB.Ext2C. vfatD.JFS4.用磁带作为文件存贮介质时，文件只能组织成【 A】A.顺序文件B.链接文件C.索引文件D.目录文件5.按数据组织分类，【 B】是以字节为单位直接读写的设备。

A．块设备B．字符设备C．网络设备 D．虚拟设备6.在现代操作系统中采用缓冲技术的主要目的是【 C】。

A．改善用户编程环境 B.提高CPU的处理速度C．提高CPU和设备之间的并行程度 D.实现与设备无关性7.【 D】是将大量计算机通过网络连接在一起，以获得极高的运算能力和数据共享的系统。

A. 实时系统B.分时系统C. 网络系统D.分布系统式8.若一个文件的访问控制权限值为0754，请问同组用户对该文件具有【 C】权限。

A. 可读B.可读可写C. 可读可执行D.没有权限9.操作系统的安全问题中【 D】是绕过安全性控制、获取对程序或系统访问权的程序方法。

A．木马B．病毒C．蠕虫D．后门10.虚拟存储器的最大容量是由【B】决定的。

A．页表长度B．计算机系统的地址结构和外存空间C．内存空间D．逻辑空间11.在请求分页存储管理方案中，若某用户空间为3个页面，页长1KB，现有页表如下，则逻辑地址2100。

A．1052 B．3124 C．1076 D．529612.下面的【 B】不是文件的物理存储结构。

A. 索引文件B.记录式文件C. 顺序文件D.链接文件13.从用户的角度看，引入文件系统的主要目的是【C】。

A. 实现虚拟存储B.保存文件系统C. 实现对文件的按名存取D.保存用户和系统的文档14.使用SPOOLing系统的目的是为了提高【D】的使用效率。

“计算机操作系统”课程设计大作业页面置换算法模拟实验(含完整资料，可直接提交)一、题目: 页面置换算法模拟实验二、目的分别采用最佳(Optimal)置换算法、先进先出(FIFO)页面置换算法和最近最少使用(LRU)置换算法对用户输入的页面号请求序列进行淘汰和置换，从而加深对页面置换算法的理解。

三、内容和要求请用C/C++语言编一个页面置换算法模拟程序。

用户通过键盘输入分配的物理内存总块数，再输入用户逻辑页面号请求序列，然后分别采用最佳(Optimal)置换算法、先进先出(FIFO)页面置换算法和最近最少使用(LRU)置换算法三种算法对页面请求序列进行转换，最后按照课本P150页图4-26的置换图格式输出每次页面请求后各物理块内存放的虚页号，并算出总的缺页率（缺页次数/总的请求次数）。

最后三种页面置换算法的优缺点。

三种页面置换算法的思想可参考教材P149-P152页。

假设页面号请求序列为4、3、2、1、4、3、5、4、3、2、1、5，当分配给某进程的物理块数分别为3块和4块时，试用自己编写的模拟程序进行页面转换并输出置换图和缺页次数、缺页率。

四、提交内容本大作业每个人必须单独完成。

最后需提交的内容包括：源程序（关键代码需要注释说明）、可运行程序、运行结果、算法思路及流程图、心得体会。

大作业严禁抄袭。

发现抄袭一律以不及格论。

请大家严格按照大作业题目来编写程序，不要上交以前布置的大作业。

如果提交的大作业题目与本文档要求不符，成绩一律为及格。

目录摘要 (2)正文 (2)1、设计思路 (3)2、各模块的伪码算法 (6)3、函数的调用关系图 (8)4、测试 (13)设计总结 (15)参考文献 (16)致谢 (17)附录：部分源程序代码 (18)摘要UNIX中，为了提高内存利用率，提供了内外存进程对换机制；内存空间的分配和回收均以页为单位进行；一个进程只需将其一部分（段或页）调入内存便可运行；还支持请求调页的存储管理方式。

作业调度：从输入井中选中后备作业装入主存储器的过程，称为作业调度进程调度：从就绪队列中选中一个进程占用处理器运行作业调度的必要条件：系统现有尚未分配的资源可以满足被选中作业的资源要求。

作业调度算法的原则：公平性、平衡资源使用、极大的流量作业调度算法1、先来先服务算法按照作业进入输入井的先后次序来挑选作业，进入的作业优先被选中。

但是要注意，不是先进入的一定被选中，只有满足“必要条件”的作业才可能被选中。

一个先进入的作业，如果它所需要的资源或其中一部分资源已被在它先前的作业占用且尚未归还，那么这个作业将被推迟，而去选择在它之后进入的资源能满足的作业。

一旦有作业执行结束归还了资源后，作业调度再次选择作业时，仍要按照进入输入井的次序去挑选，刚刚被推迟的作业有可能被优先选中。

例子：假设用户使用的主存空间为100KB，作业调度和进程调度均采用先来先服务算法，进入输入井时间如下表：当作业调度是，A,B作业首先依次被选中装入主存，但作业C到达输入井后，由于不能满足它对主存量的要求，只能让它在输入井中等待，对随后到达输入井的作业D和E，作业D的主存需求可以得到满足，于是选中D装入主存。

于是A,B,C 总共占用85KB主存，还剩余15KB的空闲区，不够装入作业E，因此C,E均被推迟，在输入井中等待。

随后A被执行完，释放了15KB的主存，目前存储器有两个15KB的空闲区，仍不能装入C或E。

随后在11.3刻时间，B执行完，释放60K 的主存空间和A作业释放的15KB合并后成75KB的空闲区。

满足C和E的需求，因此C,E在11.3刻同时被装入主存。

优点：算法简单容易实现，具有一定的公平性缺点计算时间短的作业可能周转时间很长，从而增加了系统平均周转时间，降低了系统的吞吐率2、计算时间短的作业优先算法作业调度根据在输入井中的作业提出的计算时间为标准，优先选择计算时间短且资源能得到满足的作业。

由于作业是依次进入输入井的，所以该算法仍将像先来先服务算法一样，会依次把作业A,B,D先装入主存，调度进程按装入的次序让他们依次占用处理器。

实验六虚拟存储器一、实验内容模拟分页式虚拟存储管理中硬件的地址转换和缺页中断，以及选择页面调度算法处理缺页中断。

二、实验目的在计算机系统中，为了提高主存利用率，往往把辅助存储器（如磁盘）作为主存储器的扩充，使多道运行的作业的全部逻辑地址空间总和可以超出主存的绝对地址空间。

用这种办法扩充的主存储器称为虚拟存储器。

通过本实验帮助同学理解在分页式存储管理中怎样实现虚拟存储器。

三、实验题目本实验有三道题目，其中第一题必做，第二，三题中可任选一个。

第一题：模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断。

[提示]（1）分页式虚拟存储系统是把作业信息的副本存放在磁盘上，当作业被选中时，可把作业的开始几页先装入主存且启动执行。

为此，在为作业建立页表时，应说明哪些页已在主存，哪些页尚未装入主存，页表的格式为：其中，标志----用来表示对应页是否已经装入主存，标志位=1，则表示该页已经在主存，标志位=0，则表示该页尚未装入主存。

主存块号----用来表示已经装入主存的页所占的块号。

在磁盘上的位置----用来指出作业副本的每一页被存放在磁盘上的位置。

（2）作业执行时，指令中的逻辑地址指出了参加运算的操作存放的页号和单元号，硬件的地址转换机构按页号查页表，若该页对应标志为“1”，则表示该页已在主存，这时根据关系式：绝对地址=块号×块长+单元号计算出欲访问的主存单元地址。

如果块长为2的幂次，则可把块号作为高地址部分，把单元号作为低地址部分，两者拼接而成绝对地址。

若访问的页对应标志为“0”，则表示该页不在主存，这时硬件发“缺页中断”信号，有操作系统按该页在磁盘上的位置，把该页信息从磁盘读出装入主存后再重新执行这条指令。

（3）设计一个“地址转换”程序来模拟硬件的地址转换工作。

当访问的页在主存时，则形成绝对地址，但不去模拟指令的执行，而用输出转换后的地址来代替一条指令的执行。

当访问的页不在主存时，则输出“* 该页页号”，表示产生了一次缺页中断。

操作系统计算题答案1.设某进程所需要的服务时间t=k ⨯q,k 为时间的个数,q 为时间长度且为常数.当t 为一定值时,令q →0,则有k →∞.从而服务时间为t 的进程的响应时间T 是t 的连续函数.对应于时间片调度方式RR,先来先服务方式FCFS 和线性优先级调度方式SRR,其响应时间函数分别为:T rr(t)=()λμμ-⨯t T fc(t)=()λμ-1 T sr (t)=()()()'11λμμλμ-⨯---t 其中'λ=()λ⨯-a b 1=r λ⨯ 取(μλ,)=(50,100),分别改变r 的值,计算T rr (t),T fc (t)和T sr(t),并画出其时间变化图.2.对实时系统的频率单调调度算法,对于由3个周期组成的实时任务序列,设每个周期为T i(i=1,2,3),其相应任务的执行时间为C i(i=1,2,3).计算说明当进程执行时间与周期比之和为0.7时,能否保证用户所要求的时限(32=1.266).3.有5个批处理作业(A,B,C,D,E)几乎同时到达一个计算中心,估计运行时间分别为2,4,6,8,10分钟,它们的优先数分别为1,2,3,4,5(数值小的优先级低),在使用最高优先级优先调度算法时,计算作业的平均周转时间.解答：1.对(,λμ)=(50，100) T rr (t)=t,T fc (t)=1/50,T sr (t)=1/50-(1-100t)/(100-50t)0r →时，T sr (t)→1/100+t1r →时, T sr (t)→2t 图象如下： ysr (t) 0 x 0 x 0 x 只有T sr (t)受r 值影响，且r 值增大，T sr (t)的斜率增大，y 截距由1/100趋向0，服务时间也增加。

题目：4.假定某页式管理系统,主存为64KB,分成16块,块号为0,1,2,3,4,K K ,15,设某作业有4页,其页号为0,1,2,3,被分别装入主存的2，4,1,6块,试问:(1)该作业的总长度是多少字节?(按十进)(2)写出该作业每一页在主存中的起始地址.(3)若给出逻辑地址[0,100],[1,50],[2,0],[3,60],请计算出相应的内存地址.(方括号内的第一个元素为页号,第二个元素为页内地址).5.有一个虚存系统,某进程内存占了3页,开始时内存为空, 执行如下访问页号顺序后:1,2,3,4,1,2,5,1,2,3,4,5.(1).采用先进先出(FIFO)淘汰算法,缺页次数是多少?(2).采用最近最少使用(LRU)淘汰算法,缺页次数是多少?6.有一只铁笼子,每次只能放入一只动物,猎人向笼中放入老虎,农民向笼中放入羊,野生动物园等待取笼中的老虎,饭店等待取笼中的羊,试用P.V操作写出能同步执行的程序.解答：4.解：(1)每块长度=64KB/16=4KB于是由题目可知，每页也是4KB。

//页面调度算法（FIFO）#include<stdio.h>#define TRUE 1#define FALSE 0#define MAX 7 // 页的最大数#define IN 4 // 在主存中的页数#define count 13 // 指令数量int P[IN]; // 表示已在主存中的页面int k; // 表示P数组中最先进入内存的页的位置typedef struct{int num; // 页号bool pre; // 标志int random; // 主存块号bool revise; // 修改标志int location; // 在磁盘上的位置}Page_Item;Page_Item Page_Record[MAX];// 指令数据结构typedef struct{char oper; // 操作符int Page_Num; // 页号int Unit_Num; // 单元号}Instruction;Instruction IC[count];// 初始化指令和页表void Init(){k=0; // 指向最先进入内存的页// 初始化页表Page_Record[0].num=0;Page_Record[0].pre=TRUE;Page_Record[0].random=5;Page_Record[0].revise=FALSE;Page_Record[0].location=011;Page_Record[1].num=1;Page_Record[1].pre=TRUE;Page_Record[1].random=8;Page_Record[1].revise=FALSE;Page_Record[1].location=012; Page_Record[2].num=2;Page_Record[2].pre=TRUE; Page_Record[2].random=9; Page_Record[2].revise=FALSE; Page_Record[2].location=013;Page_Record[3].num=3;Page_Record[3].pre=TRUE; Page_Record[3].random=1; Page_Record[3].revise=FALSE; Page_Record[3].location=021;Page_Record[4].num=4;Page_Record[4].pre=FALSE; Page_Record[4].random=0; Page_Record[4].revise=FALSE; Page_Record[4].location=022;Page_Record[5].num=5;Page_Record[5].pre=FALSE; Page_Record[5].random=0; Page_Record[5].revise=FALSE; Page_Record[5].location=023;Page_Record[6].num=6;Page_Record[6].pre=FALSE; Page_Record[6].random=0; Page_Record[6].revise=FALSE; Page_Record[6].location=121;// 初始化指令序列IC[0].oper='+';IC[0].Page_Num=0;IC[0].Unit_Num=70;IC[1].oper='+';IC[1].Page_Num=1;IC[1].Unit_Num=50;IC[2].oper='*';IC[2].Page_Num=2;IC[2].Unit_Num=15;IC[3].oper='w';IC[3].Page_Num=3;IC[3].Unit_Num=21;IC[4].oper='r';IC[4].Page_Num=0;IC[4].Unit_Num=56;IC[5].oper='-';IC[5].Page_Num=6;IC[5].Unit_Num=40;IC[6].oper='>';IC[6].Page_Num=4;IC[6].Unit_Num=53;IC[7].oper='+';IC[7].Page_Num=5;IC[7].Unit_Num=23;IC[8].oper='w';IC[8].Page_Num=1;IC[8].Unit_Num=37;IC[9].oper='r';IC[9].Page_Num=2;IC[9].Unit_Num=78;IC[10].oper='+';IC[10].Page_Num=4;IC[10].Unit_Num=1;IC[11].oper='r';IC[11].Page_Num=6;IC[11].Unit_Num=84;IC[12].oper='#';IC[12].Page_Num=0;IC[12].Unit_Num=0;}// 根据FIFO算法替换页,所需要的参数是被调入页的页结构体void replace(Page_Item page){// 被替换的页已经修改了if(TRUE==Page_Record[P[k]].revise){// 修改被调出页的存在标志Page_Record[P[k]].pre=FALSE;// 修改被调出页的修改标志Page_Record[P[k]].revise=FALSE;printf("调出%d页\n",P[k]);}// 将调入页的存在标志修改为TRUEpage.pre=TRUE;// 将被调出页的主存块号赋给调入页的主存块号page.random=Page_Record[P[k]].random;// 将调入页的页号赋给P[k]P[k]=page.num;printf("调入%d页\n",page.num);// 修改k指针k=(k+1)%IN;}// 指令执行过程void excute(){int i=0; // 指向当前正在执行的指令while('#'!=IC[i].oper){printf("执行%c指令,需%d页\n",IC[i].oper,IC[i].Page_Num);// 若正在执行的指令所需的页不在内存中if(FALSE==Page_Record[IC[i].Page_Num].pre){printf("该页不在内存中,请求调入.........\n");// 调用替换函数，调入所需的页replace(Page_Record[IC[i].Page_Num]);}// 修改指令对该页的操作if('+'==IC[i].oper||'*'==IC[i].oper||'-'==IC[i].oper||'>'==IC[i].oper){printf("%c指令修改了%d页\n",IC[i].oper,IC[i].Page_Num);// 修改该页的修改标志Page_Record[IC[i].Page_Num].revise=TRUE;}i++; // 指向下一条指令}for(i=0;i<IN;i++){if(TRUE==Page_Record[P[i]].revise){printf("%d页写回外存!\n",P[i]);}}}void main(){Init();excute();}。

计算机操作系统上机教案学院名称：河北政法职业学院系部名称：计算机系课程名称：计算机操作系统任课教师：张敏丽授课题目：操作系统实训1 授课序号：12 授课班级：司法信息2003级教学方法：讲授，实训课时：2学时教学目的：通过这一章的学习，使学生掌握该计算机系统的使用方法。

教学重点：界面的使用。

教学难点：熟悉该系统的操作命令。

作业布置：教学内容：一、实习内容选择一个计算机系统，熟悉该系统的操作命令，且掌握该计算机系统的使用方法。

二、实习目的配合操作系统课程的学习，模拟实现操作系统的功能，有助于对操作系统的理解。

操作系统功能的模拟实现可以在计算机系统的终端上进行，也可以在一台微型计算机上进行。

根据您的学习条件，选择一个计算机系统，熟悉对该系统的使用，那么您可以顺利地完成本课程的实习。

为了尽快地熟悉计算机系统，可编辑一个源程序，且对编辑好的源程序编译、运行、显示/打印运行结果等。

三、实习题目1打开:"开始"-"程序"-"附件"-"系统工具",①进行磁盘清理,②进行磁盘碎片整理,③进行磁盘扫描,④进行磁盘维护向导的操作,⑤进行"系统信息"中启动过程的设置.2浏览"控制面板"-"系统"---"设备管理器"信息的查看及"控制面板"-"网络"-的配置信息的作用.在"控制面板"-"电源管理"-中修改电源管理选项和,在"控制面板"-"日期/时间"-中修改日期和时间.2 按大纲模式建立一"培训练习"文档,文档内容为本本书目录的前三章,每章节只取两个标题,然后在普通视图下输入每节的前两行文字,并在页面视图下排版出满意的文档,最后存于"Word文档练习"中.4 根据"简历向导"建立一个人建立资料,用文件名"简历"存于"Word文档练习"文件夹中.授课题目：操作系统实训2 授课序号：14 授课班级：司法信息2003级教学方法：讲授，实训课时：2学时教学目的：通过这一章的学习，使学生掌握处理机的调度方法。

题目：页面置换算法FIFO算法1.谈谈你对本课程学习过程中的心得体会与建议？转眼间，学习了一个学期的计算机操作系统课程即将结束。

在这个学期中，通过老师的悉心教导，让我深切地体会到了计算机操作系统的一些原理和具体操作过程。

在学习操作系统之前，我只是很肤浅地认为操作系统只是单纯地讲一些关于计算机方面的操作应用，并不了解其中的具体操作过程和实用性。

通过这一学期的学习，我才知道操作系统(OperatingSystem，简称 OS)是管理计算机系统的全部硬件资源包括软件资源及数据资源；控制程序运行；改善人机界面；为其它应用软件提供支持等，使计算机系统所有资源最大限度地发挥作用，为用户提供方便的、有效的、友善的服务界面。

经过一个学期的学习，我也知道了计算机操作系统是铺设在计算机硬件上的多层系统软件，不仅增强了系统的功能，而且还隐藏了对硬件操作的细节，由它实现了对计算机硬件操作的多层次的抽象。

总而言之，操作系统的一些原理在生活中都可以找到相应的例子。

结合生活中的例子，可以化抽象为具体，我们会更加清楚地了解到其原理与操作过程。

我觉得通过我们的不断学习，结合生活中的实际问题，我们就会把操作系统学得更好。

2.《操作系统》课程设计,从以下5个题目中任选其一作答。

题目一：页面置换算法FIFO算法页面置换算法FIFO算法在地址映射过程中，若在页面中发现所要访问的页面不在内存中，则产生缺页中断。

当发生缺页中断时，如果操作系统内存中没有空闲页面，则操作系统必须在内存选择一个页面将其移出内存，以便为即将调入的页面让出空间。

而用来选择淘汰哪一页的规则叫做页面置换算法。

在请求分页存储器管理系统中，我们需要一个页面置换算法，而先进先出算法就是最早出现的一种算法，利用该算法可以实现页面的置换，实现内存的充分利用，使进程可以执行。

先进先出置换算法（FIFO）最简单的页面置换算法是先入先出（FIFO）法。

这种算法的实质是，总是选择在主存中停留时间最长（即最老）的一页置换，即先进入内存的页，先退出内存。