计算机操作系统实验_源码_模拟请求分页虚拟存储管理中的硬件地址变换过程

模拟页式虚拟存储管理中硬件的地址转心得体会
页式虚拟存储管理中,硬件的地址转换过程是非常复杂的,需要多个硬件组件的协同工作来完成。

在我的学习中,我有一些体会和心得体会：
首先,在页式虚拟存储管理中,硬件的地址转换是通过页表实现的。

每个进程都有自己的页表,其中包含了虚拟页与物理页之间的对应关系。

当进程需要访问内存时,其虚拟地址会被分为页号和页内偏移量两部分,而页号就是用来查找页表中对应的物理页号的。

其次,在硬件地址转换的过程中,还需要使用到一个称为MMU（内存管理单元）的硬件组件。

MMU的作用就是将虚拟地址转换为物理地址。

它会在页表中查找想要访问的虚拟页号对应的物理页号,并使用物理页号和页内偏移量重新构造出物理地址。

最后,在使用页式虚拟存储管理时,还需要注意物理页的分配和清除。

物理页可以被多个进程共享使用,但是在进程结束时,需要及时清除对应的物理页帧,以确保不会引起内存泄漏和资源浪费。

总之,页式虚拟存储管理中硬件的地址转换过程非常复杂,需要多个硬件组件的协同工作来完成。

正确理解这个过程,并且合理地进行管理和分配物理页,才能保证进程的正常运行。

操作系统实验报告-页式虚拟存储管理中地址转换和缺页中断实验四页式虚拟存储管理中地址转换和缺页中断一．实验目的（1）深入了解存储管理如何实现地址转换。

（2）进一步认识页式虚拟存储管理中如何处理缺页中断。

二．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。

三．实验原理页式存储管理把内存分割成大小相等位置固定的若干区域，叫内存页面，内存的分配以“页”为单位，一个程序可以占用不连续的页面，逻辑页面的大小和内存页面的大小相同，内外存的交换也以页为单位进行，页面交换时，先查询快表，若快表中找不到所需页面再去查询页表，若页表中仍未找到说明发生了缺页中断，需先将所需页面调入内存再进行存取。

四．实验部分源程序#define size 1024//定义块的大小，本次模拟设为1024个字节。

#include "stdio.h"#include "string.h"#includestruct plist{int number; //页号int flag; //标志，如为1表示该页已调入主存，如为0则还没调入。

int block; //主存块号，表示该页在主存中的位置。

int modify; //修改标志，如在主存中修改过该页的内容则设为1，反之设为0int location; //在磁盘上的位置};//模拟之前初始化一个页表。

struct plist p1[7]={{0,1,5,0,010},{1,1,8,0,012},{2,1,9,0,013},{3,1,1,0,021},{4,0,-1,0,022},{5,0,-1,0,023},{6, 0,-1,0,125}};//命令结构，包括操作符，页号，页内偏移地址。

struct ilist{char operation[10];int pagenumber;int address;};//在模拟之前初始化一个命令表，通过程序可以让其顺序执行。

操作系统实验实验报告虚拟内存一、实验目的本次操作系统实验的目的是深入理解虚拟内存的概念、原理和实现机制，通过实际操作和观察，掌握虚拟内存的相关技术，包括页面置换算法、内存分配策略等，并分析其对系统性能的影响。

二、实验环境操作系统：Windows 10 专业版开发工具：Visual Studio 2019编程语言：C+＋三、实验原理1、虚拟内存的概念虚拟内存是一种计算机系统内存管理技术，它使得应用程序认为自己拥有连续的可用内存（一个连续完整的地址空间），而实际上，这些内存可能是被分散存储在物理内存和外部存储设备（如硬盘）中的。

虚拟内存通过将程序使用的内存地址映射到物理内存地址，实现了内存的按需分配和管理。

2、页面置换算法当物理内存不足时，操作系统需要选择一些页面（内存中的固定大小的块）换出到外部存储设备，以腾出空间给新的页面。

常见的页面置换算法有先进先出（FIFO）算法、最近最少使用（LRU）算法、时钟（Clock）算法等。

3、内存分配策略操作系统在分配内存时，需要考虑如何有效地利用有限的物理内存资源。

常见的内存分配策略有连续分配、分页分配和分段分配等。

四、实验内容与步骤1、实现简单的虚拟内存系统使用 C+＋编写一个简单的虚拟内存模拟程序，包括内存页面的管理、地址映射、页面置换等功能。

2、测试不同的页面置换算法在虚拟内存系统中，分别实现 FIFO、LRU 和 Clock 算法，并对相同的访问序列进行测试，比较它们的页面置换次数和缺页率。

3、分析内存分配策略的影响分别采用连续分配、分页分配和分段分配策略，对不同大小和类型的程序进行内存分配，观察系统的性能（如内存利用率、执行时间等）。

具体步骤如下：（1）定义内存页面的结构，包括页面号、标志位（是否在内存中、是否被修改等）等。

（2）实现地址映射函数，将虚拟地址转换为物理地址。

（3）编写页面置换算法的函数，根据不同的算法选择要置换的页面。

（4）创建测试用例，生成随机的访问序列，对不同的算法和分配策略进行测试。

课程设计课程设计名称：请求调页存储管理方式的模拟4专业班级：学生姓名：学号：指导教师：课程设计时间：2012.12.24-2012.12.28计算机科学专业课程设计任务书说明：本表由指导教师填写，由教研室主任审核后下达给选题学生，装订在设计（论文）首页填表说明1．“课题性质”一栏：A．工程设计；B．工程技术研究；C．软件工程（如CAI课题等）；D．文献型综述；E．其它。

2．“课题来源”一栏：A．自然科学基金与部、省、市级以上科研课题；B．企、事业单位委托课题；C．校、院（系、部）级基金课题；D．自拟课题。

1 需求分析1）假设每个页面中可存放10条指令，分配给作业的内存块数为4。

2）用C语言模拟一个作业的执行过程，该作业共有320条指令，即它的地址空间为32页，目前它的所有页都还未调入内存。

在模拟过程中，如果所访问的指令已在内存，则显示其物理地址，并转下一条指令。

如果所访问的指令还未装入内存，则发生缺页，此时需记录缺页的次数，并将相应页调入内存。

如果4个内存块均已装入该作业，则需进行页面置换，最后显示其物理地址，并转下一条指令。

在所有320指令执行完毕后，请计算并显示作业运行过程中发生的缺页率。

3）置换算法：最少访问（LFU）算法。

通过对页面、页表、地址转换和页面置换过程的模拟，加深对请求调页系统的原理和实现过程的理解。

所有内容均为独立完成。

2 概要设计本实验主要分为以下几个重要实现过程：（1）首先由对应函数按照题目要求产生对应的320条随即指令。

（2）当指令到来时，首先查询4个物理模块中是否含有当前指令，如果有则直接下一条指令，若没有就进行判定查找物理块中是否还有空闲盘块，有该指令则直接调入，无则要发生页面置换。

（3）按照一定规则（LFU）进行页面置换，知道最后一条指令完成后，显示缺页次数和缺页率。

程序中自定义的函数（函数名，参数，以及功能）及结构等如下：#define Bsize 4 定义一个全局的物理块大小4struct BLOCK { 物理块类型的申明int pagenum; //用于存储页号int use; //用于计算最近使用次数};int num=0; //记录指令的序号int n=0; //记录缺页的次数static int temp[320]; //用来存储320条指令struct BLOCK block[4]; //大小为4的物理块数组int findExist(int curpage);//查找物理块中是否有该页面int findSpace(); //查找是否有空闲物理块int findReplace(); //查找应予置换的页面void display(); //显示置换过程void zhiling(); //产生320条指令,显示并存储到temp[320],并调度页号队列void LFU(); //LFU算法3 运行环境软件：Windows 98及以上操作系统，Microsoft Visual C++ 6.0版本硬件： 512M CPU内存及以上的计算机4 开发工具和编程语言开发工具：Microsoft Visual C++ 6.0编程语言：C语言5 详细设计（1）产生320条指令,显示并存储到temp[320],并调度页号队列320条随即指令的产生规则如下：①在[0，319]的指令地址之间随机选取一起点m；②顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令；③在前地址[0，m+1]中随机选取一条指令并执行，该指令的地址为m′；④顺序执行一条指令，其地址为m′+1的指令；⑤在后地址[m′+2，319]中随机选取一条指令并执行；⑥重复上述步骤①～⑤，直到执行320次指令。

课程名称操作系统原理实验名称模拟请求页式存储管理中硬件的地址转换和缺页中断姓名学号专业班级实验日期成绩指导老师(①实验目的②实验原理③主要仪器设备④实验内容与步骤⑤实验数据记录与处理⑥实验结果分析⑦问题建议)一、实验目的模拟请求页式存储管理中硬件的地址转换和缺页中断，并用先进先出调度算法（FIFO）处理缺页中断。

二、实验内容内容：模拟请求页式存储管理中硬件的地址转换和缺页中断处理思想：装入新页置换旧页时，若旧页在执行中没有被修改过，则不必将该页重写磁盘。

因此，页表中增加是否修改过的标志，执行“存”指令和“写”指令时将对应的修改标志置成模拟算法流程三、程序及截图程序:#include<iostream>#include<iomanip>#include<list>using namespace std;char useSign[12][5]={{'+'},{'-'},{'*'},{"存"},{"取"},{'-'},{"移位"},{'+'},{"存"},{"取"},{'+'},{"存"}};int PageAddress[12]={70,50,15,21,56,40,53,23,37,78,01,84};int PageNum[12]={0,1,2,3,0,6,4,5,1,2,4,6};int S_Station;int pPageNum[7];//页号pPageint pSign[7];int pStool[7];//页架号int pModify[7];//修改标志int pStation[7];//磁盘位置static int z=0;void Store(){for(int i=0;i<7;i++){if(i<4){pSign[i]=1;}elsepSign[i]=0;pPageNum[i]=i;pModify[i]=0;}int p1=1,p2=2,p3=3;for(i=0;i<7;i++){if(i<3){pStation[i]=p1;p1++;}elseif(i<6){pStation[i]=p2;p2++;}elsepStation[i]=p3;}pStool[0]=5;pStool[1]=8;pStool[2]=9;pStool[3]=1;}void CShow(){cout<<"操作";cout<<"页号";cout<<"页内地址";cout<<"标志";cout<<"绝对地址";cout<<"修改页号";cout<<"页架号";cout<<"绝对地址";cout<<endl;}void Find(){int m_Pagenum;int m_Station;int Y_Station;//绝对地址int m_Stool;cout<<"输入页号及页内地址查询操作：";cin>>m_Pagenum>>m_Station;CShow();int i,j=0;//string m_Modify;for(i=0;i<12;i++){if(PageAddress[i]==m_Station){break;}}Y_Station=pStool[m_Pagenum]*1024+m_Station;if(pSign[m_Pagenum]==1){if(strcpy(useSign[i],"存")!=0){pModify[m_Pagenum]=1;}}cout<<useSign[i]<<" ";cout<<m_Pagenum<<" ";cout<<m_Station<<" ";cout<<pSign[m_Pagenum]<<" ";if(Y_Station!=m_Station){cout<<Y_Station<<" ";cout<<" ";cout<<pStool[m_Pagenum]<<" ";cout<<Y_Station<<endl;}else{cout<<"*"<<m_Pagenum<<" ";for(j=z;j<7;j++){if(pSign[j]==1){z++;break;}}cout<<m_Pagenum<<"->"<<j<<" ";pStool[m_Pagenum]=pStool[j];pSign[j]=0;pStool[j]=0;cout<<pStool[m_Pagenum]<<" ";cout<<pStool[m_Pagenum]*1024+m_Station<<endl;}}int main(void){Store();char judge='Y';while(judge=='Y'){Find();cout<<"是否继续输入？Y = 是N=否"<<endl;cin>>judge;}return 0;}截图:五．心得体会在实验过程中，遇到了一些问题但是在调试的过程中，会出现很多错误，有的自己可以解决，也有一些在同学的帮助下，基本都解决了所有问题。

实验四请求分页存储管理模拟实验一：实验目得通过对页面、页表、地址转换与页面置换过程得模拟,加深对请求分页存储管理系统得原理与实现技术得理解.二：实验内容假设每个页面可以存放１0条指令，分配给进程得存储块数为４。

用C语言或Ｐａscａｌ语言模拟一进程得执行过程。

设该进程共有320条指令，地址空间为32个页面,运行前所有页面均没有调入内存。

模拟运行时,如果所访问得指令已经在内存,则显示其物理地址,并转下一条指令;如果所访问得指令还未装入内存，则发生缺页，此时需要记录缺页产生次数，并将相应页面调入内存，如果４个内存块已满，则需要进行页面置换。

最后显示其物理地址,并转下一条指令。

在所有指令执行完毕后,显示进程运行过程中得缺页次数与缺页率.页面置换算法：分别采用OPT、ＦIFＯ、LRＵ三种算法。

进程中得指令访问次序按如下原则生成：50%得指令就是顺序执行得。

2５%得指令就是均匀分布在低地址部分.25％得指令就是均匀分布在高地址部分.三：实验类别分页存储管理四:实验类型模拟实验五：主要仪器计算机六：结果OＰＴ:ＬRU：FIFO：七：程序＃ i ｎclude 〈stdio 、h 〉＃ ｉncl ｕde 〈ｓtdlib 、h 〉＃ include 〈ｃｏnio 、ｈ＞＃ def ｉne blockn ｕm ４//页面尺寸大小int ｍ; //程序计数器，用来记录按次序执行得指令对应得页号s ｔa ｔi ｃ in ｔ ｎum ［３20]； //用来存储3２0条指令ｔｙpedef s ｔruct BLOCK ／/声明一种新类型—－物理块类型{ﻩint ｐagenum; ／/页号ﻩint ａｃces ｓｅd; ／/访问量，其值表示多久未被访问}BLOCK ；BLOCK bl ｏck ［bl ｏcknum ］； ／/定义一大小为8得物理块数组void init （） /／程序初始化函数，对bl ｏck 初始化｛for （ｉnt i=0;i ＜ｂlo ｃknum;i+＋)bｌｏｃｋ[ｉ]、ｐａgｅnum＝—1；bｌock［ｉ］、accｅsｓed=0；ﻩm=0;｝｝ｉｎt ｐａｇｅＥxist（ｉnt curpagｅ)/／查找物理块中页面就是否存在，寻找该页面curpage就是否在内存块bｌoｃｋ中,若在，返回块号｛ﻩfor（int i=0；i<bｌocknum; i+＋)ﻩ{ﻩﻩｉf(bｌock［i］、ｐagｅnｕm ＝＝ cuｒpaｇe ）ﻩﻩｒeturn i； //在内存块blｏck中,返回块号ﻩ｝ｒetuｒn -1;}ｉnｔ findSpace（）／/查找就是否有空闲物理块，寻找空闲块bｌock，返回其块号｛foｒ(int ｉ=0；ｉ<bｌocknｕm;i＋+)ﻩ｛ｉf（blｏｃｋ[i］、paｇenum=＝－1)ﻩｒeｔuｒn i；／／找到了空闲得ｂlｏcｋ,返回块号｝ﻩrｅｔurｎ -1；｝int findReplａcｅ(）//查找应予置换得页面{ﻩint ｐoｓ = 0;ﻩｆor（int i＝0；i〈ｂlocｋnｕm；ｉ++){if(blｏｃk［ｉ]、ａｃcessed 〉blｏck［pos]、aｃceｓsｅd）ﻩpos = ｉ； //找到应该置换页面，返回BＬOCK中位置ﻩ｝reｔurn pｏs；｝voｉd displaｙ(）//显示物理块中得页面号｛ﻩﻩfor(int i=0; i〈bｌocknｕm; i＋＋）ﻩ｛ﻩif(blocｋ[ｉ］、ｐａｇenum != -1）ﻩ｛ﻩﻩpriｎtf（” ％02d "，block［ｉ]、paｇenum）;ﻩﻩﻩprintf("%p |”，＆blocｋ[ｉ]、pagｅnum）；ﻩﻩ｝ｐrｉｎtf（"\n＂）;｝vｏid rａｎdaｍ（)/／产生320条随机数,显示并存储到ｎｕm[３２0]｛int ｆlａｇ=0;pｒintｆ（”请为一进程输入起始执行指令得序号(0~320）:\n”)；ﻩscanｆ（"%d",＆ｍ）；//用户决定得起始执行指令ｐriｎｔｆ（"*＊＊**＊进程中指令访问次序如下：(由随机数产生)＊*＊*＊＊＊＼n"）;fｏr（int i=0；i〈３2０；ｉ＋+）｛/／进程中得320条指令访问次序得生成ﻩﻩnum[ｉ]＝m;//当前执行得指令数，ﻩﻩｉf（flag％２==0）ﻩm＝++m％３２０；//顺序执行下一条指令ﻩﻩｉf（flag==１）ﻩﻩm＝rａnd（）％（m-1)；//通过随机数,跳转到低地址部分[0，m—1］得一条指令处，设其序号为ｍ1ｉf(flag＝=3）ﻩﻩm=m+1＋(rand()%(３2０－（m+1）)）；//通过随机数,跳转到高地址部分［ｍ1+2，3１９]得一条指令处，设其序号为m2ﻩﻩfｌag＝＋+ｆｌag%４；ﻩprｉntｆ（” %0３d”,num［i］)；／/输出格式:3位数ﻩﻩiｆ（（i+１）%1０==0）／/控制换行，每个页面可以存放１０条指令,共32个页面ﻩprintf（”\n”）；｝｝ｖoid pageｓtrｉng（) //显示调用得页面序列,求出此进程按次序执行得各指令所在得页面号并显示输出｛ｆor（int i＝0;i〈３２0；i++）ﻩ｛printf(”％０２d＂,nuｍ[i］／１0);//输出格式：２位数if((ｉ＋1）%10==0)//控制换行，每个页面可以存放10条指令,共32个页面ﻩﻩｐｒintf("＼n”);}｝void OPＴ() //最佳替换算法{ﻩinｔ n=0；//记录缺页次数inｔ exist，space，posiｔｉon；ﻩinｔｃurpaｇe;//当前指令得页面号ﻩfｏr(int i＝０;i＜３2０；ｉ＋＋）ﻩ｛ﻩm=num［i］;ﻩcurpage=ｍ/10;ﻩﻩeｘiｓt=ｐageExist（cuｒｐage);ﻩif(exist==-1)ﻩﻩ{ ／/当前指令得页面号不在物理块中space＝findＳpace（）；ﻩﻩif(sｐａｃe ！= -１）ﻩﻩ｛//当前存在空闲得物理块ﻩﻩｂloｃk［ｓｐａce]、pagenuｍ＝ cｕｒpaｇe；/／将此页面调入内存ﻩﻩﻩdiｓｐlay（）;／/显示物理块中得页面号ﻩﻩn++;/／缺页次数+1ﻩ｝ﻩﻩelｓeﻩﻩ{ ／/当前不存在空闲得物理块，需要进行页面置换foｒ（inｔk=0；k＜blocknum；k++）ﻩﻩﻩﻩ{ｆor（int j=i；ｊ〈３２０；j＋+）ﻩ{//找到在最长(未来)时间内不再被访问得页面ﻩﻩﻩﻩif(block［k］、pagenum！= ｎｕｍ［j]/1０）ﻩﻩﻩ{ﻩﻩbloｃk［ｋ］、acｃeｓseｄ = 1０00;ﻩﻩﻩ} //将来不会被访问,设置为一个很大数ﻩﻩﻩelseﻩﻩﻩ{ //将来会被访问,访问量设为ｊﻩﻩﻩｂlｏcｋ[ｋ］、ａｃｃessｅd = j；ﻩﻩﻩﻩﻩbｒeak;ﻩﻩﻩﻩ｝ﻩﻩﻩ}ﻩ}ﻩposiｔｉon = ｆiｎdReｐlａｃe（）；//找到被置换得页面，淘汰ﻩblock［ｐosｉtｉon］、pａgenum = ｃurpａｇｅ；// 将新页面调入dispｌay();ﻩﻩn++； //缺页次数+１ﻩ｝｝ﻩ｝ﻩpｒintf(”缺页次数：％ｄ\n＂,n);printｆ(＂缺页率：％f％％＼n"，（n／320、0）＊100）；}void LＲU() //最近最久未使用算法{inｔ n=0；//记录缺页次数ﻩiｎt ｅxｉｓt,ｓｐacｅ，ｐosition ;ﻩｉnｔ curpaｇe；／/当前指令得页面号ﻩｆｏｒ（ｉｎt i=0；i＜320;i++）ﻩ{ﻩm＝num［i]；ﻩﻩcuｒｐagｅ=m／10；ﻩｅxist = pageＥｘiｓt(curpａge);ﻩｉｆ（ｅxist＝=-1）ﻩﻩ｛ //当前指令得页面号不在物理块中ｓｐaｃe = fｉnｄSpace（）;ﻩﻩif（sｐａcｅ！= —１)ﻩ{ //当前存在空闲得物理块ﻩﻩｂｌock［spａce]、pagenum = ｃｕrｐage；//将此页面调入内存ﻩﻩｄisplay（）；//显示物理块中得页面号ﻩn++;／／缺页次数+1ﻩﻩ｝else｛ //当前不存在空闲得物理块，需要进行页面置换ﻩﻩpｏsｉｔioｎ＝ finｄＲeｐlace(）；ﻩbｌocｋ[positｉon]、paｇenum ＝ cｕrｐａge；ﻩﻩdiｓplaｙ(）;ﻩn++；//缺页次数+1ﻩ｝ﻩﻩ}elsｅﻩﻩbｌｏck［exｉsｔ］、acｃesｓed = -１；//恢复存在得并刚访问过得ＢLOCK中页面ａccessｅｄ为-１for(int j=0; j<blockｎum； j＋+)ﻩﻩ｛//其余得accessed++ﻩﻩｂlｏｃk［ｊ］、acｃｅssed+＋;｝ﻩ}prｉntf("缺页次数:%d\n”,n）；ﻩpriｎｔf("缺页率：％f%％\n",（n／３20、0）*10０);｝voｉd FIFO（）{int n=0;//记录缺页次数int eｘist，spacｅ，ｐositｉｏn ;ﻩ iｎｔ cｕrｐaｇe；/／当前指令得页面号iｎt blｏckpｏinter=－１;for（iｎｔ i=０;i<３20；ｉ++）ﻩ｛ﻩ m=num［i］;cｕrpａge=m／１0；ﻩexｉst = pageＥｘist(ｃｕrpａge）；ﻩ iｆ(eｘiｓｔ＝=－１）｛／/当前指令得页面号不在物理块中ﻩ spaｃe = fｉｎdＳpaｃe（);ﻩﻩif（space ！＝-1)ﻩ { ／/当前存在空闲得物理块ﻩﻩ blocｋpoiｎter＋+;ﻩﻩﻩｂlock［spａcｅ]、ｐａｇｅnｕm=curpagｅ; /／将此页面调入内存ﻩ n++;//缺页次数＋1ﻩﻩﻩ diｓｐlay(）;//显示物理块中得页面号ﻩ｝ﻩ elseﻩ { /／没有空闲物理块,进行置换ﻩﻩﻩﻩpｏsitｉon = （++blockpｏintｅr）％4;ﻩ block[positｉon]、ｐaｇｅnum ＝ cuｒｐａge；／/将此页面调入内存ﻩﻩn＋+；ﻩﻩ disｐｌay（）；ﻩ｝ﻩ }｝ｐrｉｎtf(＂缺页次数:％d＼n＂,n）;printf（＂缺页率:%ｆ%%\n",(n/3２0、0)*100）；}void ｍain(）{ﻩint choice;ﻩpriｎtf（"＊＊＊＊*＊＊*＊*＊＊请求分页存储管理模拟系统*＊＊*＊＊＊＊＊＊*＊*\n")；ﻩrandａm（);ｐｒintf(＂＊＊*＊*＊＊*****此进程得页面调用序列如下***＊＊＊＊*＊＊＊**＊\n”）;pageｓtriｎｇ（）;ﻩwｈilｅ（choicｅ！= ４)｛ﻩﻩprinｔf(＂****＊*＊＊1:OPT ２：LRU 3:ＦＩFO 4：退出＊＊*＊＊＊***\n”）;ﻩprintf（"请选择一种页面置换算法:”）;ﻩｓｃａnf("%d＂,＆cｈoｉcｅ）；ﻩiｎit();ﻩswitch（choiｃe)ﻩ｛ﻩcａｓe 1:ﻩﻩﻩｐｒintf(”最佳置换算法OPT：\n")；ﻩpｒintf("页面号物理地址页面号物理地址页面号物理地址页面号物理地址＼n"）;ﻩﻩﻩOPＴ（）；ﻩbreak；ﻩcａse 2：ﻩﻩｐrinｔf("最近最久未使用置换算法LRＵ:\n"）；ﻩｐrｉntf("页面号物理地址页面号物理地址页面号物理地址页面号物理地址＼n＂）;ﻩＬRU()；ﻩﻩﻩｂreaｋ；ﻩﻩcaｓe 3：ﻩprintf("先进先出置换算法FＩＦＯ：\n＂）；ﻩpｒiｎｔf（＂页面号物理地址页面号物理地址页面号物理地址页面号物理地址\ｎ＂);ＦIFO(）；ﻩﻩbreａk;ﻩ｝}}。

页式虚拟存储管理中地址转换和缺页中断的模拟
实验目的：
1.深入了解页式虚拟存储管理技术如何实现地址转换。

2.进一步认识页式虚拟存储管理中如何处理缺页中断。

实验要求：
编写程序模拟实现页式虚拟存储管理中的地址转换过程以及缺
页中断的处理过程。

实验指导：
1.请求分页中硬件地址变换过程。

(1)
自己设计一个主存分配表。

(2)对逻辑地址进行划分为页号和页内地址
(3)越界检查，若越界直接中断退出程序的执行。

（不越界情况下）检索页表分2种情况：其一，若该页在内存，则找到其对应的物理块号；合并块号和块内地址形成物理地址。

进行输出。

(4)其二，若该页不再内存，产生缺页中断，调用缺页中断子
程序执行缺页中断处理过程。

中断返回后重新执行被中断的指令。

2.采用某一种页面置换算法实现分页管理的缺页调度。

(1)当硬件发出缺页中断后转操作系统处理缺页中断。

查看主存分块表看有无可用空闲块。

若有则为进程分配一块。

若无空闲块，当采用一种页面置换算法（例如FIFO形成队列），其头部放在变量K 中淘汰最先进入主存的一页，若该页修改过，好要重新写回磁盘。

然后再把当前要访问的页装入该内存块，并修改页表和存储分块表。

数组P中各个元素为作业已在主存的页号。

假定作业最多可分配m块。

当淘汰一页时，总是淘汰P[K]所指页。

之后调整数组P：
P[K]=要装入的页；
K=（K+1）mod m;
流程图如下：。

操作系统实验二〔第一题〕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．实验目的在电脑系统总，为了提高主存利用率，往往把辅助存储器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综合可以超出主存的绝对地址空间。

用这种方法扩充的主存储区成为虚拟存储器。

三．实验题目模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断。

四．程序清单//// 操作实验二.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。

//#include "stdafx.h"#include<iostream>#include<string>#include<fstream>using namespace std;class ins{private:string ope;long int page;long int unit;public:ins(){ }ins(string o,long int p,long int u):ope(o),page(p),unit(u){}void setope(string o){ ope=o;}void setpage(long int p){ page=p;}void setunit(long int u){ unit=u;}string getope(){return ope;}long int getpage(){return page;}long int getunit(){return unit;}};class work{private:long int Page;int sym;long int inum;long int onum;public:work(){}work(long int P, int s,long int i,long int o):Page(P),sym(s),inum(i),onum(o){} void setPage(long int P){ Page=P;}void setsym( int s){ sym=s;}void setinum(long int i){ inum=i;}void setonum(long int o){ onum=o;}long int getPage(){return Page;}int getsym(){return sym;}long int getinum(){return inum;}long int getonum(){return onum;}};void diaodu(work *w,ins * i,int numofins){ for(int j=0;j<numofins;j++){long int tempofk;long int a =i[j].getpage();for(int k=0;k<7;k++) //7是页表的页数if(w[k].getPage()!=a)continue;else{tempofk=k;break;}if(w[tempofk].getsym()==1)cout<<"绝对地址："<<w[tempofk].getinum()*128+i[j].getunit()<<" "<<"磁盘地址为："<<w[tempofk].getonum()<<" "<<"操作为："<<i[j].getope()<<endl;else cout<<"*"<<"发生缺页中断"<<endl;}}int main(){ins*INS=new ins[12];INS[0].setope ("+");INS[0].setpage(0);INS[0].setunit(70);INS[1].setope ("+");INS[1].setpage(1);INS[1].setunit(50);INS[2].setope ("×");INS[2].setpage(2);INS[2].setunit(15);INS[3].setope ("存"); INS[3].setpage(3);INS[3].setunit(21);INS[4].setope ("取"); INS[4].setpage(0);INS[4].setunit(56);INS[5].setope ("-");INS[5].setpage(6);INS[5].setunit(40);INS[6].setope ("移位"); INS[6].setpage(4);INS[6].setunit(53);INS[7].setope ("+");INS[7].setpage(5);INS[7].setunit(23);INS[8].setope ("存"); INS[8].setpage(1);INS[8].setunit(37);INS[9].setope ("取"); INS[9].setpage(2);INS[9].setunit(78);INS[10].setope ("+"); INS[10].setpage(4);INS[10].setunit(1);INS[11].setope ("存"); INS[11].setpage(6);INS[11].setunit(84);work*W =new work[7]; ifstream in("g://operate1.txt");long int p;int s;long int i;long int o;for(int jj=0;jj<7 ;jj++){in>>p;in>>s;in>>i;in>>o ;W[jj].setPage(p);W[jj].setsym(s);W[jj].setinum(i);W[jj].setonum(o);}diaodu(W,INS,12);}五．结果显示操作系统实验二〔第二题〕一．用先进先出〔FIFO〕九．程序清单/ 操作系统实验二.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。

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。

合肥学院计算机科学与技术系实验报告2009 ～2010 学年第一学期课程操作系统原理实验名称模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断学生姓名方岚王庆红王兆娟何佳丽专业班级07计本（1）指导教师屠菁2009 年 11 月一、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。

通过这次实习理解在分页式存储管理中怎样实现虚拟存储器。

深入了解分页式存储管理如何实现地址转换,进一步认识分页式虚拟存储管理中如何处理缺页中断。

二、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。

三、实验步骤1. 概要设计分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页 号 页内地址 块 号 块内地址页号 … 块号 … … … 物理地址 逻辑地址 m' n n-10 m n n-1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2.7所示（实验中假定主存64KB，每个主存块1024字节，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）。