设计一个请求页式存储管理方案

请求页式存储管理中页表的组成在计算机系统中，页式存储管理是一种常见的存储管理方式。

它将主存储器划分为固定大小的页框，将程序和数据分割成相同大小的页面，并将页面映射到页框中。

而页表则是页式存储管理中非常重要的组成部分。

页表是一种数据结构，用于记录页面和页框之间的映射关系。

它的主要作用是将逻辑地址转换为物理地址，实现虚拟内存到物理内存的映射。

在请求页式存储管理中，页表通常由两个部分组成：页目录和页表。

页目录是页表的第一级索引，用于将逻辑地址的高位映射到页表。

它的作用是将逻辑地址的高位转换为页表的物理地址，从而找到对应的页表。

页目录中的每个目录项都对应一个页表，每个目录项的大小通常为4字节。

页目录的大小取决于系统的虚拟地址空间大小和页框大小。

页表是页表的第二级索引，用于将逻辑地址的低位映射到页框。

它的作用是将逻辑地址的低位转换为页框的物理地址，从而找到对应的页框。

页表中的每个表项都对应一个页框，每个表项的大小通常为4字节。

页表的大小取决于系统的虚拟地址空间大小和页框大小。

在请求页式存储管理中，页表的组成可以根据系统的需求进行灵活的设计。

一种常见的设计是多级页表。

多级页表将页表分为多个级别，每个级别的页表都有自己的页目录和页表。

这种设计可以有效地减小页表的大小，提高地址转换的速度。

另一种常见的设计是倒排页表。

倒排页表将页表的索引和数据分开存储，通过索引表来查找页表的数据。

这种设计可以减小页表的大小，提高地址转换的速度。

但是倒排页表需要额外的索引表，增加了存储开销。

除了页目录和页表，页表还可以包含其他的信息，如访问权限、脏位、有效位等。

这些信息可以用于实现更加复杂的存储管理策略，如页面置换算法、页面共享等。

总之，请求页式存储管理中的页表是实现虚拟内存到物理内存映射的重要组成部分。

它由页目录和页表组成，可以根据系统的需求进行灵活的设计。

页表的组成和设计对于系统的性能和效率有着重要的影响，需要根据具体的应用场景进行选择和优化。

操作系统——页式存储管理分区式存储管理最⼤的缺点是碎⽚问题严重，内存利⽤率低。

究其原因，主要在于连续分配的限制，即它要求每个作⽤在内存中必须占⼀个连续的分区。

如果允许将⼀个进程分散地装⼊到许多不相邻的分区中，便可充分地利⽤内存，⽽⽆需再进⾏“紧凑”。

基于这⼀思想，产⽣了“⾮连续分配⽅式”，或者称为“离散分配⽅式”。

连续分配：为⽤户进程分配的必须是⼀个连续的内存空间。

⾮连续分配：为⽤户进程分配的可以是⼀些分散的内存空间。

分页存储管理的思想：把内存分为⼀个个相等的⼩分区，再按照分区⼤⼩把进程拆分成⼀个个⼩部分。

分页存储管理分为：实分页存储管理和虚分页存储管理⼀、实分页式存储管理实分页式存储最⼤的优点是内存利⽤率⾼，与⽬前流⾏的虚分页存储管理相⽐，具有实现简单，程序运⾏快的优点。

⽬前，飞速发展的硬件制造技术使得物理内存越来越⼤，因此我们认为，实分页式存储管理将是⼀种最有发展前途的存储管理⽅式。

1.1、基本原理假设⼀个⼤型饭店，所有的客房都是标准的双⼈间，部分客房已经住进客⼈，现在⼜有⼀个旅游团要求⼊住。

接待员统计了⼀下，对旅游团领队说：“贵团全体成员都能住下，两⼈⼀个房间，但是不能住在同⼀楼层了，因为每层空着的客房不够，更没有⼏个挨着的。

请原谅！”。

对于这样的安排，⼀般⼈不会感到奇怪。

因为旅游团本来就是由⼀位位个⼈或夫妻等组成的，⽽饭店的客房本来也是两⼈⼀间的，两⼈⼀组正好可住在⼀个客房⾥；另外，饭店⼏乎每天都有⼊住的和退房的客⼈，想在同⼀楼层找⼏间挨着的客房实在不容易。

①将整个系统的内存空间划分成⼀系列⼤⼩相等的块，每⼀块称为⼀个物理块、物理页或实页，页架或页帧（frame），可简称为块（block）。

所有的块按物理地址递增顺序连续编号为0、1、2、……。

这⾥的块相当于饭店的客房，系统对内存分块相当于饭店把⼤楼所有的客房都设计成标准的双⼈间。

②每个作业的地址空间也划分成⼀系列与内存块⼀样⼤⼩的块，每⼀块称为⼀个逻辑页或虚页，也有⼈叫页⾯，可简称为页（page）。

淮海工学院计算机科学系实验报告书课程名：《操作系统》题目：虚拟存储器管理页面置换算法模拟实验班级：学号：姓名：一、实验目的与要求1.目的：请求页式虚存管理是常用的虚拟存储管理方案之一。

通过请求页式虚存管理中对页面置换算法的模拟，有助于理解虚拟存储技术的特点，并加深对请求页式虚存管理的页面调度算法的理解。

2.要求：本实验要求使用C语言编程模拟一个拥有若干个虚页的进程在给定的若干个实页中运行、并在缺页中断发生时分别使用FIFO和LRU算法进行页面置换的情形。

其中虚页的个数可以事先给定（例如10个），对这些虚页访问的页地址流（其长度可以事先给定，例如20次虚页访问）可以由程序随机产生，也可以事先保存在文件中。

要求程序运行时屏幕能显示出置换过程中的状态信息并输出访问结束时的页面命中率。

程序应允许通过为该进程分配不同的实页数，来比较两种置换算法的稳定性。

二、实验说明1．设计中虚页和实页的表示本设计利用C语言的结构体来描述虚页和实页的结构。

在虚页结构中，pn代表虚页号，因为共10个虚页，所以pn的取值范围是0—9。

pfn代表实页号，当一虚页未装入实页时，此项值为-1；当该虚页已装入某一实页时，此项值为所装入的实页的实页号pfn。

time项在FIFO算法中不使用，在LRU中用来存放对该虚页的最近访问时间。

在实页结构中中，pn代表虚页号，表示pn所代表的虚页目前正放在此实页中。

pfn代表实页号，取值范围（0—n-1）由动态指派的实页数n所决定。

next是一个指向实页结构体的指针，用于多个实页以链表形式组织起来，关于实页链表的组织详见下面第4点。

2．关于缺页次数的统计为计算命中率，需要统计在20次的虚页访问中命中的次数。

为此，程序应设置一个计数器count，来统计虚页命中发生的次数。

每当所访问的虚页的pfn项值不为-1，表示此虚页已被装入某实页内，此虚页被命中，count加1。

最终命中率=count/20*100%。

实验六：请求分页存储管理一．实验目的深入理解请求页式存储管理的基本概念和实现方法，重点认识其中的地址变换、缺页中断、置换算法等实现思想。

二．实验属性该实验为综合性、设计性实验。

三．实验仪器设备及器材普通PC386以上微机四．实验要求本实验要求2学时完成。

本实验要求完成如下任务：（1）建立相关的数据结构：页表、页表寄存器、存储块表等；（2）指定分配给进程的内存物理块数，设定进程的页面访问顺序；（3）设计页面置换算法，可以选择OPT、FIFO、LRU等，并计算相应的缺页率，以比较它们的优劣；（4）编写地址转换函数，实现通过查找页表完成逻辑地址到物理地址的转换；若发生缺页则选择某种置换算法（OPT、FIFO、LRU等）完成页面的交换；（5）将整个过程可视化显示出来。

实验前应复习实验中所涉及的理论知识和算法，针对实验要求完成基本代码编写并完成预习报告、实验中认真调试所编代码并进行必要的测试、记录并分析实验结果。

实验后认真书写符合规范格式的实验报告（参见附录A），并要求用正规的实验报告纸和封面装订整齐，按时上交。

三、设计过程3.1算法原理分析OPT算法是未来最远出现，当当前内存中没有正要访问的页面时，置换出当前页面中在未来的访问页中最远出现的页面或再也不出现的页面。

FIFO算法是先进先出，当当前内存中没有正要访问的页面时，置换出最先进来的页面。

LRU算法是最近最久未使用，当当前内存中没有正要访问的页面时，置换出在当前页面中最近最久没有使用的页面。

3.2数据定义int length,num_page,count,seed; //length记录访问串的长度，num_page页面数，count记录缺页次数int result[20][30],order[30],a[10]; //result记录结果,order存储访问串,a存储当前页面中的值int pos1,flag1,flag2,flag3; //pos1位置变量，flag1等为标志变量 char result1[30]; //记录缺页数组 void opt() //最佳void fifo() //先进先出bool search(int n) //查找当前内存中是否已存在该页3.3流程图与运行截图图6.1 FIFO （）函数流程图;否是 是否 开始得到执行的指令指令是否在内存中最先存入指令被淘汰下面是否还有指令 结束得出命中率图2.2 OPT算法流程图四、小结本次课程设计目的是通过请求页式管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式存储管理的页面置换算法。

页式存储管理方案中简介页式存储管理是一种常见的存储管理方案，它利用固定大小的页面来组织和管理内存中的数据。

在页式存储管理方案中，内存被划分为多个固定大小的页框，应用程序中的数据被分割为同样大小的页面，并分配到对应的页框中。

这种分页的方式使得操作系统可以更加灵活地管理内存，提高系统的性能和资源利用率。

页式存储管理方案的原理页式存储管理方案主要由两个核心组件组成：页表和页表项。

页表页表是一个数据结构，用于记录每个页面在内存中的位置。

它通常是一个二维数组，第一维表示虚拟页面号，第二维表示物理页面号。

通过页表，操作系统可以根据虚拟页面号找到对应的物理页面号，从而实现页面的映射。

页表项页表项是页表中的一个元素，用于存储与页面相关的信息。

每个页表项通常包含以下几个字段：•有效位（Valid Bit）：表示该页表项是否有效，即该页面是否在内存中。

•修改位（Dirty Bit）：表示该页面是否被修改过。

•引用位（Reference Bit）：表示该页面是否被访问过。

•页面框号（Page Frame Number）：表示该页面在内存中的位置。

通过页表和页表项，操作系统可以根据虚拟页面号查找对应的页表项，进而获取页面在内存中的位置。

页式存储管理方案的优势相比于其他的存储管理方案，页式存储管理方案具有以下几个显著的优势：灵活的管理方式页式存储管理方案将内存划分为大小固定的页面，使得操作系统能够更加灵活地管理内存。

通过分页的方式，操作系统可以将不连续的物理页面映射到连续的虚拟页面中，从而提高内存的利用率，并能够更好地满足应用程序的需求。

高效的页面替换算法在页式存储管理方案中，当系统需要分配一个新的页面时，如果内存中没有空闲页框，就需要使用页面替换算法来选择一个合适的页面进行替换。

页式存储管理方案支持多种页面替换算法，如最近最少使用算法（LRU）、最不经常使用算法（LFU）等。

这些算法可以根据页面的引用位和修改位等信息，选择合适的页面进行替换，从而提高系统的性能和响应速度。

实验八请求分页存储管理设计一、虚拟存储器的相关知识：1.概述：虚拟存储器(Virtual Memory)：在具有层次结构存储器的计算机系统中，自动实现部分装入和部分替换功能，能从逻辑上为用户提供一个比物理贮存容量大得多，可寻址的“主存储器”。

虚拟存储区的容量与物理主存大小无关，而受限于计算机的地址结构和可用磁盘容量。

作用：虚拟内存的作用内存在计算机中的作用很大，电脑中所有运行的程序都需要经过内存来执行，如果执行的程序很大或很多，就会导致内存消耗殆尽。

为了解决这个问题，Windows中运用了虚拟内存技术，即拿出一部分硬盘空间来充当内存使用，当内存占用完时，电脑就会自动调用硬盘来充当内存，以缓解内存的紧张。

举一个例子来说，如果电脑只有128MB物理内存的话，当读取一个容量为200MB的文件时，就必须要用到比较大的虚拟内存，文件被内存读取之后就会先储存到虚拟内存，等待内存把文件全部储存到虚拟内存之后，跟着就会把虚拟内存里储存的文件释放到原来的安装目录里了。

下面，就让我们一起来看看如何对虚拟内存进行设置吧。

2.请求分页虚拟存储系统是将作业信息的副本存放在磁盘这一类辅助存储器中，当作业被调度投入运行时，并不把作业的程序和数据全部装入主存，而仅仅装入立即使用的那些页面，至少要将作业的第一页信息装入主存，在执行过程中访问到不在主存的页面时，再把它们动态地装入。

用得较多的分页式虚拟存储管理是请求分页（demand paging），当需要执行某条指令或使用某个数据，而发现它们并不在主存时，产生一个缺页中断，系统从辅存中把该指令或数据所在的页面调入内存。

3.替换算法：替换规则用来确定替换主存中哪一部分，以便腾空部分主存，存放来自辅存要调入的那部分内容。

常见的替换算法有4种。

随机算法用软件或硬件随机数产生器确定替换的页面。

先进先出先调入主存的页面先替换。

近期最少使用算法替换最长时间不用的页面。

最优算法替换最长时间以后才使用的页面。

页式存储管理一、实验目的：掌握分页式存储管理的基本概念和实现方法。

要求编写一个模拟的分页式管理程序，并能对分页式存储的页面置换算法进行编写和计算各个算法的缺页率。

二、程序设计：首先创建页面链指针数据结构，并设计页面映像表，采用数组的方法给定页面映像。

申请缓冲区，将一个进程的逻辑地址空间划分成若干个大小相等的部分，每一部分称做页面或页。

每页都有一个编号，叫做页号，页号从0开始依次编排，如0，1，2……。

设置等大小的内存块。

初始状态：将数据文件的第一个页面装入到该缓冲区的第0块。

设计页面置换算法，这里分别采用最佳页面置换算法OPT和最近最久未使用置换算法LRU,并分别计算它们的缺页率，以比较它们的优劣。

三、算法说明：执行程序时，当主存没有可用页面时，为了选择淘汰主存中的哪一页面，腾出1个空闲块以便存放新调入的页面。

淘汰哪个页面的首要问题是选择何种置换算法。

该程序采用人工的方法选择，依置换策略选择一个可置换的页，并计算它们的缺页率以便比较。

/*分页式管理实验-源程序*/#include"stdio.h"#define N 16#define num 5 /*进程分配物理块数目*/int A[N]={1,2,3,4,5,6,7,8,5,2,3,2,7,8,1,4}; /*页表映像*/typedef struct page{ int address; /*页面地址*/struct page *next;}page;struct page *head,*run,*rear;void jccreat() /*进程分配物理块*/{ int i=1;page *p,*q;head=(page *)malloc(sizeof(page)); p=head;for(i=1;i<=num;i++) { q=(page *)malloc(sizeof(page));p->next=q; q->address=0; q->next=NULL; p=q; }rear=p;}int search(int n){page *p;int i=0;p=head;while(p->next){if(p->next->address==n){printf("Get it at the page %d\n",i+1);run=p;return 1;}p=p->next;i++;}return 0;}void changeOPT(int n,int position){int i;int total=0;int flag=1;int distance[num];int MAX;int order=0;page *p,*q;p=head->next;q=head->next;for(i=0;i<num;i++)distance[i]=100;i=0;while(p){if(p->address==0){flag=0;break;}p=p->next;i++;}if(!flag){p->address=n;printf("Change the page %d\n",i+1);}else{while(q){for(i=position;i<N;i++){if(q->address==A[i])distance[total]=i-position;}total++;q=q->next;}MAX=distance[0];for(i=0;i<num;i++){if(distance[i]>MAX){MAX=distance[i];order=i;}}printf("Change the page %d\n",order+1);i=0;while(p){if(i==order)p->address=n;i++;p=p->next;}}}void changeLRU(int n){int i=0;int flag=1;page *p,*delect;p=head->next;while(p){if(p->address==0){flag=0;p->address=n;printf("Change the page %d\n",i+1);break;}p=p->next;i++;}if(flag){delect=head->next;head->next=delect->next;printf("Delect from the head, and add new to the end.\n");delect->address=n;rear->next=delect;rear=delect;rear->next=NULL;}}float OPT(){int i;int lose=0;float losef;float percent;for(i=0;i<N;i++){if(search(A[i])==0){lose++;changeOPT(A[i],i);}}losef=lose;percent=1-(losef/N);return percent;}float LRU(){int i;int lose=0;float losef;float percent;page *p;for(i=0;i<N;i++){if(search(A[i])==0){lose++;changeLRU(A[i]);}else{p=run->next;run->next=p->next;rear->next=p;rear=p;rear->next=NULL;printf("Move it to end of queue.\n");}}losef=lose;percent=1-(losef/N);return percent;}main() /*主函数部分*/{float percent;int choice;printf("Select the arithmetic:\n(1)OPT\n(2)LRU\nyour choice is:"); scanf("%d",&choice);/*选择页面置换算法*/jccreat(); /*创建进程*/if(choice==1) /*采用OPT算法置换*/{percent=OPT(); /*计算OPT时的缺页率*/ printf("The percent of OPT is %f",percent);}else if(choice==2) /*采用LRU算法置换*/ {percent=LRU(); /*计算LRU时的缺页率*/ printf("The percent of OPT is %f",percent);}else printf("Your choice is invalid.");getch();}四．运行结果:最佳（Optimal）置换算法：最近最久未使用(LRU)置换算法：五、心得体会掌握分页式存储管理的基本概念和实现方法。