4.3请求页式存储管理
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请求页式存储管理中页表的组成
页式存储管理中,页表是管理页面和物理页面之间映射关系的数据结构,用于记录页面的虚拟地址和物理地址之间的对应关系。
页表的组成主要包括以下几个部分:
1. 页表项(Page Table Entry,PTE):每个页表项记录了虚拟
页面的页号和对应的物理页面的帧号,以及一些控制位和标志位,如有效位(valid bit)用于指示该页是否已经分配。
2. 页表:页表是一个由页表项组成的数组,数组的索引即是虚拟页面的页号,每个页表项对应一个虚拟页面。
3. 页目录(Page Directory):如果系统的虚拟地址空间较大,页表可能会非常大,而且维护和查找页表项也会比较费时。
为了简化管理和提高效率,可以引入多级页表机制,即使用页目录来管理页表。
页目录是一个由页目录项组成的数组,每个页目录项指向一个页表,实现了虚拟地址到页表的映射关系。
4. 页目录项(Page Directory Entry,PDE):每个页目录项记
录了一个页表的物理地址和一些控制位和标志位,如有效位用于指示该页表是否已经分配。
以上是页式存储管理中页表的基本组成部分,具体的实现可能因系统架构和算法的不同而有所差异。
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。
操作系统课内实践学生姓名:专业班级:学号:指导老师:工作单位:计算机科学与技术学院题目:内存管理2015 —2016 学年第一学期内存管理一、设计目的、功能与要求设计目的:掌握内存管理的相关内容,对内存的分配与回收有深入的理解。
实验内容:模拟实现内存管理机制具体要求:✓任选一种计算机高级语言编程实现✓选择一种内存管理方案:动态分区式、请求页式、段式、段页式等✓能够输入给定的内存大小,进程的个数,每个进程所需内存空间的大小等✓能够选择分配/ 回收操作✓能够显示进程在内存的存储地址、大小等✓显示每次完成内存分配或回收后内存空间的使用情况二、问题的详细描述、需求分析本实验需要模拟实现计算机的内存管理机制。
内存管理的机制比较多,首先,应该选择其中的一种内存管理方案进行操作。
我选择的是请求页式内存管理机制。
要实现请求页式内存管理方案,首先要熟悉静态页式管理机制。
页式管理程序地址空间分成大小相等的页,每一页都有一个页号,从0开始编排。
把内存也按页的大小分成内存块或页面,同样也从0开始编排。
当一个用户程序装入内存时,以页为单位进分配,并且一个进程的若干页可分别装入物理上不相邻的内存块中。
而请求页式和纯分页不同点在于:请求分页技术当一个用户程序要调入内存时,不是将该程序全部装入内存,而是只装入部分页到内存,就可启动程序运行,在运行的过程中,如果发现要运行的程序或要访问数据不在内存,则向系统发出缺页中断请求,系统在处理这个中断时,将在外存相应的页调入内存,该程序继续运行。
需求分析:因此,在功能需求方面就是要实现这样一个功能,用户可以输入内存的大小,每一页的大小以及页表,当用户输入逻辑地址来访问程序时,如果该逻辑地址所在的页未调入内存,就采用淘汰策略淘汰在内存里面的页面,并将即将访问的逻辑地址所在页调入内存,然后继续执行。
在性能需求方面,需要界面设计合理,便于用户的输入,同时,合理控制程序的时间复杂度和空间复杂度,提高程序性能。
请求页式存储管理1. 设计要求设计一个请求页式存储管理方案。
并编写模拟程序实现之。
页面淘汰算法采用 FIFO页面淘汰算法,并且在淘汰一页时,只将该页在页表中抹去。
而不再判断它是否被改写过,也不将它写回到辅存。
方案提示:1、产生一个需要访问的指令地址流,它是一系列需要访问的指令的地址。
为不失一般性,你可以适当地(用人工指定地方法或用随机数产生器)生成这个序列,使得 50%的指令是顺序执行的。
25%的指令均匀地散布在前地址部分,25%的地址是均匀地散布在后地址部分。
2、指定合适的页面尺寸(例如以 1K或2K为1页);3、指定内存页表的最大长度,并对页表进行初始化;4、每访问一个地址时,首先要计算该地址所在的页的页号,然后查页表,判断该页是否在主存——如果该页已在主存,则打印页表情况;如果该页不在主存且页表未满,则调入一页并打印页表情况;如果该页不足主存且页表已满,则按 FIFO页面淘汰算法淘汰一页后调入所需的页,打印页表情况;逐个地址访问,直到所有地址访问完毕。
2. 问题分析分页存储管理,是将一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的片,称为页面或页,并为各页加以编号。
相应地,也把内存空间分成与页面相同大小的若干个存储块,称为(物理)块或页框(frame),在为进程分配内存时,以块为单位将进程中的若干个页分别装入到多个可以不相邻接的物理块中系统为每个进程建立一个页表,页表给出逻辑页号和具体内存块号相应的关系。
一个页表中包含若干个表目,表目的自然序号对应于用户程序中的页号,表目中的块号是该页对应的物理块号。
请求页式存储管理方式是一种实现虚拟存储器的方式,是指在进程开始运行之前,不是装入全部页面,而是装入一个或零个页面,之后根据进程运行的需要,动态装入其它页面。
当内存空间已满,而又需要装入新的页面时,则根据某种算法淘汰某个页面,以便装入新的页面。
请求页式存储管理主要需要解决以下问题:系统如何获知进程当前所需页面不在主存;当发现缺页时,如何把所缺页面调入主存;当主存中没有空闲的页框时,为了要接受一个新页,需要把老的一页淘汰出去,根据什么策略选择欲淘汰的页面。
计算机操作系统实验报告实验三:一:内存页面调度算法的实现实验目的:理解内存页面的机理。
掌握几种页面置换算法的实现方法通过实验比较各种调度算法的优劣二、请求页式存储管理[问题描述] 设计一个请求页式存储管理方案,为简单起见。
页面淘汰算法采用FIFO 页面淘汰算法,并且在淘汰一页时,只将该页在页表中修改状态位。
而不再判断它是否被改写过,也不将它写回到辅存。
[基本要求]页面尺寸1K,输入进程大小(例如5300bytes),对页表进行初始化,页表结构:系统为进程分配3 个物理块(页框),块号分别为0、1、2,页框管理表(空闲块表):任意输入一个需要访问的指令地址流(例如:3635、3642、1140、0087、1700、5200、4355,输入负数结束),打印页表情况。
每访问一个地址时,首先要计算该地址所在的页的页号,然后查页表,判断该页是否在主存——如果该页已在主存,则打印页表情况;如果该页不在主存且页框未满,则调入该页并修改页表,打印页表情况;如果该页不在主存且页框已满,则按FIFO页面淘汰算法淘汰一页后调入所需的页,修改页表,打印页表情况;存储管理算法的流程图如下:实验结果分析:输入进程大小4455,如果输入访问地址大于4455,则显示ERROR,输入小于等于他并且大于0的地址,则可以根据计算页号从而分配。
然后再判断是否在主存,若是则打印页表,若否,在判断是否在辅存,是,调入页表,否,采用先进先出算法淘汰一页最先进入的页面,调入所需页。
这里采用count计数进行判断。
实验代码:#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#define BUSY0#define NOTBUSY 1struct Page{int PNumber; //页号int BNumber; //物理块号int Count; //计数器bool State; //状态位} Page[6]={{0,2,3,true},{1,1,2,true},{2,-1,0,false},{3,0,1,true},{4,-1,0,false},{5,-1,0,false}}; //对页表进行初始化//利用结构体数组存储页表struct Physical{int BNumber; //物理块号int State; //状态位}Physical[3]={{0,1},{1,1},{2,1}};//利用结构体数组初始化页框int main(){int P, BNumber;int i, j, k;char c;int MaxSize, MaxCount = 0;printf("\n请输入进程大小:");scanf("%d",&MaxSize);//输入进程大小printf("是否要输入访问地址:(Y/N)");scanf("%s",&c);while(c=='Y'||c=='y'){int Address;printf("\n输入要访问的地址:");scanf("%d",&Address);//输入要访问的地址while(Address < 0 || Address > MaxSize){printf("ERROR");printf("\nPlease input the address again:");scanf("%d",&Address);}P = Address / 1024;for (i = 0; i <= 5; i++){if (Page[i].PNumber == P && Page[i].State == true) //在页表中并在主存中{printf("\n页在主存,打印页表:");printf("\n页号:%d 物理块号:%d 状态:%d",Page[i].PNumber,Page[i].BNumber,Page[i].State);}}for(i = 0; i <= 5; i++){if (Page[i].PNumber == P && Page[i].State == false){printf("\n在辅存");//判断页面是否已满if(Physical[0].State == BUSY&& Physical[1].State == BUSY&& Physical[2].State == BUSY){for (j = 0; j <= 5; j++){if (Page[j].Count >= MaxCount && Page[j].State == true)//与在主存的页面相比较{MaxCount = Page[j].Count;k = j;}}BNumber = Page[k].BNumber;Page[k].Count = 0;Page[k].State = false;Page[i].BNumber = BNumber;Page[i].State = true;////修改countfor (j = 0; j <= 5; j++)if (Page[j].State == true)Page[j].Count = Page[j].Count + 1;//淘汰页面,重新调入printf("\n页在辅存并已调入主存,打印页表:");printf("\n页号:%d 物理块号:%d 状态:%d",Page[i].PNumber,Page[i].BNumber,Page[i].State);}else{for (j = 0; j <= 2 ; j++){if (Physical[j].State == NOTBUSY){Page[i].BNumber = Physical[j].BNumber;Page[i].State = true;for (j = 0; j <= 5; j++)if (Page[j].State == true)//在主存的次数加一Page[j].Count = Page[j].Count + 1;printf("/n页在辅存,打印页表:");printf("\n页号:%d 物理块号:%d 状态:%d",Page[i].PNumber,Page[i].BNumber,Page[i].State);}}}}}printf("是否继续输入(Y/N)");scanf("%s",&c);}system("PAUSE"); /* pause to see the result */return 0;}。
软件学院操作系统实验报告专业:软件工程班级:RB软工互152学号:201560160226学生姓名:王泽华指导教师:韩新超实验四:请求页式存储管理一.实验目的深入理解请求页式存储管理的原理,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4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:存储块表、页表等;(2)实现基本分页存储管理,如分配、回收、地址变换;(3)在基本分页的基础上实现请求分页存储管理;(4)给定一批作业/进程,选择一个分配或回收模拟;(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。
五、实验提示1、本实验虽然不以前面实验为基础,但建议在其界面中继续增加请求页式存储管理功能。
2、数据结构:内存分配表、页表空间(用数组实现),修改PCB结构增加页表指针、页表长度。
3、存储管理:编写内存分配、内存回收算法、页面置换算法。
4、主界面设计:在界面上增加一个请求分页内存分配按钮、请求分页内存回收按钮、装入指定进程的指定页按钮。
触发请求分页内存分配按钮,弹出作业大小输入框,输入后调用内存分配函数,在内存分配表和页表中看到分配的存储块。
触发请求分页内存回收按钮,弹出进程ID输入框,输入后调用内存回收函数,在内存分配表中看到回收后的状态改变。
5、功能测试:从显示出的内存分配表和页表,可查看操作的正确与否。
六、实验步骤(1)任务分析:1.最佳页面置换算法(OPT ):其所选择的被淘汰页面,将是以后永不使用的或许是在最长(未来)时间内不再被访问的页面。
采用最佳置换算法,通常可保证获得最低的缺页率。
请求页式存储管理中页表的组成在操作系统中,页式存储管理是一种常见的内存管理机制。
为了实现页式存储管理,系统需要使用页表来映射逻辑地址和物理地址之间的关系。
页表是一个数据结构,它记录了进程的逻辑地址空间与物理地址空间之间的映射关系。
下面是页表的组成和相关参考内容:1. 页表项:页表中的每一项被称为页表项,它包含了一些重要的信息,用于将逻辑地址映射到物理地址。
一个页表项通常由一个标记位和一个页帧号组成。
2. 标记位:标记位用于记录页的状态信息,例如页面是否有效、是否被修改、是否是只读等。
这些标记位可以帮助操作系统在进行地址转换时进行相应的处理。
3. 页帧号:页帧号是物理内存中的页框号,它表示与逻辑页号对应的物理内存地址。
通过页表项中的页帧号,操作系统可以将逻辑地址转换为物理地址。
4. 逻辑页号:逻辑页号是指进程中的页号,它用于标识进程中不同页面的逻辑地址。
逻辑页号经过页表的映射,最终被映射为物理页面的页帧号。
5. 页表基址寄存器:为了实现快速的页表查找,操作系统通常会使用一个页表基址寄存器。
这个寄存器中保存了页表的起始地址,通过它可以快速地访问页表中的某一项。
6. 页表长度:页表长度指的是页表的大小,即页表中的页表项的个数。
页表的长度决定了进程的逻辑地址空间的大小。
7. 页表缓冲:为了提高页表的访问速度,操作系统通常会使用一个特殊的高速缓存,称为页表缓冲。
页表缓冲中保存了最近经常访问的页表项,可以加快地址转换的速度。
8. 多级页表:在有些情况下,如果页表很大,它可能无法完全放入内存中。
为了解决这个问题,操作系统可以使用多级页表的方式。
多级页表把大的页表分为多个小的页表,每个小的页表只包含一部分的页表项,从而可以减少页表的长度。
参考文献:1. Silberschatz, A., Galvin, P. B., & Gagne, G. (2018). Operating system concepts essentials.2. Stallings, W. (2018). Operating systems: internals and design principles.3. Tanenbaum, A. S., & Bos, H. (2014). Modern operating systems.。
请求页式存储管理作业内容:(1)用C(或者其他语言)语言实现对分页式存储管理中的硬件的地址转换和产生缺页中断。
(2)设计页表。
分页式虚拟存储系统是把作业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:页号标志主存块号在磁盘上的位置(3)地址计算。
作业执行时,指令中的逻辑地址指出了参加运算的操作数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。
按计算出的绝对地址可以取到操作数,完成一条指令的执行。
若访问的页标志为“0”,则表示该页不在主存,这时硬件发“缺页中断”信号,由OS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。
(4)设计“地址转换”程序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,执行缺页中断程序。
该模拟程序的算法如图1.2所示。
图 1.2 地址转换模拟流程图(5) 缺页中断模拟。
如果访问页不在主存且页表未满,则调入一页并打印页表情况;如果该页不在主存且页表已满,则产生缺页中断,模拟算法如图1.3所示。
图 1.3 缺页中断算法流程图实验中采用FIFO算法进行页面淘汰。
把在主存的页的页号按进入主存的先后次序排成队列,每次总是调出队首页。
用数组存放页号的队列。
若分配给该作业的物理块数为m,则数组由m个元素组成,p[0],p[1]……p[m-1],队首指针head,队尾指针tail。
当装入新页时,将其页号装入数组。
主要步骤:1. 启动C语言环境,新建文件。
2. 假定主存的每块长度为128个字节;现有一个共七页的作业,其中的第0页至第3页已经装入主存,其余三页未装入主存,主存;该作业的页表为:如果作业依次执行的指令序列(操作,页号,单元号)为:(+, 0, 070)、(+, 1, 050)、(*, 2, 015) 、(存, 3, 021)、(取, 0, 056)、(—, 6, 040)、(移位, 4, 053)、(+, 5, 023)、(存, 1, 037)、(取, 2, 078)、(+, 0, 070)、(+, 4, 001)、(存, 6, 084)。
操作系统-请求页式存储管理实验报告操作系统实验三存储管理实验班级:学号:姓名:⽬录1. 实验⽬的 (2)2. 实验内容 (2)(1) 通过随机数产⽣⼀个指令序列,共320条指令 (2)(2) 将指令序列变换成为页地址流 (2)(3) 计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率 (2)3. 随机数产⽣办法 (3)环境说明 (3)4. 程序设计说明 (3)4.1.全局变量 (3)4.2.随机指令序列的产⽣ (4)4.3.FIFO算法 (4)4.4.LRU算法 (4)4.5.OPT算法 (5)5. 编程实现(源程序): (5)6. 运⾏结果及分析 (11)6.1.运⾏(以某两次运⾏结果为例,列表如下:) (11)6.2.Belady’s anomaly (11)1.实验⽬的存储管理的主要功能之⼀是合理地分配空间。
请求页式管理是⼀种常⽤的虚拟存储管理技术。
本实验的⽬的是通过请求页式存储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。
2.实验内容(1) 通过随机数产⽣⼀个指令序列,共320条指令指令的地址按下述原则⽣成:a) 50% 的指令是顺序执⾏的;b) 25% 的指令是均匀分布在前地址部分;具体的实施⽅法是:a) 在[0,319]的指令地址之间随机选取⼀起点m;b) 顺序执⾏⼀条指令,即执⾏地址为m+1的指令;c) 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';d) 顺序执⾏⼀条指令,其地址为m'+1;e) 在后地址[m'+2,319]中随机选取⼀条指令并执⾏;f) 重复上述步骤a)~f),直到执⾏320次指令。
(2) 将指令序列变换成为页地址流设:a) 页⾯⼤⼩为1K;b) ⽤户内存容量为4页到32页;c) ⽤户虚存容量为32K。
在⽤户虚存中,按每K存放10条指令排列虚存地址,即320条指令在虚存中的存放⽅式为:第0条~第9条指令为第0页(对应虚存地址为[0,9]);第10条~第19条指令为第1页(对应虚存地址为[10,19]);……第310条~第319条指令为第31页(对应虚存地址为[310,319])。