虚拟化存储实验报告

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。

实习五虚拟存储器实验报告一、实验目的本次虚拟存储器实验旨在深入理解虚拟存储器的工作原理，掌握页面置换算法的实现和性能评估，以及观察虚拟存储器对系统性能的影响。

二、实验环境本次实验在装有 Windows 操作系统的计算机上进行，使用了专门的虚拟存储器实验软件，包括模拟系统内存和磁盘存储的工具。

三、实验原理1、虚拟存储器的概念虚拟存储器是一种通过硬件和软件的结合，为用户提供一个比实际物理内存大得多的逻辑地址空间的技术。

它允许程序在运行时，仅将部分数据和代码装入内存，而其余部分则存储在磁盘上，当需要时再进行调入和调出。

2、页面置换算法常见的页面置换算法有先进先出（FIFO）算法、最近最少使用（LRU）算法和最佳置换（OPT）算法等。

这些算法用于决定当内存空间不足时，哪些页面应该被替换出去，以腾出空间给新的页面。

四、实验内容与步骤（一）实验内容1、实现 FIFO 页面置换算法，并对其性能进行测试。

2、实现 LRU 页面置换算法，并对其性能进行比较。

3、观察不同页面访问序列和内存大小对页面置换算法性能的影响。

（二）实验步骤1、启动虚拟存储器实验软件，设置系统内存大小和页面大小。

2、输入页面访问序列，分别运行 FIFO 和 LRU 页面置换算法。

3、记录每次页面置换的情况，包括被置换的页面、缺页次数等。

4、改变页面访问序列和内存大小，重复上述实验过程。

五、实验结果与分析（一）FIFO 页面置换算法结果当使用 FIFO 算法时，对于给定的页面访问序列，随着内存大小的增加，缺页次数逐渐减少。

但在某些情况下，由于先进先出的特性，可能会出现将即将使用的页面置换出去的情况，导致缺页率较高。

（二）LRU 页面置换算法结果LRU 算法在大多数情况下表现优于 FIFO 算法。

因为它基于页面的最近使用情况进行置换，更能保留近期可能会再次使用的页面，从而减少缺页次数。

（三）不同页面访问序列的影响不同的页面访问序列对页面置换算法的性能有显著影响。

虚拟存储管理实验报告实验概述虚拟存储管理实验是操作系统课程中的一项重要实验，旨在通过模拟内存管理中的分页机制和页面置换算法，深入理解操作系统中的虚拟内存管理技术。

本实验主要包括以下几个关键点：- 模拟内存的分页机制- 实现页面置换算法- 分析不同页面置换算法的性能指标实验环境本次实验基于C语言和Linux操作系统进行实现，使用gcc编译器进行编译和调试。

实验过程及实现细节在本次实验中，我们实现了一个简单的虚拟内存系统，主要包括以下几个模块：页面管理、页面分配、页面置换和性能分析。

下面对每个模块的实现细节进行详细描述。

页面管理页面管理模块主要负责管理虚拟内存和物理内存之间的映射关系。

我们采用了分页机制进行管理，将虚拟内存和物理内存划分为固定大小的页面。

页面的大小由实验设置为4KB。

页面分配页面分配模块负责分配物理内存空间给进程使用。

我们使用一个位图作为物理内存管理的数据结构，记录每个页面的使用情况。

在每次页面分配时，我们会查找位图中第一个空闲的页面，并将其分配给进程。

页面置换页面置换模块是虚拟存储管理中的核心算法，主要用于解决内存中页面不足时的页面置换问题。

本次实验中我们实现了两种常用的页面置换算法：FIFO（先进先出）和LRU（最近最少使用）算法。

FIFO算法是一种简单的页面置换算法，它总是选择最早被加载到物理内存的页面进行置换。

LRU算法是一种基于页面访问历史的算法，它总是选择最长时间未被访问的页面进行置换。

性能分析性能分析模块主要用于评估不同的页面置换算法的性能指标。

我们使用了缺页率（Page Fault Rate）和命中率（Hit Rate）作为评价指标。

缺页率表示物理内存中的页面不能满足进程请求的比例，命中率表示进程请求的页面已经在物理内存中的比例。

实验结果为了评估不同的页面置换算法的性能，在实验过程中，我们通过模拟进程的页面访问序列，统计页面置换次数、缺页率和命中率等指标。

以一个包含100个页面访问请求的序列为例，我们分别使用FIFO算法和LRU 算法进行页面置换。

一、实验目的1. 了解模拟存储技术的概念和原理；2. 掌握模拟存储器的基本结构和功能；3. 通过实验验证模拟存储技术的性能特点；4. 分析模拟存储技术在现代计算机系统中的应用。

二、实验环境1. 实验平台：PC机2. 实验软件：C++ Builder3. 实验工具：Visual Studio三、实验原理模拟存储技术是一种在计算机系统中实现存储器虚拟化的技术。

通过模拟存储器，计算机可以实现对物理存储器的高效管理和利用。

模拟存储技术主要包括以下几种：1. 虚拟存储器：通过将物理内存和硬盘存储空间结合起来，实现大容量内存的模拟；2. 页面置换算法：根据页面访问的频率和顺序，选择合适的页面进行置换，以提高内存利用率；3. 快速缓存：通过将频繁访问的数据存储在快速缓存中，减少对物理内存的访问次数。

四、实验内容1. 模拟存储器的基本结构设计（1）设计模拟存储器的基本结构，包括物理内存、硬盘存储空间、虚拟内存和页面置换算法等模块；（2）实现模拟存储器的初始化、数据读写、页面置换等功能。

2. 页面置换算法的实现（1）实现三种页面置换算法：FIFO、LRU和OPT；（2）对每种算法进行性能分析，包括缺页率和页面命中率等指标。

3. 快速缓存的设计与实现（1）设计快速缓存的结构，包括缓存大小、替换策略等；（2）实现快速缓存的数据读写、替换等功能。

4. 模拟存储技术的应用实例（1）模拟一个简单的计算机系统，包括CPU、内存、硬盘等模块；（2）在计算机系统中应用模拟存储技术，实现虚拟内存和快速缓存等功能；（3）通过实验验证模拟存储技术在计算机系统中的应用效果。

五、实验步骤1. 设计模拟存储器的基本结构，实现初始化、数据读写、页面置换等功能；2. 实现三种页面置换算法：FIFO、LRU和OPT，并分析其性能；3. 设计快速缓存的结构，实现数据读写、替换等功能；4. 模拟一个简单的计算机系统，应用模拟存储技术，实现虚拟内存和快速缓存等功能；5. 对实验结果进行分析，总结模拟存储技术的性能特点和应用效果。

实习五-虚拟存储器实验报告实习五虚拟存储器实验报告一、实验目的本次虚拟存储器实验的主要目的是深入理解虚拟存储器的工作原理和机制，通过实际操作和观察，掌握虚拟存储器的地址转换、页面置换算法等关键概念，以及它们对系统性能的影响。

二、实验环境本次实验在_____操作系统下进行，使用了_____开发工具和_____模拟软件。

三、实验原理虚拟存储器是一种将主存和辅存结合起来使用的技术，它为用户提供了一个比实际物理内存大得多的逻辑地址空间。

虚拟存储器的实现基于分页或分段机制，将逻辑地址空间划分为固定大小的页或段，然后通过页表或段表将逻辑地址映射到物理地址。

在虚拟存储器中，当访问的页面不在主存中时，会发生页面缺失，此时需要从辅存中将所需页面调入主存。

页面置换算法则用于决定在主存已满时，将哪些页面换出主存，以腾出空间调入新的页面。

常见的页面置换算法有先进先出（FIFO）算法、最近最少使用（LRU）算法和最佳置换（OPT）算法等。

四、实验内容与步骤1、初始化实验环境启动操作系统和模拟软件。

设置相关参数，如页面大小、主存容量、辅存容量等。

2、生成访问序列使用随机数生成器或特定的模式生成一系列的逻辑地址访问序列。

3、地址转换根据页表，将逻辑地址转换为物理地址。

记录地址转换的过程和结果，包括是否发生页面缺失。

4、页面置换算法实现分别实现 FIFO、LRU 和 OPT 页面置换算法。

在发生页面缺失时，根据相应的算法选择换出的页面。

5、性能评估统计不同页面置换算法下的页面缺失次数、缺页率等性能指标。

分析不同算法对系统性能的影响。

五、实验结果与分析1、地址转换结果展示部分逻辑地址转换为物理地址的示例，说明转换的过程和正确性。

2、页面置换算法的性能比较给出 FIFO、LRU 和 OPT 算法在相同访问序列下的页面缺失次数和缺页率。

绘制图表直观地比较不同算法的性能差异。

例如，以下是三种算法在某一特定访问序列下的性能数据：｜算法|页面缺失次数|缺页率|｜｜｜｜｜FIFO|＿____|＿____%｜｜LRU|＿____|＿____%｜｜OPT|＿____|＿____%｜从上述数据可以看出，OPT 算法的性能最优，其页面缺失次数和缺页率最低；FIFO 算法的性能最差，页面缺失次数和缺页率相对较高；LRU 算法的性能介于两者之间。

一、实验目的1. 了解虚拟器存储的基本概念和原理；2. 掌握虚拟器存储的安装和配置方法；3. 通过虚拟器存储实验，验证虚拟器存储在计算机系统中的作用和优势。

二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 虚拟器软件：VMware Workstation 153. 实验内容：创建虚拟机、配置虚拟机、安装操作系统、配置网络、使用虚拟机存储三、实验步骤1. 创建虚拟机（1）打开VMware Workstation，点击“创建新的虚拟机”；（2）选择“自定义（高级）”，点击“下一步”；（3）选择虚拟机兼容性，点击“下一步”；（4）选择操作系统类型和版本，点击“下一步”；（5）输入虚拟机名称和安装路径，点击“下一步”；（6）分配内存大小，点击“下一步”；（7）创建虚拟硬盘，选择硬盘文件类型和容量，点击“下一步”；（8）选择虚拟机网络类型，点击“下一步”；（9）选择I/O设备设置，点击“下一步”；（10）完成创建虚拟机。

2. 配置虚拟机（1）双击打开虚拟机；（2）选择“自定义设置”；（3）在“硬件”选项卡中，调整虚拟机CPU核心数、内存大小等；（4）在“选项”选项卡中，配置网络连接、USB控制器等；（5）在“虚拟硬盘”选项卡中，调整硬盘容量、存储模式等；（6）在“CD/DVD选项”选项卡中，添加安装操作系统所需的镜像文件；（7）在“其他设置”选项卡中，配置USB控制器、打印机等。

3. 安装操作系统（1）启动虚拟机，进入操作系统安装界面；（2）按照安装向导完成操作系统安装。

4. 配置网络（1）在虚拟机中打开网络管理工具；（2）选择合适的网络连接方式，如桥接模式；（3）配置IP地址、子网掩码、网关等信息。

5. 使用虚拟机存储（1）在虚拟机中安装文件管理器；（2）将需要存储的文件复制到虚拟机中；（3）在虚拟机中打开文件管理器，查看存储的文件。

四、实验结果与分析1. 实验结果通过本次实验，成功创建了一个虚拟机，并安装了操作系统。

安徽大学操作系统实验报告姓名：学号：实验日期：指导老师：一、实验题目虚拟存储器——模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断。

一、实验目的及要求在计算机系统中，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。

四、实验内容和步骤（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。

该模拟程序的算法如图2-1。

（4）假定主存的每块长度为64个字节；现有一个共七页的作业，其中第0页至第3页已经装入主存，其余三页尚未装入主存；该作业的页表为：如果作业依次执行的指令序列为：（5）运行设计的地址转换程序，显示或打印运行结果。

一、实验目的1. 理解虚拟存储管理的基本概念和原理。

2. 掌握分页式虚拟存储管理的地址转换和缺页中断处理过程。

3. 学习并分析几种常见的页面置换算法，如FIFO、LRU、OPT等。

4. 比较不同页面置换算法的性能，提高对虚拟存储管理的认识。

二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 编程语言：Python3. 虚拟存储器模拟工具：虚拟机（VirtualBox）三、实验内容1. 模拟分页式虚拟存储器（1）定义分页式虚拟存储器的参数，如页大小、内存大小、虚拟地址空间大小等。

（2）创建页表，记录每个页在内存中的位置和是否已加载。

（3）模拟进程的指令序列，生成虚拟地址。

（4）根据虚拟地址进行地址转换，得到物理地址。

（5）处理缺页中断，选择合适的页面置换算法。

2. 页面置换算法模拟（1）实现FIFO（先进先出）页面置换算法。

（2）实现LRU（最近最少使用）页面置换算法。

（3）实现OPT（最优页面置换）算法。

3. 比较不同页面置换算法的性能（1）设置不同的页面置换算法，模拟进程运行。

（2）记录每次缺页中断时的页面命中率。

（3）比较不同页面置换算法的页面命中率，分析其性能。

四、实验结果与分析1. 分页式虚拟存储器模拟（1）通过模拟，成功实现了分页式虚拟存储器的地址转换和缺页中断处理过程。

（2）实验结果表明，分页式虚拟存储器能够有效地提高内存利用率，减少内存碎片。

2. 页面置换算法模拟（1）实现了FIFO、LRU和OPT三种页面置换算法。

（2）通过模拟，比较了三种算法在不同进程下的页面命中率。

3. 页面置换算法性能比较（1）FIFO算法的页面命中率较低，适用于进程较稳定的情况。

（2）LRU算法的页面命中率较高，适用于进程频繁访问同一页面的情况。

（3）OPT算法的页面命中率最高，但实现复杂度较高，适用于进程访问序列可预测的情况。

五、实验结论1. 通过本次实验，加深了对虚拟存储管理的基本概念和原理的理解。

淮海工学院计算机工程学院实验报告书课程名：《操作系统原理》题目：虚拟存储器班级：学号：姓名：评语：成绩：指导教师：批阅时间：年月日一、目的与要求（一）目的由于超大规模集成电器电路（ＶＬＳＩ）技术的发展，使存贮器的容量不断扩大，价格大幅度下降。

但从应用角度看，存贮器的容量和成本总会受到一定的限制。

所以，提高存贮器的使用效率始终是操作系统研究的重要课题之一，虚拟存贮器技术是用来扩大主存容量的一种重要的方法。

本实习要求学生独立地用高级语言编写几个常用的存贮器分配算法，并能设计一个存贮管理的模拟程序，能对各种算法进行分析比较，评测其性能优劣，从而加深对这些算法的了解。

（二）要求为了比较真实地模拟存贮器管理，可预先生成一个大致符合实际情况的指令地址流。

然后，通过模拟这样一种指令序列的执行来计算和分析比较各种算法的访问命中率。

二、示例１．题目本示例给出采用页式分配存贮器管理方案，并通过分析、计算不同页面淘汰算法情况下的访问命中率来比较各种算法的优劣，另外也考虑改变页面尺寸大小和实际存贮器容量对计算结果的影响，从而可为选择好的算法、合适的页面尺寸和存贮器实际容量提供依据。

本程序是按下述原则生成指令序列的：（１）５０％的指令是顺序执行的。

（２）２５％的指令是均匀分布在前地址部分。

（３）２５％的指令是均匀分布在后地址部分。

示例中选用最佳淘汰算法（OPT）和最近最少使用页面淘汰算法（ＬＲＵ）计算页面命中率。

公式为：页面失败次数命中率＝１－───────页地址流长度假定虚拟存贮容量为３２Ｋ，页面尺寸从１Ｋ到８Ｋ，实存容量从４页到３２页。

２.算法与框图（１）最佳淘汰算法（ＯＰＴ）。

这是一种理想的算法，可用来作为衡量其他算法优劣的依据，在实际系统中是难以实现的，因为它必须先知道指令的全部地址流。

由于本示例中已生成了全部地址流，故可计算最佳命中率。

该算法的准则是淘汰已满页表中以后不再访问或是最迟访问的页。

这就要求将页表中的页逐个与后继指令访问的所有页比较，如后继指令不再访问此页，则把此页淘汰，不然得找出后继指令中最迟访问的页面予以淘汰。

操作系统管理-虚拟存储器-实验报告-代码7页一、实验目的学习操作系统中虚拟存储器的概念，掌握虚拟存储器的实现思路和方式。

二、实验要求在C语言环境下，实现基于分页机制的虚拟存储和页表管理。

三、实验内容1.实现一个虚拟存储器，其中分页大小为4KB，虚拟地址空间大小为4GB（每个进程可以使用的虚拟地址空间）。

物理内存大小为512MB，即实际内存中有128个物理页面。

2.实现页表管理，将虚拟地址映射到物理地址。

3.实现页面替换算法，当物理内存不足时，需要将某些页面从内存中置换出来。

4.实现程序的运行，能够根据页面缺失率输出性能参数。

四、实验步骤1.确定程序设计思路和数据结构。

2.实现虚拟存储器和页表管理。

3.实现页面替换算法。

五、实验代码及解析对于程序设计思路，首先需要确定虚拟存储器和物理内存的大小，以及页面大小。

虚拟存储器大小默认为4GB，物理内存大小为512MB，页面大小为4KB。

其次，需要设计页表数据结构。

页表可以使用一个二维数组表示，其中第一维表示页表项，第二维表示页内地址。

页表项有四个字段，分别为标志位（是否在内存中）、页框号（页面所在的物理页框号）、保护（页面的读写权限）、计数（页面使用情况的计数器）。

第三，需要设计页面替换算法。

本程序采用最近最少使用算法（LRU）作为页面替换算法，当物理内存不足时，选择使用最近最少使用的页面进行替换。

#define PAGE_SIZE 4096 // 页面大小#define VIRTUAL_MEM_SIZE 4 * 1024 * 1024 * 1024 // 虚拟存储器大小#define PHYSICAL_MEM_SIZE 512 * 1024 * 1024 // 物理内存大小#define PAGE_NUM (VIRTUAL_MEM_SIZE / PAGE_SIZE) // 页面总数#define PHYSICAL_PAGE_NUM (PHYSICAL_MEM_SIZE / PAGE_SIZE) // 物理页面数struct page_table_entry {int present; // 是否在内存中（1为在，0为不在）int page_frame; // 页面所在的物理页框号int protect; // 页面的读写权限int count; // 页面使用情况的计数器}struct page_table_entry page_table[PAGE_NUM][PAGE_SIZE]; // 页表虚拟存储器和页表管理需要掌握的是页表的相关数据结构，还有一个重要的点，就是如何将虚拟地址映射到物理地址。

虚拟存储管理实验总结虚拟存储是一种计算机操作系统的存储管理技术。

通过虚拟存储技术，操作系统能够把正在运行的程序看成是存储在主存储器中的一部分。

当程序需要的数据暂时不存在于主存储器时，操作系统会自动把暂时不用的程序或数据存放在磁盘上，并在需要时再自动调入主存储器中，从而以较小的主存储器容量来运行大程序。

在本次虚拟存储管理实验中，我们学习了虚拟存储管理技术的实现原理以及相关算法。

通过该实验，我们深入理解了进程运行时的存储管理过程，并通过实际操作和调试，进一步巩固了对操作系统的理论知识和实践应用的掌握。

一、实验环境本次实验主要在Linux操作系统上进行。

Linux内核由于其源代码公开、开放平台、代码规范等优点，成为了广大计算机科学爱好者学习操作系统的首选。

我们还需要安装实验所需的MAM分配器和SSTF调度器等辅助工具。

二、实验过程实验的主要步骤包括：1.分配器的实现。

我们需要实现MAM分配器，该分配器要求能够自动将进程使用的内存块分配出去，且在进程退出时自动释放所使用的内存块。

2.虚拟地址转换实现。

实验中，我们需要使用页表来管理虚拟地址。

通过页表，可以将虚拟地址转换为物理地址，从而操作系统可以向硬盘中读写数据。

3.页面置换算法实现。

当内存不足时，虚拟存储会通过一些页面置换算法将部分进程在内存中的页面清除，以留下新的内存页面。

我们需要实现SSTF算法，即使用磁盘上最近访问时间最短的页面作为置换页面。

4.进程初始化和各种信号灯的设置。

进程初始化时，需要使用fork函数创建子进程并将进程挂入等待队列中，以等待分配内存同步完成。

信号灯的设置则是为了保证操作的原子性和同步性。

实验中，我们首先实现了MAM分配器，通过实现内存块分配和释放函数，它可以很好地帮助我们管理分配出去的内存块。

接着，我们着手实现虚拟地址转换功能，需要对物理内存和虚拟内存进行管理。

由于高速缓存可以从磁盘中不用重复读取数据，所以我们还需要实现页面管理算法，以保证内存的有效利用。

虚拟存储器实验报告一、实验目的本次虚拟存储器实验的目的在于深入理解虚拟存储器的工作原理，掌握其基本概念和关键技术，通过实际操作和观察，分析虚拟存储器对系统性能的影响，并能够运用所学知识解决在实验过程中遇到的问题。

二、实验环境本次实验使用的操作系统为 Windows 10，开发工具为 Visual Studio 2019，编程语言为 C+＋。

实验所使用的计算机配置为：Intel Core i7 处理器，16GB 内存，512GB 固态硬盘。

三、实验原理虚拟存储器是一种利用硬盘等辅助存储器来扩充主存容量的技术。

它将程序的逻辑地址空间与物理地址空间分开，使得程序可以使用比实际物理内存更大的地址空间。

当程序访问的地址不在物理内存中时，系统会通过页面置换算法将暂时不用的页面换出到硬盘，将需要的页面换入到物理内存中。

虚拟存储器的实现主要依赖于页式存储管理和地址转换机制。

页式存储管理将逻辑地址空间划分为固定大小的页面，物理地址空间也划分为相同大小的页框。

地址转换通过页表来完成，页表记录了逻辑页面与物理页框的对应关系。

四、实验内容1、页面置换算法的实现首先实现了先进先出（FIFO）页面置换算法。

创建一个固定大小的物理内存页框数组，模拟物理内存。

当需要装入新页面时，如果物理内存已满，按照先进入的页面先被置换的原则选择置换页面。

接着实现了最近最少使用（LRU）页面置换算法。

为每个页面设置一个访问时间戳，当需要置换页面时，选择访问时间最久远的页面进行置换。

2、虚拟地址到物理地址的转换设计了一个简单的页表结构，包括逻辑页号、物理页框号和有效位等字段。

输入一个虚拟地址，通过查找页表将其转换为物理地址。

如果页面不在物理内存中，触发页面置换算法进行页面调入。

3、性能分析对不同大小的程序和不同的页面置换算法，测量其页面缺失率和执行时间。

分析页面大小、物理内存大小等因素对虚拟存储器性能的影响。

五、实验步骤1、初始化实验环境设定物理内存大小、页面大小等参数。

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%。

实验三虚拟存储器3.1背景知识在Windows 2000环境下，4GB的虚拟地址空间被划分成两个部分：低端2GB提供给进程使用，高端2GB提供给系统使用。

这意味着用户的应用程序代码，包括DLL以及进程使用的各种数据等，都装在用户进程地址空间内 (低端2GB) 。

用户过程的虚拟地址空间也被分成三部分：1）虚拟内存的已调配区 (committed)：具有备用的物理内存，根据该区域设定的访问权限，用户可以进行写、读或在其中执行程序等操作。

2）虚拟内存的保留区 (reserved)：没有备用的物理内存，但有一定的访问权限。

3）虚拟内存的自由区 (free)：不限定其用途，有相应的PAGE_NOACCESS权限。

与虚拟内存区相关的访问权限告知系统进程可在内存中进行何种类型的操作。

例如，用户不能在只有PAGE_READONLY权限的区域上进行写操作或执行程序；也不能在只有PAGE_EXECUTE权限的区域里进行读、写操作。

而具有PAGE_ NOACCESS权限的特殊区域，则意味着不允许进程对其地址进行任何操作。

在进程装入之前，整个虚拟内存的地址空间都被设置为只有PAGE_NOACCESS权限的自由区域。

当系统装入进程代码和数据后，才将内存地址的空间标记为已调配区或保留区，并将诸如EXECUTE、READWRITE和READONLY的权限与这些区域相关联。

如表3-2所示，给出了MEMORY_BASIC_INFORMAITON的结构，此数据描述了进程虚拟内存空间中的一组虚拟内存页面的当前状态，期中State项表明这些区域是否为自由区、已调配区或保留区；Protect项则包含了windows系统为这些区域添加了何种访问保护；type项则表明这些区域是课执行图像、内存映射文件还是简单的私有内存。

VirsualQueryEX() API能让用户在指定的进程中，对虚拟内存地址的大小和属性进行检测。

Windows还提供了一整套能使用户精确控制应用程序的虚拟地址空间的虚拟内存API。

综合实验：虚拟存储13计科2李俊延实验7一、设计内容（1）在程序中利用一个线程模拟各种虚拟活动，比如虚存的保留、提交等。

（2）在程序中运行另一个监控线程来实时监视系统当前所进行的虚存操作，并将监测到的这些操作的信息从控制台输出；要求本线程和上一个虚存活动模拟线程保持同步，即模拟线程一旦有某一模拟活动则监测线程就应当随即监控到该活动的信息。

（3）在利用监控线程监视内存活动的同时汇报整个存储系统的使用情况。

二、开发环境Window xp环境，Microsoft Visual C++ 6.0编译器，采用C语言编程三、分析设计（一）实验原理Windows采用了分页存储技术，关于分页技术的详细知识，可以从任何一本操作系统的教材中得到。

Windows在实现虚拟存储技术的时候，利用页面文件（paging file）来实现物理内存的扩展。

所谓的页面文件就是Windows 2000/XP在硬盘上分配的用来存储没有装入内存的程序和数据文件部分的磁盘文件。

这个文件是一个名叫pagefile.sys的系统隐藏文件，当系统安装时，会在安装系统盘的根目录下创建该文件，其默认值大于计算机中的RAM的1.5倍。

需要时，Windows 2000/XP将数据从页面文件移至内存，并将数据从内存移至页面文件以便为新数据释放空间。

页面文件也称为交换文件。

程序运行时，模拟线程进行各种虚存操作，这些活动导致了程序虚存空间和系统存储资源的变化。

监控线程给出了监控到的这些活动和变化的信息。

程序给出了整个内存系统的各个全局统计量，包括物理内存使用量和页面文件使用情况等。

通过这些统计量的变化可以分析当前的虚存活动对存储系统带来的变化。

在分析的过程中可以帮助我们理解一些重要的内容，比如程序在进行一次虚存提交过后，显示的可用物理存续反而变多了，这是因为Windows 的内存管理发现某个进程在一段时间没有运行后，会将它的部分页面转移到页面文件中去。

所以虽然本实验程序的进程目前分配了一些内存，但是总的可用物理内存数量还是增多了。

操作系统实验六_虚拟存储器实验报告
实验目的：
通过本次实验，了解虚拟存储器的实现原理，以及如何分配虚拟地址和物理地址，实现虚拟存储器管理。

实验内容：
1.按照顺序完成程序代码，以实现对虚拟地址的映射，再间接实现对物理地址的访问。

2.完成不同的页面置换算法，并分析各自的特点。

实验步骤：
1.在实验中实现了给定的伪指令程序，其中包括了虚拟存储器的实现代码。

在页面大小为1K的情况下，每个进程的虚拟地址空间为64K，物理地址空间为16K。

2.在虚拟存储器的实现中，采用了分段式存储器管理模式，其中包括了段描述符表和页表。

其中段描述符表包括了段基址、段长、段类型等信息，而页表则记录了虚拟地址和物理地址的映射关系。

3.实现了三种页面置换算法：LRU、FIFO和随机算法。

其中，LRU算法会选择最近没有使用过的页面进行置换；FIFO算法会按照先进先出原则进行页面置换；随机算法则随机选取一个页面进行置换。

4.通过本次实验，学习了如何通过虚拟地址访问物理地址，并实现了对虚拟存储器的管理。

同时，在实现页面置换算法时，也对不同算法的特点进行了分析。

实验结果：。

操作系统实验(四)实验报告--虚拟内存操作系统实验（四）虚拟内存1、实验题目页面置换算法模拟——OPT、FIFO和LRU算法2、实验目的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，如最佳（Optimal）置换算法、先进先出（Fisrt In First Out）置换算法和最近最久未使用（Least Recently Used）置换算法3、实验内容1）OPT算法：需要发生页面置换时，算法总是选择在将来最不可能访问的页面进行置换。

2）FIFO算法：算法总是选择在队列中等待时间最长的页面进行置换。

3）LRU算法：如果某一个页面被访问了，它很可能还要被访问；相反，如果它长时间不被访问，那么，在最近未来是不大可能被访问的。

4、程序代码#include<iostream>#include <cstdlib>#include <time.h>#include <cstdio>#define L 30///页面走向长度最大为30using namespace std;int M=4; ///内存块struct P///定义一个结构体{int num,time;}p[30];int Input(int m,P p[L])///打印页面走向状态{m=30;int i,j;j=time(NULL);///取时钟时间srand(j);///以时钟时间x为种子，初始化随机数发生器cout<<"页面走向: ";for(i=0; i<m; i++){p[i].num=rand( )%10;///产生1到10之间的随即数放到数组p中p[i].time=0;cout<<p[i].num<<" ";}cout<<endl;return m;}void print(P *page1)///打印当前的页面{P *page=new P[M];page=page1;for(int i=0; i<M; i++)cout<<page[i].num<<" ";cout<<endl;}int Search(int e,P *page1 )///寻找内存块中与e相同的块号{P *page=new P[M];page=page1;for(int i=0; i<M; i++)if(e==page[i].num)return i; ///返回i值return -1;}int Max(P *page1)///寻找最近最长未使用的页面用于OPT算法{P *page=new P[M];page=page1;int e=page[0].time,i=0;while(i<M) ///找出离现在时间最长的页面{if(e<page[i].time) e=page[i].time;i++;}for( i=0; i<M; i++)if(e==page[i].time)return i; ///找到离现在时间最长的页面返回其块号return -1;}int Count(P *page1,int i,int t,P p[L])///记录当前内存块中页面离下次使用间隔长度用于OPT算法{P *page=new P[M];page=page1;int count=0;for(int j=i; j<L; j++){if(page[t].num==p[j].num )break;///当前页面再次被访问时循环结束else count++;///否则count+1}return count;///返回count的值}int main(){int c=1;int m=0,t=0;float n=0;///缺页次数m=Input(m,p);///调用input函数，返回m值M=4;P *page=new P[M];///dowhile(c==1||c==2||c==3){int i=0;for(i=0; i<M; i++) ///初试化页面基本情况{page[i].num=0;page[i].time=m-1-i;}cout<<"1:FIFO页面置换"<<endl;cout<<"2:LRU页面置换"<<endl;cout<<"3:OPT页面置换"<<endl;cout<<"按其它键结束程序；"<<endl;cin>>c;if(c==1)///FIFO页面置换///FIFO();{n=0;cout<<" FIFO算法页面置换情况如下: "<<endl;cout<<endl;while(i<m){if(Search(p[i].num,page)>=0) ///当前页面在内存中{cout<<p[i].num<<" "; ///输出当前页p[i].numcout<<" "<<endl;i++; ///i加1}else ///当前页不在内存中{if(t==M)t=0;else{n++; ///缺页次数加1page[t].num=p[i].num; ///把当前页面放入内存中cout<<p[i].num<<" ";print(page); ///打印当前页面t++; //下一个内存块i++; ///指向下一个页面}}}cout<<"缺页次数："<<n<<" 缺页率："<<n<<"/"<<m<<" ="<<n/m<<endl;}if(c==2)///LRU页面置换,最近最久未使用{n=0;cout<<" LRU算法页面置换情况如下: "<<endl;cout<<endl;while(i<m){int a;t=Search(p[i].num,page);if(t>=0)///如果已在内存块中{page[t].time=0;///把与它相同的内存块的时间置0for(a=0; a<M; a++)if(a!=t)page[a].time++;///其它的时间加1cout<<p[i].num<<" ";cout<<"不缺页"<<endl;}else ///如果不在内存块中{n++; ///缺页次数加1t=Max(page); ///返回最近最久未使用的块号赋值给tpage[t].num=p[i].num; ///进行替换page[t].time=0; ///替换后时间置为0cout<<p[i].num<<" ";print(page);for(a=0; a<M; a++)if(a!=t)page[a].time++; ///其它的时间加1}i++;}cout<<"缺页次数："<<n<<" 缺页率："<<n<<"/"<<m<<" = "<<n/m<<endl;}if(c==3)///OPT页面置换{n=0;cout<<" OPT算法置换情况如下:"<<endl;cout<<endl;while(i<m){if(Search(p[i].num,page)>=0)///如果已在内存块中{cout<<p[i].num<<" ";cout<<" "<<endl;i++;}else///如果不在内存块中{int a=0;for(t=0; t<M; t++)if(page[t].num==0)a++;///记录空的内存块数if(a!=0) ///有空内存块{int q=M;for(t=0; t<M; t++)if(page[t].num==0&&q>t)q=t;///把空内存块中块号最小的找出来page[q].num=p[i].num;///把缺页换过来n++; ///缺页次数加一cout<<p[i].num<<" ";print(page);i++;}else{int temp=0,s;for(t=0; t<M; t++) ///寻找内存块中下次使用离现在最久的页面if(temp<Count(page,i,t,p)){temp=Count(page,i,t,p);s=t;}///把找到的块号赋给spage[s].num=p[i].num;n++;cout<<p[i].num<<" ";print(page);i++;}}}cout<<"缺页次数："<<n<<" 缺页率："<<n<<"/"<<m<<" = "<<n/m<<endl;}}///while(c==1||c==2||c==3);return 0;}5、心得体会通过该实验，是我对虚拟内存更加了解，对最佳置换算法、先进先出算法、最近最久算法更加了解。

数据中心存储服务器虚拟化存储设计实验报告实验名称：数据中心存储服务器虚拟化存储设计
实验目的：通过自己动手设计搭建一独立小型存储服务器，采用多种存储技术软硬件搭配，实现对数据的存储、管理与使用。

掌握RAID技术以及存储虚拟化技术并对存储服务器在军事领域的安全可靠性方面进行改进。

实验内容：
一、采用不同的RAID阵列，测试其对存储服务器性能的影
响；
二、在服务器客户端中安装使用存储虚拟化管理软件，掌握
存储虚拟化在存储空间的分配管理以及客户的使用权限方面的解决方案；
三、对本存储服务器进行性能改进，主要包括：
（一）可靠性：数据备份方案、灾难恢复方案；
（二）安全性：数据读写保护权限的管理、、磁盘防插拔方案；
实验仪器：计算机、磁盘、RAID卡、虚拟化存储磁盘管理软件、服务器端。

实验步骤：
一、完成对存储服务器的搭建以及管理软件的安装；
二、使用虚拟化存储方式，多台计算机与服务器进行网络连
接并对服务器发出存储空间申请，服务器对其进行存储空间以及
权限的分配与管理；
三、对磁盘阵列进行多种RAID搭建方式，并在服务器端与客户计算机端上进行数据的传输存储与数据备份速度的测试；
四、在存储服务器端观察服务器对客户机逻辑存储空间与物理存储空间的分配情况，进行存储虚拟化下服务器负荷能力测试；
五、在客户端计算机上进行化测试，主要包括：数据传输速度、数据访问与改动权限测试；
六、对存储服务器在数据的可靠安全性方面进行测试，主要进行：数据备份方式、模拟数据灾难并进行恢复、入侵拦截、防恶意插拔等安全测试。

七、通过以上的实验，提出对存储服务器的改进建议，尤其在数据的可靠安全性方面进行改进并再次进行测试。