操作系统管理---虚拟存储器-实验报告-代码

操作系统实验二：虚拟存储器管理时间：2013-12-06地点：计算机实验机房2实验人：朱蓉蓉学号：E01114336题目一：采用先进先出算法实现分页管理的缺页调度。

实验代码：#include "stdio.h"#define N 20#define m 4void main(){int n;printf("请输入引用串页面个数:\n");scanf("%d",&n);int ym[N],i,j,q,mem[m]={0},table[m][N];char flag,f[N];printf("请输入页面访问序列:\n");for(i=0;i<n;i++){printf("输入页面号:");scanf("%d",&ym[i]);}for(i=0;i<n;i++) //查页表，看是否缺页{q=0;while((ym[i]!=mem[q])&&(q!=m)) q++;if(q==m) flag='*'; //缺页，则置标志flag为'*'else flag=' ';if(flag=='*'){for(j=m-1;j>0;j--) //淘汰最先调入的页面调入当前访问的mem[j]=mem[j-1];mem[0]=ym[i];}for(j=0;j<m;j++)table[j][i]=mem[j];f[i]=flag;}printf("输出结果为下表(0代表为空，*代表有缺页)\n"); for(i=0;i<m;i++){for(j=0;j<n;j++)printf("%3d",table[i][j]);printf("\n");}for(i=0;i<n;i++)printf("%3c",f[i]);printf("\n");}实验二：采用LRU算法实现分页管理的缺页调度.实验代码：#include <stdio.h>#define P 20#define m 5void main(){int n;printf("--------------LRU算法缺页调度---------------\n"); printf("请输入引用串页面个数:\n");scanf("%d",&n);int ym[P],i,j,q,mem[m]={0},table[m][P];char flag,f[P];printf("请输入页面访问序列:\n");for(i=0;i<n;i++){printf("输入页面号:");scanf("%d",&ym[i]);}for(i=0;i<n;i++) //查页表，看是否缺页{q=0;while((ym[i]!=mem[q])&&(q!=m)) q++;if(q==m) flag='*'; //缺页，则置标志flag为'*'else flag=' ';for(j=q;j>0;j--)mem[j]=mem[j-1];mem[0]=ym[i];for(j=0;j<m;j++)table[j][i]=mem[j];f[i]=flag;}printf("输出结果为下表（0代表为空，*代表有缺页）\n"); for(i=0;i<m;i++){for(j=0;j<n;j++)printf("%3d",table[i][j]);printf("\n");}for(i=0;i<n;i++)printf("%3c",f[i]);printf("\n");}。

操作系统实验指导
实验四虚拟存储器管理
实验目的：
1 理解虚拟存储器的概念
2 掌握分页式存储管理地址转换和缺页中断
实验方法：上机操作
实验环境：编程语言不限
实验内容：
1 模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断
2 用先进先出页面调度算法处理缺页中断
实验要求：
实验报告只要求提交电子文档，不需要提交纸质打印文档。

电子文档按“学号-姓名-实验编号”统一命名，例如: 095043125-黄昌军-03.doc。

其中名字后的03为实验一的编号，依次类推。

提交时间：2011年11月21日24:00之前。

防灾科技学院实验报告。

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计算机系统中虚拟存储器的工作原理和机制，通过实际操作和观察，掌握虚拟存储器的相关概念和技术，包括页式存储管理、地址转换、页面置换算法等。

同时，培养我们的实践能力和问题解决能力，为今后学习和工作中涉及到的计算机系统相关知识打下坚实的基础。

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+＋。

三、实验原理1、虚拟存储器的概念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。

它将程序和数据按照一定的页面大小划分，并在需要时将页面从硬盘调入主存，从而实现了使用有限的主存空间运行较大规模的程序。

2、页式存储管理页式存储管理将主存和辅存空间都划分为固定大小的页面。

程序的地址空间被分成若干页，主存也被分成相同大小的页框。

通过页表来记录页面和页框的对应关系，实现地址转换。

3、地址转换当 CPU 执行指令时，给出的是逻辑地址。

通过页表将逻辑地址转换为物理地址，才能在主存中访问相应的数据。

4、页面置换算法当主存空间不足时，需要选择一个页面换出到硬盘，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）算法等。

四、实验内容与步骤1、设计并实现一个简单的页式存储管理系统定义页面大小和主存、辅存的容量。

实现页表的数据结构，用于记录页面和页框的对应关系。

编写地址转换函数，将逻辑地址转换为物理地址。

2、实现页面置换算法分别实现 FIFO 和 LRU 页面置换算法。

在页面调入和调出时，根据相应的算法选择置换的页面。

3、测试和分析实验结果生成一系列的访问序列，模拟程序的运行。

统计不同页面置换算法下的缺页次数和命中率。

分析实验结果，比较不同算法的性能。

五、实验过程与结果1、页式存储管理系统的实现我们将页面大小设置为 4KB，主存容量为 16MB，辅存容量为 1GB。

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。

2011年操作系统大作业1.虚拟内存管理实验。

在Linux环境下编写一个内核模块，分别实现如下几个函数：●static void mtest_dump_vma_list(void)：依次列出当前进程所占用的虚拟内存空间各段的读、写或执行权限。

●static void mtest_find_vma(unsigned long addr)：查找出虚拟地址addr所在的vma，并通过printk打印该段的起始地址、终止地址和段标志等信息。

●static void mtest_find_page(unsigned long addr)：找到虚拟地址addr对应的物理地址并打印。

为了测试和使用以上函数，需要在内核模块的初始化函数中创建一个名为mtest的/proc 文件。

mtest文件绑定的写函数mtest_write允许用户程序写入一串字符串：●如果写入的字符串是listvma则调用函数mtest_dump_vma_list(void)；●如果写入的字符串是findvma0xffffffff则调用函数mtest_find_vma(0xffffffff)，字符串的后几个字符是传递给函数的参数；●如果写入的字符串是findpage0xffffffff则调用函数mtest_find_page(0xffffffff)，同样字符串的后几个字符是参数。

实验要求：为了测试以上模块的正确性，需要编写一个小型的test应用程序，它打开/proc/mtest文件，并向其中写入字符串调用模块中的相关函数并给出相应的反馈信息。

知识储备：●虚拟存储空间管理的相关数据结构vm_area_struct和mm_struct●/proc文件系统的相关知识●内核模块的相关知识实验思路及过程：相关知识储备：1.可以使用/proc文件系统和pmap工具查看给定进程的内存空间和其中所包含的内存区域mmap描述的该地址空间中的全部内存区域。

内核使用内存描述符结构表示进程的地址空间，由结构体mm_struct结构体表示，定义在linux/sched.h中，同时linux操作系统采用虚拟内存技术，所有进程之间以虚拟方式共享内存。

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。

实验六 虚拟存储管理一． 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。

二． 实验内容通过计算不同算法的命中率比较算法的优劣。

同时也考虑了用户内存容量对命中率的影 响。

页面失效次数为每次访问相应指令时，该指令所对应的页不在内存中的次数。

计算并输出下属算法在不同内存容量下的命中率。

● 先进先出的算法（FIFO ）； ● 最近最少使用算法（LRU ）；三． 系统框图页地址流长度页面失效次数命中率-=1四．页面置换算法程序代码#include<stdio.h>#include<string.h>#include<iostream.h>const int MAXSIZE=1000;//定义页访问流的最大长度const int MAXQUEUE=3;//定义可用页面数typedef struct node{ int loaded; int hit;}page;page pages[MAXQUEUE]; //定义页面表int queue[MAXSIZE];int quantity;//初始化结构函数void initial(){int i;for(i=0;i<MAXQUEUE;i++){pages[i].loaded=-1;pages[i].hit=0; }for(i=0;i<MAXSIZE;i++){queue[i]=-1;}quantity=0;}//初始化页面函数void init(){int i;for(i=0;i<MAXQUEUE;i++){pages[i].loaded=-1;pages[i].hit=0;}}//读入页面流void readData(){FILE *fp;char fname[20];int i;cout<<"请输入页面流文件名:";cin>>fname;if((fp=fopen(fname,"r"))==NULL){cout<<"错误,文件打不开,请检查文件名";}else{while(!feof(fp)){fscanf(fp,"%d ",&queue[quantity]);quantity++;}}cout<<"读入的页访问流:";for(i=0;i<quantity;i++){cout<<queue[i]<<" ";}}//FIFO调度算法void FIFO(){int i,j,p,flag;int absence=0;p=0;cout<<endl<<"----------------------------------------------------"<<endl;cout<<"先进先出调度算法(FIFO)页面调出流:";for(i=0;i<quantity;i++){ flag=0;for(j=0;j<MAXQUEUE;j++){if(pages[j].loaded==queue[i]){ flag=1; }}if(flag==0){if(absence>=MAXQUEUE){ cout<<pages[p].loaded<<" "; }pages[p].loaded=queue[i];p=(p+1)%MAXQUEUE;absence++;}}absence-=MAXQUEUE;cout<<endl<<"总缺页数:"<<absence+MAXQUEUE<<endl; }//最近最少使用调度算法（LRU）void LRU(){int absence=0;int i,j;int flag;for(i=0;i<MAXQUEUE;i++){ pages[i].loaded=queue[i]; }cout<<endl<<"----------------------------------------------------"<<endl;cout<<"最近最少使用调度算法(LRU)页面调出流:";for(i=MAXQUEUE;i<quantity;i++){ flag=-1;for(j=0;j<MAXQUEUE;j++){if(queue[i]==pages[j].loaded){ flag=j; }} //CAUTION pages[0]是队列头if(flag==-1){//缺页处理cout<<pages[0].loaded<<" ";for(j=0;j<MAXQUEUE-1;j++){pages[j]=pages[j+1];}pages[MAXQUEUE-1].loaded=queue[i];absence++; }else{//页面已载入pages[quantity]=pages[flag];for(j=flag;j<MAXQUEUE-1;j++){pages[j]=pages[j+1];}pages[MAXQUEUE-1]=pages[quantity];}}cout<<endl<<"总缺页数:"<<absence+MAXQUEUE<<endl;}//显示void version(){cout<<" /*******************虚拟存储管理器的页面调度****************/"<<endl;cout<<endl;}void main(){version();initial();readData();FIFO();init();LRU();init();init();}五操作说明运行程序前先新建一个页面流文件文件（例如a.txt），在文件中存储的是一系列页号（页号用整数表示，用空格作为分隔符），用来模拟程序执行时的页访问次序。

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。

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。

北京邮电大学软件学院2019-2020学年第1学期实验报告课程名称：操作系统实验名称：虚拟存储器管理实验完成人：日期：2019 年12 月21 日一、实验目的（说明通过本实验希望达到的目的）1. 了解虚拟存储技术的特点；2. 掌握请求页式管理的页面置换算法。

二、实验内容（说明本实验的内容）1. 通过随机数产生一个指令序列，共320 条指令。

其地址按下述原则生成：（1）50%的指令是顺序执行的；（2）50%的指令是均匀分布在前地址部分；（3）50%的指令是均匀分布在后地址部分；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A—E，直到执行320 次指令。

2. 指令序列变换成页地址流设：（1）页面大小为1K；（2）用户内存容量为4 页到32 页；（3）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]）；按以上方式，用户指令可组成32 页。

3. 计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。

A. 先进先出（FIFO）页面置换算法B. 最近最久未使用（LRU）页面置换算法--最近最少使用算法C. 最少使用（LFR）页面置换算法D. 最佳（Optimal）页面置换算法三、实验环境（说明本实验需要的环境）Vscode+ubuntun四、实验过程描述本实验需要分几个步骤完成。

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。

操作系统虚拟内存管理实验报告一、引言操作系统中的虚拟内存管理是一种将主存作为cache使用，将物理内存扩展到硬盘等外部存储设备的技术。

本实验旨在研究和实践虚拟内存管理的相关知识，并探讨不同策略在虚拟内存管理中的应用与效果。

二、实验目的本实验的主要目的有以下几点：1.了解并掌握操作系统中虚拟内存的概念和作用；2.基于已有的实验系统，实现并比较不同的虚拟内存管理策略；3.通过实验，深入理解虚拟内存管理对计算机系统性能的影响。

三、实验环境本次实验使用的虚拟机环境配置如下：操作系统：Windows 10开发工具：Visual Studio Code编程语言：C++四、实验步骤1.实验系统设计本实验使用C++语言编写一个简单的模拟系统，实现虚拟内存管理的各项功能。

该系统包含一个进程管理器、一个虚拟内存管理器以及一个页面置换算法模块。

2.进程管理器实现进程管理器负责管理进程的创建、调度和撤销等操作。

在本实验中，我们选择了最简单的时间片轮转调度算法。

3.虚拟内存管理器实现虚拟内存管理器负责将虚拟地址映射为物理地址，并进行合理的页面置换操作。

在本实验中，我们采用了两种常见的虚拟内存管理策略，分别为页面置换算法FIFO和LRU。

4.页面置换算法实现页面置换算法模块主要针对物理内存不足时进行页面置换，并合理选择待置换的页面。

本实验中，我们实现了先进先出（FIFO）和最近最久未使用（LRU）两种页面置换算法，并对其进行性能比较。

五、实验结果与分析1.实验数据收集我们通过运行不同规模的任务，并记录其执行时间、内存占用等数据，以便后续进行性能分析。

2.性能分析通过实验数据的对比分析，我们可以得出不同虚拟内存管理策略的优缺点。

FIFO算法适用于执行时间较长的任务，而LRU算法则适用于要求较高内存使用效率的任务。

六、实验总结通过本次实验，我们了解了虚拟内存管理的基本概念和主要作用，并实践了不同策略的虚拟内存管理系统。

通过对实验数据的分析，我们对不同策略的性能特点有了更深入的了解。

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%。

操作系统实验实验报告虚拟内存实验报告：虚拟内存一、引言虚拟内存是现代操作系统中一种重要的内存管理技术。

它允许将物理内存与硬盘上的存储空间结合起来，扩大了计算机系统的内存容量。

本实验旨在深入学习和实践虚拟内存的相关知识，包括虚拟地址到物理地址的转换及页面置换算法的实现。

二、实验原理2.1虚拟地址与物理地址转换虚拟内存通过将程序的虚拟地址空间划分为大小相等的页面，每个页面对应物理内存或硬盘上的一个页面帧。

通过页表来建立虚拟地址到物理地址的映射关系。

当程序访问一个虚拟地址时，系统会通过查找页表得到该虚拟地址对应的物理地址。

2.2页面置换算法当物理内存不足以存放所有需要运行的程序时，需要使用页面置换算法将一部分页面调出到硬盘上，以便为新的页面腾出空间。

常见的页面置换算法有FIFO（先进先出）、LRU（最近最久未使用）和LFU（最少使用）等。

三、实验过程3.1虚拟地址到物理地址的转换首先，在操作系统中，我们设计了一个简单的页表结构，用来存储虚拟地址到物理地址的映射关系。

我们将虚拟地址空间划分为大小为4KB的页面，页表中的每一项对应一个页面，包含了页面的有效位、物理页帧号等信息。

当程序访问一个虚拟地址时，首先通过虚拟地址的高位几位确定页表的索引，然后根据索引找到对应的页表项。

如果该页面已经在物理内存中，可以直接从页表项中获取物理页帧号，然后加上页内偏移量，得到物理地址。

如果该页面不在内存中，则需要将其从硬盘上调入内存，更新页表项中的信息，并得到物理地址。

3.2页面置换算法的实现在本实验中，我们选择了FIFO页面置换算法。

该算法简单、实现容易。

我们使用一个先进先出的队列来存储页面的序号。

当需要置换页面时，我们选择队列中的第一个页面进行替换，并将新的页面插入队列的末尾。

四、实验结果我们通过编写一个简单的程序来模拟实验过程，包括对虚拟地址到物理地址的转换以及页面置换算法的实现。

通过对程序的运行和输出结果的观察，我们验证了虚拟内存和页面置换算法的正确性。

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。

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。