操作系统段表课程设计说明书

1、武汉理工大学操作系统课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 朱东各 专业班级： 计算机0604 指导教师： 蔡 菁 工作单位： 计算机科学与技术学院 题 目: 模拟设计段页式虚拟存储管理中地址转换初始条件：1预备内容：阅读操作系统的内存管理章节内容，理解段页式存储管理的思想及相应的分配主存的过程。2实践准备：掌握一种计算机高级语言的使用。要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1实现段页式存储管理中逻辑地址到物理地址的转换。能够处理以下的情形： 能指定内存的大小，内存块的大小，进程的个数，每个进程的段数及段内页的个数； 能检查地址的合法性，如果合法进行

2、转换，否则显示地址非法的原因。2设计报告内容应说明： 需求分析； 功能设计（数据结构及模块说明）； 开发平台及源程序的主要部分； 测试用例，运行结果与运行情况分析； 自我评价与总结：i）你认为你完成的设计哪些地方做得比较好或比较出色；ii）什么地方做得不太好，以后如何改正；iii）从本设计得到的收获（在编写，调试，执行过程中的经验和教训）；iv）完成本题是否有其他方法（如果有，简要说明该方法）；v）对实验题的评价和改进意见，请你推荐设计题目。时间安排：设计安排一周：周1、周2：完成程序分析及设计。周2、周3：完成程序调试及测试。周4、周5：验收、撰写课程设计报告。（注意事项：严禁抄袭，一旦发现

3、，一律按0分记）指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日模拟段页式虚拟存储管理中 地址转换1需求分析1.1段页式管理的基本思想1.1.1基本思想段式和页式存储管理各有优缺点，段页式存储管理系统，用分段的方法来分配和管理虚拟存储器，而用分页的方法来分配和管理主存。既有段式系统便于实现段的共享，段的保护，动态链接和段的动态增长等一系列优点，又能像页式系统那样，很好地解决内存的外碎片问题。具体来说，把整个内存分成大小相等内存块，内存块从0开始依次编号。把用户程序分成若干段，每段有个段名。页面的大小和内存块相同，每段的各个页面都分别从0开始依次编号。虚空间的最小单位是页而不是段

4、，内存就被分为若干个页，且每段所拥有的程序和数据在内存中可以分开存放，分段大小也不再受内存可用区的限制。1.2段页式存储的原理1.2.1虚地址的构成逻辑地址有三部分构成：V=（S，P，d）即段号s，页号p和页内相对地址d，如下所示：spd内存分配：以块为单位进行内存分配，为了实现从逻辑地址到物理地址的转换，为每个作业或进程建立一张段表：段表中的段长即是页表长度，段表中的段内始址即是页表地址，每个段拥有一张页表，段内的页号映射为物理地址中的物理块号。1.2.2段表和页表的构成 在段页式存储管理系统中，段表包含这样几个基本项：段号，状态，该段的页表长度，页表始址；页表包含的基本项是：页号，状态，块

5、号。段页式管理中段表，页表以及内存的关系如下图：1.2.3 动态地址变换过程在段页式存储管理系统中，要对内存中的指令或数据进行一次存取操作至少需要访问3次内存。第一次是由段表寄存器得到段表始址去访问段表，然后取出对应段的页表地址。第二次则是访问页表得到所要访问的物理地址。只有在访问了段表和页表之后，第三次才能访问真正要访问的物理单元。段页式存储管理系统地址变换如下所示：2 功能设计（数据结构及模块说明）2.1 存储结构说明在此段页式存储管理系统中，我们采用以下数据结构来存储数据，存储结构用结构体和结构体数组来实现：2.1.1段表段号s状态flag页表长度plen页表始址psta/段表typed

6、ef struct Stackint num;/段号int flag;/段状态int plen;/页表长度int psta;/页表始址Stack;其中状态为1代表在内存，为0代表不在内存。2.1.2 页表页号pnum状态位（是否在内存中）块号block/页表typedef struct Pageint num;/页号int flag;/页状态，即是否在内存。int block;/该页对应的块号Page;2.1.3 数据区块号block作业内容 简单起见，我们没有把内容初始化到每一个内存地址，只给出每个作业块的内容，并且用一串字符代替。typedef struct Dataint num;/内存

7、的块数string str;/对应数据块的作业内容，简化起见说明内容为一串字符。Data;2.1.4 快表段号段内页号块号/快表typedef struct Quickint qs;/快表段号int qp;/快表页号int qb;/快表段号Quick;2.1.5 段表寄存器段表始址段表长度/段表寄存器typedef struct Stareint ssta;/段表始址int slen;/段表长度Stare;2.2程序流程图3 程序设计3.1 本程序平台本实验使用VC+ 6.0平台，使用基本的控制台应用程序，单文档结构，主要数据结构是结构体间的关系。打开VC+6.0建立一个空工程，然后简历C+源

8、文件，根据数据结构编写代码。3.2变量和函数说明3.2.1 变量说明 Stack ss10;/全局变量，用来存放所有进程的段，数组下标就是段号。 Stare st;/全局变量，用来存放段表寄存器表。 Data work20;/全局变量，主存每一块的内容，下标是块号。Quick qu;/全局变量，存放快表。Page page55;/存放每个块对应的页表。bool menuflag=0;/菜单函数标志位，首次使用初始化表。int bbs;/内存块大小int bs;/内存大小3.2.2函数说明void menu();/为用户提供菜单，详情见第四部分截图。void start();/初始化表项。详情见

9、第四部分截图。函数实现部分见附录。void change();/地址转换函数。详情见第四部分截图。函数实现部分见附录。3.2.3 菜单设计进入界面必须先对段表数据进行初始化，然后可以多次进行地址转换。4 结果与运行情况分析运行程序，测试程序运行情况：本次程序设计中，进入界面必须先对段表数据进行初始化，然后可以多次进行地址转换，其中会出现段页越界，缺（段）页。其中有一点和实际并不相同：由于C+里面单限制，不能实现快表和段表的同时查询，故模拟时采用先查询快表然后再查询段表的模式，另外，为每一段创建的页表，直接有页表二维数组组成，第一纬代表段号，第二维代表段内页号。 整体数据和用例见下图：4.1 段

10、表初始化按照上图，进入程序后进行段表初始化4.2 段号越界中断测试从上图中可以看到段号只有5个，0-4，所以越界中断。逻辑地址不合法。4.3 缺段中断测试第二段不在内存，逻辑地址无法转化，需要把该段调入主存。4.4 缺页中断测试第三段第0页不在内存，逻辑地址无法转化，需要调入页面。4.5 页表越界测试第三段没有第五页，页表越界，访问非法。4.6 在段表中成功访问数据测试成功测试数据，第四段第0页对应块号为10，故物理地址是10*1024+500=10740第十块作业数据是：k5 自我评价与总结本次系统中，主要是利用简单的数据结构和VC的简单的控制台程序，采用自己定义数据模拟段页式存储管理的方式

11、，简单明快的是给用户一个功能菜单，进入菜单必须进行段表数据初始化，然后只要不退出就可以进行各种地址转化测试，也可以重新初始化段表。而数据结构部分，采用结构体数组比较容易掌握的格式，是的查询过程简单化。总的来说，利用简单的思想较为完整的模拟了段页式存储的各个步骤，甚至把快表也考虑了进去。对于各种非法访问非常直观的指出非法原因。为了体现数据访问的真实性，我还简单的为内存中每一个作业快初始化了作业数据，找到物理块号后可以直接读出块的作业内容。体现的本程序的根本目的。当然，程序也有很多不足，例如可以考虑采用MFC窗口应用程序，结合C+自带的内部模板函数MAP函数，这样也可以较好的模拟段页式系统，本程序

12、中对于段表的初始化过于繁琐，可以采取文本数据库的形式，利用读取TXT的方式给段表链表结构进行初始化，会增加程序的可视性，和简便性。本次实验中，总体还算比较顺利，但是测试过程中还是出现了一些问题，主要是对段页式存储的理解不够深入照成的，每一个段都有一个页表，而这些段和自己的页表是要靠段表里的页表始址定位的，这个在程序中没有完整的表现出来，另外第一次程序中没有考虑页表越界中断，这是没有完整的把握模拟系统中的各个环节造成的，为此要以自己写好的程序流程图为基础，考虑到每一步分支程序，尽量用简单的方式把系统的各种功能模拟出来。上图就是错把3 5 521当成缺页中断，应该是页表越界，这个在第四部分已经改正

13、。 当然，完成本题还有其他的方式，可以借用VC的内置数据结构和模板，可以使用结构体指针来存取段表，可以吧段表存到文本文件里，这些都是可行的。 通过本次课程设计，加深了自己对书本知识的理解，通过亲自把模拟系统做成数据结构，更加直观真切的体会到段页式存储的基本思想，当然同时也对其他的存储知识加深了理解，同时锻炼了自己把所学知识应用的实际视图里面的能力，做到学以致用，对计算机硬件里面的微观世界有了进一步的剖析。7附录完整的程序代码：#include<iostream>#include<string>using namespace std;/数据结构/快表typedef str

14、uct Quickint qs;/快表段号int qp;/快表页号int qb;/快表段号Quick;/数据区，简单起见，只为每一个内储块写入内容，不具体到每一物理地址。typedef struct Dataint num;/内存的块数string str;/对应数据块的作业内容，简化起见说明内容为一串字符。Data;/页表typedef struct Pageint num;/页号int flag;/页状态，即是否在内存。int block;/该页对应的块号Page;/段表typedef struct Stackint num;/段号int flag;/段状态int plen;/页表长度in

15、t psta;/页表始址Stack;/段表寄存器typedef struct Stareint ssta;/段表始址int slen;/段表长度Stare;Stack ss10;/全局变量 Stare st;/全局变量 Data work20;/全局变量Quick qu;/全局变量Page page55;bool menuflag=0;int bbs;/内存块大小int bs;/内存大小void menu();void start();void change();int main()menu();return 0;void menu() cout<<"*请选择*"

16、;<<endl;cout<<endl;cout<<"* 1、初始化表 *"<<endl;cout<<"* 2、物理地址转换 *"<<endl;cout<<"* 3、退出 *"<<endl;int menu1;cin>>menu1;if(menu1!=1&&menu1!=2&&menu1!=3)cout<<"请输入正确的选项"<<endl;menu();s

17、witch(menu1)case 1: menuflag=1; start(); break;case 2:if(menuflag=0) cout<<"请初始化表"<<endl;menu();change();break;case 3:return;/switch void start() cout<<"请输入内存大小(K)"<<endl; cin>>bs; cout<<"请输入内存块的大小(k)"<<endl; cin>>bbs; int

18、 blocknum; blocknum=bs/bbs; cout<<"内存一共被分为"<<blocknum<<"块，每块"<<bbs<<"k"<<"一共"<<bs<<"k"<<endl; cout<<"请输入进程个数"<<endl; int pn;cin>>pn; /下面求所有进程的总段数和段表,并为每段创建页表 int sums=0

19、; for (int pn1=0;pn1<pn;pn1+) cout<<"请输入第"<<pn1<<"个进程的段数"<<endl; int ppn;cin>>ppn; sums+=ppn; for(int ss1=0;ss1<sums;ss1+) cout<<"请输入第"<<ss1<<"个段表数据：段号，状态，页表长度，页表始址"<<endl; cin>>ssss1.num>>

20、;ssss1.flag>>ssss1.plen>>ssss1.psta; cout<<"请初始化第"<<ss1<<"段的页表，输入两个数据页表状态和对应块号"<<endl; for(int sss1=0;sss1<ssss1.plen;sss1+) pagess1sss1.num=sss1; cout<<"请输入该段第"<<sss1<<"个页表的页表状态和对应块号"<<endl; cin&g

21、t;>pagess1sss1.flag>>pagess1sss1.block; /初始化段表寄存器 cout<<"初始化段表寄存器的段表始址"<<endl; cin>>st.ssta; st.slen=sums; /初始化内存中物理地址每一块的数据区 cout<<"简单起见，我们对物理地址的每一块用字符串进行简单的初始化，没有具体到每一物理地址"<<endl; for (int bn=0;bn<blocknum;bn+) workbn.num=bn; cout<&l

22、t;"请输入第"<<bn<<"个内存块里的作业内容"<<endl; cin>>workbn.str; /初始化快表cout<<"简单起见，我们初始化快表只有一个"<<endl;cout<<"请输入要作为快表的段号和页号"<<endl;cin>>qu.qb>>qu.qp;while(ssqu.qb.flag!=1|pagequ.qbqu.qp.flag!=1)cout<<"该页

23、不在内存请输入一页在内存中的作为快表,请输入要作为快表的段号和页号"<<endl; cin>>qu.qb>>qu.qp;qu.qs=pagequ.qbqu.qp.block;menu();void change() cout<<"请输入要转化的逻辑地址，段号s，段内页号p，页内偏移地址d(B)"<<endl; int snum,pnum,dnum; cin>>snum>>pnum>>dnum; /首先查快表 if(snum=qu.qb&&pnum=qu.

24、qp) cout<<"快表命中"<<"对应块号是"<<qu.qs<<endl; cout<<"该块中作业数据是"<<workpagequ.qbqu.qp.block.str<<endl; cout<<"物理地址是"<<qu.qs*bbs*1024+dnum<<endl; menu(); /访问段表寄存器 else cout<<"快表没有命中,访问段表寄存器，段号等于段表始址加上偏移地址"<<endl; int ssnum; ss