课程设计 分页方式的地址转换

1、 操作系统课程综合实践题目：分页方式的地址转换和处理缺页中断 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2008年 12 月分页方式的地址转换和处理缺页中断摘要：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。模拟分页式虚拟存储管理中硬件的地址转换和缺页中断，以及采用先进先出（FIFO）页面调度算法处理缺页中断。通过本实验理解在分页式存储管理中怎样实现虚拟存储器。关键字：页表；分页方式；缺页中断；LRU算法1.设计思路 （1）模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和

2、产生缺页中断的设计思路作业执行时，指令中的逻辑地址指出参加运算的操作数存放的地址，该地址被解释为页号和单元号，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。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，由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。设计一个“地址转换”程序来模拟硬件的地

3、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1。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：页号标志主存块号在磁盘上的位置015011118012219013311021400225002360121（2）用最近最少用（LRU）页面调度算法处理缺页中断设计思路在分页式虚拟存储系统中，当硬件发出“缺页中断”后，引出操作系统来处理这个中断事件。如果主存中已经没有空

4、闲块，则可用LRU页面调度算法把该作业中距现在最久没有被访问过的一页调出，存放到磁盘上。然后再把当前要访问的页装入该块。调出和装入后都要修改页表中对应页的标志。LRU页面调度算法总是淘汰该作业中距现在最久没被访问过的那页，因此可以用一个数组来表示该作业已在主存的页面。数组中的第一个元素总是指出当前刚访问的页号，因此最久没被访问过的页总是由最后一个元素指出。如果主存只有四块空闲块且执行第一题中提示 假设的指令序列，采用LRU页面调度算法，那么在主存中的页面变化情况如下：306451246230645124123064512012306451当产生缺页中断后，操作系统总是淘汰由最后一个元素所指示的

5、页，再把要访问的页装入淘汰页所占的主存块中，页号登记到数组的第一个元素中，重新启动刚才那条指令执行。编制一个LRU页面调度程序，为了提高系统效率，如果淘汰的页在执行中没有修改过，则可不必把该页调出。参看第二题中提示。模拟调度算法不实际地启动调出一页和装入一页的程序而用输出调出的页号和装入的页号来代替。把第一题中程序稍作改动，与本题结合起来，LRU页面调度模拟算法如图3。按第一题中提示的要求，建立一张初始页表，页表中为每一页增加“修改标志”位（参考第二题中提示）。然后按依次执行的指令序列，运行设计的程序，显示或打印每次调出和装入的页号，以及执行了最后一条指令后数组中的值。为了检查程序的正确性，可

6、再任意确定一组指令序列，运行设计的程序，核对执行的结果。2.流程图（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的流程图如下图1 地址转换模拟算法如果作业依次执行的指令序列为：操作页号单元号操作页号单元号+0070移位4053+1050+5023´2015存1037存3021取2078取0056+4001-6040存6084运行设计的地址转换程序，显示或打印运行结果。因仅模拟地址转换，并不模拟指令的执行，故可不考虑上述指令序列中的操作。（2）用最近最少用（LRU）页面调度算法处理缺页中断流程图图2 LRU页面调度模拟算法3. 主要数据结构及其说明 （1）分页式虚拟存储系统是把

7、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：页号标志主存块号在磁盘上的位置其中，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）定义相关数据结构如下typedef structint address; /进程的逻辑地址int meaddress; /进程的物理地址int page; /进程所在页号int ad

8、d; /进程的位移量arccell,AdjMatrixMAX;typedef structchar vexMAX; /进程名AdjMatrix arcs; /指向进程地址的数组int vexnum; /进程总数Pro;typedef struct int page; /页号int block; /块号int status; /该页是否在内存的状态位pa_cell,pa_matrixMAX;typedef structpa_matrix ptab; /指向页表相关信息的数组pa_tab; （3）定义必要函数：void create_ptable(pa_tab & pa) /创建页表voi

9、d exchange(Pro & P,pa_tab & pa) /地址转换函数4.结束语 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。模拟分页式虚拟存储管理中硬件的地址转换和缺页中断，以及采用最近最少用（LRU）页面调度算法处理缺页中断。用这种办法扩充的主存储器称为虚拟存储器。通过本实验理解在分页式存储管理中怎样实现虚拟存储器。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。LRU页面调度算法总是淘汰该作业中距现在最久没被访问过的那页，因此可以用一个数组来表示该作业已在主存的页面。数组中的第一个元素总是指出当前刚访问的页号，因此最久没被