操作系统实验报告模拟分页式虚拟存储管理

操作系统实验报告模拟分页式虚拟存储管理设计内容：模拟分页式虚拟有儈管理中砸杵的地址霜换和缺贡屮断，以及选择页面调度算泌处理缺贞屮断.设计要求：掌握分帀式虚拟在衙管理的实现以及血面调度算法堂握页式存储管理技术的实现思想，如何实现駅逻JU地址到物理地址的辂换掌握晟近最少使用调厦算法（1眈）是如何址行调厦捅尊我师 2010弄率良瞥日一、 课程设计目的和意义在计算机系统4为了提高主存利用率，往往把辅助存储器（如磁盘》作为主存储器的扩允，使名道运行的作业的仝部逻辑地址空间总和可以超出主存的绝対地址空间，用这种办法扩允的主存储器称为虚拟存储器。通过术实习帮助我们理解在分页式存储管理屮怎样实现虚拟存储器。二、 软硕件环境软件环境：MicrosoftVisualC++6.0运行环境？win9x、win2000、winXP三、 系统设计及幵发过程贞式虚拟存储管理是在页式存倚管理的基础上实现的，首先把作业倍息作为副木存放在磁盘上，作业执行时，把作业信息的部分加面装入主存储器，作业执行时若所访问的贞面已经在主存屮，则进行地址转换，得到绝对地址，否则产生“缺页屮断”由操作系统把申前所需的贞面装入主存。在页式虚拟存储系统屮，把虚拟空间分成贞，称为逻辑贞；内存空间也分成同样大小的贞.称为物理贞。假设逻辑页号为（bb2, , m,物理贞号为（b1.……,m显然有由于页的大小都取2的整数毎个字，所以，页的起点都落在低字段为逐的地址上。因此.虚存地址分为两个字段三高位字段为逻軸贞号，低位字段为反内行地址■实存地地址也分两个字段：高位字段为物理何号，低位字段为虫内行地址。由于两者的页而大小一样，所以页内行地址是相等。虚拟地址到主存实地址的变换是由放在主页的页表来实现「在页表中，对册每一个虚存逻弭贞号有一个表目，表目内容至少要包含该逻借页所在的主存贞面地址（物理贞号），用它作为实（主）存地址的石字段，与處存地址的页内行地址字段相拼接，就产生了完整的实主存地址据此來访问主存v贞式管理的地址变换如图3」所示°通做在页表的表项屮还包括装入位（有效位）、修改位、替换位及其他保护位等组成的控制字段「如装入位为表示该逻辑页已从外存调入主存：装入位为“伫则表示对闷的逻辑页尚未诡入主存。如访问该逻辑页就要产生页面失效屮断，启动输入输岀子系统，根据页表项目屮査得的外存地址，由磁盘等外存屮读出新的页以主存屮來。修改位指出主存页面屮的内容是否彼修改过，替换时是否要吗主存，替换控制位指出協替换的归等。页农屉址冷存煦存，也址图3-1地址变换过程设计过程，3.1模拟分贞式存储管理中硕件的地址转换和产生缺贞屮断3.1.1分页式虚拟存储系统是把作业信息的副术存馭在磁盘上，•巧作业彼选屮时，可把作业的开始儿贞先装入主存且启动执疔.为此，在为作业建立贞表时，应说明哪些

贞已在主存，哪些页尚未装入主存，贞表的格式为,表1页表格式页号标•占主存块号修改标志在礒蛊上的位迸其屮，标志一用來表示对W贞是否已经裝入主存.标志位=1,则表示该贞已经在主存，标志位=匚则表示该贞尚未装入主存。主存块号——用来表示己经•装入主存的反所占的块号C修改标志一用于指示木页是否修改过，修改标志位=屮，则表示该页已经修改■标志位三匚则表示该贞尚未修改。在磁盘t的位置一ffl來指出作业副术的每一贞被存放在磁盘上的位豊O3.1.2作业执行时，指令屮的逻辑地址指出r参加运算的操作数存放的页号和单元号，硕件的地址转换机构抜页号査负表，若该贞对w标志为9,则表示该页已在主存，这时根据关系式， 绝对地址M块号X块长+贰元号计算出欲访问的主存单元地址。如果块长为2的屜次■则可把块号作为猛地址部分，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"俨，则表示该贞不在主存，这时换件发招缺页屮斷"信号.由操作系统按该页在磁盘匕的位置，把该页信息从磁盘读出装入主存后再重斯执行这条指令。3.1.3设计一个“地址转换”崔序来模拟硕件的地址转换工作。*|访间的页在主存时，则形成絶对地址，但不去模拟指令的执行，而用输出转换后的地址來代替一条指令的执行「齐访问的页不在主存时，则输出"该页页号m表示产生r—伙缺页屮臥该模拟程序的算袪如国32图3・2地址转换笄法

■1・4假定主存的每块长度为⑵个字节：现有一个共七页的作业，其屮笫0页至第3贞已经装入主存，其余三页尚未装入主存；该作业的页表为^表2作业贞表015Oil11g012219013311021400225002360121如果作业依次执行的指令序列为:表3捋令序列搽作贞号单元号搽作页号单元号+00704053+10505023X2015存1037存3021取2078取0056+•4001-6040存6084运行设计的地址转换程序.显示或打卬运行结果°闵仅模拟地址转换，并＞1、模拟指令的执行，故可不考虑上述指令序列屮的操作。3・2用最近晟少用（LRU）贞而调度算法处理映贞屮断3.2.1在分贞式虚拟存偉系统屮，半殺件发出"缺贞屮断”后,引出操作系统來处理这个屮断事fN如來主存屮己经没有空闲块.则可用UUJ页面调度算法把该作业屮距现在最久没有被访问过的一贞调出，存放到Mho然后再把严前要访问的贞装入该块0询出和装入后都要修改页表屮対应贞的标志。3.2.2LRU贞面调度算法总是淘汰该作业屮距现在最久没被访问过的那页'因此可以用一个数组來表示该作业已在主存的页面c数组屮的第一个元素总是指出详前刚访问的贞号'禺此最久没被访问过的口总是由虽后一个元素指此如果主存只有四块空闲块且执行3.1.4屮假设的指令序列，采用LRU页面调度算氷那么在主存中的页而变化悄况如下农表4页面变化情况3.2.3編制一个LRU贞面调度程序，为了提斋系统效率，如风淘汰的贞在执行屮没有修改过，则可不必把该归训出，模拟说度算法不实际地启动调出一贞和装入一贞的程序而用输出调出的贞号和装入的贞号来代替。把3・1屮程序利作改动，与木题结合起来进行设汁。

3.2.4按蔓求.建立一农初娼贡表，然后按依祝执行的指令序卿，运行设计的程序，显示或打印每钦调出利装入的瓦号，以及擒行r最后一条指令后数组屮的值。3.2.盘为r检査崔序的正确性，可再任意确宣一组揣令序列.运行设计的崔序，核对执行的皓果。3.3主姿数抿结构枚函数说明数堆结构：3.数堆结构：3.3.IslTLictPagcT{intpagulD;tharflag;intTncmorynLim;intdisknum;tharcharged,}3.3.2structOtiIltQ{charworkTunni;;intpagulD;intujiitnum；}3.3.3 intq[5](2]3.3.4 intAO函数说明：厲頁号*r严装入标志也，叫丹已装入，窣‘未装入w严主存抉号呼严在磁盘的位置呼严條改标志位，”严己修氐屮未條改呼严定义指令裕式*r产帝令猎称呼厲頁号*r严单元号引/*lru算注记录辰面变化情况数组灯

戶仝局变塑『记录执行弟几条指令勺3.3.5函数exettuO功能：査贞表，并产生对m1。画数或m20函数的调用.3.3.6雷数血】。功能：在不缺页的情况下瀚•各页面的最近辰少使用情呪变更函数。3.3.7函数m2()功能：在境土峡庭屮断悄况下.对页面的置换及迦用的函数=■3.4主藝算法说叩Main函数土姿算法如图3-3：

图3・3贞两询度算法流程图

四、运行結来如图4J：策L茶棉令访问页为：抱令询问单元側绝对地址为:萊2靛指•令访冋页为2116?捐令访问m帀的绝对地址为：116?算3；茶指令访问页为：1-19拒令询问单元的绝对迪址为:1-19笫珂条扌自令i方冋页为：指令访问片斤的纶对卅」止为：第＞条指令访问页为二发生诀」H中断（按任氢蜒继按・•・•）Eg:桔令i方问岸元禹纹玮卅！址为：1»64图4-1程序运行结果也4-1程序运行结果中，既有访问的贞在主存中乂有访问的页不在主存屮，如图屮骨令1、2、3、4访问的页I,页2,页3,页0均可以存放入主存屮:：指令5访问的贞&不在主存屮，发生缺页屮断，根据LRU算法调岀页1和说入页&。五、参考资料1《操作系统使用数稅为编著任爱华•出版祕1《操作系统使用数稅为编著任爱华•出版祕2《计算机操作系统》3《操作系统教程》4《计算机操作系统》编著汤子瀛，出版初编著王国安.出版祖编著王玉勤•岀版期清华大学出版补四安电子科技大学出版补西北工业大学出版礼华屮科技大学出版社六、课程设计总结通过这次课程设计我总结出分贞存储管理仍热存在以下缺点：1各种表格姜占用一定容虽的主存空屁，而且还要花费一部分处理机时间束建立和管理这些表格2虽然说碎片泊除了，但每个作业的晟后一贞一股都有不能允分利用的空白区。例如页面大小为3KB,作业需要2.5KB,则为其分配一个物理存储块，但有（卩KB空间蔽浪费门3存储扩充间题仍未得到1W决。X没有足够的可用空间能装下整个作业地址空间时，该作业还是无汕运行的。在模拟虚拟存储黠的设计与实现过崔屮，我深深体会到此欢课程设计的垂婴性，它是我走上T作岗位前的一次重要的练习,史廉刻休会到理论联系实跣的重要性和必婆性。同时