操作系统实验六虚拟存储器实验报告.docx
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操作系统实验六虚拟存储器实验报告
试验六虚拟存放器
一、试验内容
模拟分页式虚拟存放管理中硬件地址转换和缺页中止,以及选择页面调度算法处理缺页中止。
二、试验目
在计算机系统中,为了提升主存利用率,往往把辅助存放器（如磁盘）作为主存放器扩充,使多道运行作业全部逻辑地址空间总和能够超出主存绝对地址空间。
用这种措施扩充主存放器称为虚拟存放器。
经过本试验帮助同学了解在分页式存放管理中怎样实现虚拟存放器。
三、试验题目
本试验有三道题目,其中第一题必做,第二,三题中可任选一个。
第一题:
模拟分页式存放管理中硬件地址转换和产生缺页中止。
[提醒]
（1）分页式虚拟存放系统是把作业信息副本存放在磁盘上,看成业被选中时,可把作业开始几页先装入主存且开启实施。
为此,在为作业建立页表时,应说明哪些页已在主存,哪些页还未装入主存,页表格式为:
页号
标志
主存块号
在磁盘上位置
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,则表示该页还未装入主存。
主存块号----用来表示已经装入主存页所占块号。
在磁盘上位置----用来指出作业副本每一页被存放在磁盘上位置。
（2）作业实施时,指令中逻辑地址指出了参与运算操作存放页号和单元号,硬件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,这时依据关系式:
绝对地址=块号×块长+单元号
计算出欲访问主存单元地址。
假如块长为2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,二者拼接而成绝对地址。
若访问页对应标志为“0”,则表示该页不在主存,这时硬件发“缺页中止”信号,有操作系统按该页在磁盘上位置,把该页信息从磁盘读出装入主存后再重新实施这条指令。
（3）设计一个“地址转换”程序来模拟硬件地址转换工作。
当访问页在主存时,则形成绝对地址,但不去模拟指令实施,而用输出转换后地址来替换一条指令实施。
当访问页不在主存时,则输出“*该页页号”,表示产生了一次缺页中止。
该模拟程序算法如图6-1。
图6-1地址转换模拟算法
（4）假定主存每块长度为128个字节;现有一个共七页作业,其中第0页至第3页已经装入主存,其它三页还未装入主存;该作业页表为:
0
1
5
011
1
1
8
012
2
1
9
013
3
1
1
021
4
0
022
5
0
023
6
0
121
假如作业依次实施指令序列为:
操作
页号
单元号
操作
页号
单元号
+
0
70
移位
4
053
+
1
50
+
5
023
×
2
15
存
1
037
存
3
21
取
2
078
取
0
56
+
4
001
－
6
40
存
6
084
（5）运行设计地址转换程序,显示或打印运行结果。
因仅模拟地址转换,并不模拟指令实施,故可不考虑上述指令序列中操作。
第二题:
用优异先出（FIFO）页面调度算法处理缺页中止。
[提醒]:
（1）在分页式虚拟存放系统中,当硬件发出“缺页中止”后,引出操作系统来处理这个中止事件。
假如主存中已经没有空闲块,则可用FIFO页面调度算法把该作业中最优异入主存一页调出,存放到磁盘上,然后再把目前要访问页装入该块。
调出和装入后都要修改页表页表中对应页标志。
（2）FIFO页面调度算法总是淘汰该作业中最优异入主存那一页,所以能够用一个数组来表示该作业已在主存页面。
假定作业被选中时,把开始m个页面装入主存,则数组元素可定为m个。
比如:
P[0],P[1],….,P[m-1]
其中每一个P[i]（i=0,1,….,m-1）表示一个在主存中页面号。
它们初值为:
P[0]:
=0,P[1]:
=1,….,P[m-1]:
=m-1
用一指针k指示当要装入新页时,应淘汰页在数组中位置,k初值为“0”。
当产生缺页中止后,操作系统选择P[k]所指出页面调出,然后实施:
P[k]:
=要装入页页号
k:
=（k+1）modm
再由装入程序把要访问一页信息装入到主存中。
重新开启刚才那条指令实施。
（3）编制一个FIFO页面调度程序,为了提升系统效率,假如应淘汰页在实施中没有修改过,则可无须把该页调出（因在磁盘上已经有副本）而直接装入一个新页将其覆盖。
所以在页表中增加是否修改过标志,为“1”表示修改过,为“0”表示未修改过,格式为:
因为是模拟调度算法,所以,不实际开启输出一页和装入一页程序,而用输出调出页号和装入页号来替换一次调出和装入过程。
把第一题中程序稍作修改,与本题结合起来,FIFO页面调度模拟算法如图6-2。
（4）磁盘上,在磁盘上存放地址以及已装入主存页和作业依次实施指令序列都同第一题中（4）所表示。
于是增加了“修改标志”后初始页表为:
0
1
50
011
1
1
80
012
2
1
90
013
3
1
10
021
4
0
0
022
5
0
0
023
6
0
0
121
按依次实施指令序列,运行你所设计程序,显示或打印每次调出和装入页号,以及实施了最终一条指令后数组P值。
（5）为了检验程序正确性,可再任意确定一组指令序列,运行设计程序,查对实施结果。
开始
（接下页）
（接上页）
第三题:
用最近最少用（LRU）页面调度算法处理缺页中止。
[提醒]
（1）在分页式虚拟存放系统中,当硬件发出“缺页中止”后,引出操作系统来处理这个中止事件。
假如主存中已经没有空闲块,则可用LRU页面调度算法把该作业中最优异入主存一页调出,存放到磁盘上,然后再把目前要访问页装入该块。
调出和装入后都要修改页表页表中对应页标志。
（2）LRU页面调度算法总是淘汰该作业中距现在最久没有访问过那一页,所以能够用一个数组来表示该作业已在主存页面。
数组中第一个元素总是指出目前刚访问页号,所以最久没被访问页总是由最终一个元素指出。
假如主存中只有四块空闲块且实施第一题提醒（4）假设指令序列,采取LRU页面调度算法,那麽在主存中页面改变情况以下:
3
0
6
4
5
1
2
4
6
2
3
0
6
4
5
1
3
4
1
2
3
0
6
4
5
1
2
0
1
2
3
0
6
4
5
1
（3）编制一个LRU页面调度程序,为了提升系统效率,假如应淘汰页在实施中没有修改过,则可无须把该页调出。
参看第二题中提醒（3）。
模拟调度算法不实际开启输出一页和装入一页程序,而用输出调出页号和装入页号来替换。
把第一题中程序稍作
改动,与本题集合起来,LRU页面调度模拟算法如图6-3。
（4）按第一题中提醒（4）要求,建立一张初始页表,表中为每一页增加“修改标志”位（参考第二题中提醒（4））。
然后按依次实施指令序列,运行你所设计程序,显示或打印每次调出和装入页号,以及实施了最终一条指令后数组中值。
（5）为了检验程序正确性,可再任意确定一组指令序列,运行设计程序,查对实施结果。
（接下页）
（接上页）
图6-3LRU页面调度算法
四、试验汇报
（1）（第一题必做,第二题和第三题任选其一）。
（2）程序中使用数据结构及符号说明。
（3）打印初始页表,每次调出（要调出一页时）和装入页号,实施最终一条指令后在主存中页面号（即数组值）。
思索题
假如你有爱好话,可把两种页面调度算法都做一下,比较两种调度算法效率（哪种调度算法产生缺页中止次数少）;分析在什麽情况下采取哪种调度算法更有利？
五、试验答案
一、试验目
在计算机系统中,为了提升主存利用率,往往把辅助存放器（如
磁盘）作为主存放器扩充,使多道运行作业全部逻辑地址空间
总和能够超出主存绝对地址空间。
用这种措施扩充主存放器称为
虚拟存放器。
经过本试验帮助同学了解在分页式存放管理中怎样实现
虚拟存放器。
二、试验要求及试验环境
第一题:
模拟分页式存放管理中硬件地址转换和产生缺页中
断。
分页式虚拟存放系统是把作业信息副本存放在磁盘上,看成业
被选中时,可把作业开始几页先装入主存且开启实施。
为此,在为
作业建立页表时,应说明哪些页已在主存,哪些页还未装入主存。
作业实施时,指令中逻辑地址指出了参与运算操作存放页
号和单元号,硬件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,这时依据关系式“绝对地址=块号×块
长+单元号”计算出欲访问主存单元地址。
假如块长为2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,二者拼接而
成绝对地址。
若访问页对应标志为“0”,则表示该页不在主存,这
时硬件发“缺页中止”信号,有操作系统按该页在磁盘上位置,把
该页信息从磁盘读出装入主存后再重新实施这条指令。
设计一个“地
址转换”程序来模拟硬件地址转换工作。
当访问页在主存时,则
形成绝对地址,但不去模拟指令实施,而用输出转换后地址来代
替一条指令实施。
当访问页不在主存时,则输出“*该页页号”,
表示产生了一次缺页中止。
第二题:
用优异先出（FIFO）页面调度算法处理缺页中止。
在分页式虚拟存放系统中,当硬件发出“缺页中止”后,引出操
作系统来处理这个中止事件。
假如主存中已经没有空闲块,则可用
FIFO页面调度算法把该作业中最优异入主存一页调出,存放到磁
盘上,然后再把目前要访问页装入该块。
调出和装入后都要修改页
表页表中对应页标志。
FIFO页面调度算法总是淘汰该作业中最优异入主存那一页,
所以能够用一个数组来表示该作业已在主存页面。
假定作业被选中
时,把开始m个页面装入主存,则数组元素可定为m个。
编制一个FIFO页面调度程序,为了提升系统效率,假如应淘汰
页在实施中没有修改过,则可无须把该页调出（因在磁盘上已经有副
本）而直接装入一个新页将其覆盖。
因为是模拟调度算法,所以,不
实际开启输出一页和装入一页程序,而用输出调出页号和装入
页号来替换一次调出和装入过程。
三、设计思想（本程序中用到全部数据类型定义,主
程序步骤图及各程序模块之间调用关系）
1．程序步骤图
以下为FIFO算法步骤:
2．逻辑设计
使用线性表保留页表。
每个节点信息包含调入主存标志,主
存块号,在磁盘上位置,修改标志等。
使用线性表保留FIFO算法
使用对应关系数组P,用数组模拟实现调度队列。
该队列需支持
查找,插入和删除操作（即替换操作）。
3、物理设计
全局定义以下:
structinfo//页表
{
boolflag;//标志
longblock;//块号
longdisk;//在磁盘上位置
booldirty;//修改标志
}pagelist[SizeOfPage];
longpo;//队列标识
longP[M];
使用函数init（）进行初始化,使用循环结构读入各条指令。
四、测试结果
实际运行结果以下:
请选择题号（1/2）:
1
请输入指令页号和单元号:
070
绝对地址=710
请输入指令页号和单元号:
4053
*4
请输入指令页号和单元号:
150
绝对地址=1074
请输入指令页号和单元号:
5023
*5
请输入指令页号和单元号:
215
绝对地址=1167
请输入指令页号和单元号:
1037
绝对地址=1061
请输入指令页号和单元号:
exit
请选择题号（1/2）:
2
请输入指令页号、单元号,以及是否为存指令:
070N
绝对地址=710
请输入指令页号、单元号,以及是否为存指令:
4053N
out0
in4
请输入指令页号、单元号,以及是否为存指令:
150N
绝对地址=1074
请输入指令页号、单元号,以及是否为存指令:
5023N
out1
in5
请输入指令页号、单元号,以及是否为存指令:
215N
绝对地址=1167
请输入指令页号、单元号,以及是否为存指令:
1037y
out2
in1
请输入指令页号、单元号,以及是否为存指令:
321Y
绝对地址=149
请输入指令页号、单元号,以及是否为存指令:
2078N
out3
in2
请输入指令页号、单元号,以及是否为存指令:
056N
out4
in0
请输入指令页号、单元号,以及是否为存指令:
4001N
out5
in4
请输入指令页号、单元号,以及是否为存指令:
640N
out1
in6
请输入指令页号、单元号,以及是否为存指令:
6084Y
绝对地址=1236
请输入指令页号、单元号,以及是否为存指令:
exit
数组P值为:
P[0]=0
P[1]=4
P[2]=6
P[3]=2
五、系统不足与经验体会
系统不足包含健壮性尚不够好,界面比较简单,对页表
初始化需要修改程序。
经验体会:
注意体会算法精神,程序前后逻辑要一致。
注
意测试时数据全方面性。
六、附录:
源代码（带注释）
#include
#include
#defineSizeOfPage100
#defineSizeOfBlock128
#defineM4
structinfo//页表
{
boolflag;//标志
longblock;//块号
longdisk;//在磁盘上位置
booldirty;//修改标志
}pagelist[SizeOfPage];
longpo;//队列标识
longP[M];
voidinit_ex1（）
{
memset（pagelist,0,sizeof（pagelist））;
pagelist[0].flag=1;
pagelist[0].block=5;
pagelist[0].disk=011;
pagelist[1].flag=1;
pagelist[1].block=8;
pagelist[1].disk=012;
pagelist[2].flag=1;
pagelist[2].block=9;
pagelist[2].disk=013;
pagelist[3].flag=1;
pagelist[3].block=1;
pagelist[3].disk=021;
}
voidwork_ex1（）
{
boolstop=0;
longp,q;
chars[128];
do
{
printf（"请输入指令页号和单元号:
\n"）;
if（scanf（"%ld%ld",&p,&q）!
=2）
{
scanf（"%s",s）;
if（strcmp（s,"exit"）==0）
{
stop=1;
}
}
else
{
if（pagelist[p].flag）
{
printf（"绝对地址=%ld\n",pagelist[p].block*SizeOfBlock+q）;
}
else
{
printf（"*%ld\n",p）;
}
}
}while（!
stop）;
}
voidinit_ex2（）
{
po=0;
P[0]=0;P[1]=1;P[2]=2;P[3]=3;
memset（pagelist,0,sizeof（pagelist））;
pagelist[0].flag=1;
pagelist[0].block=5;
pagelist[0].disk=011;
pagelist[1].flag=1;
pagelist[1].block=8;
pagelist[1].disk=012;
pagelist[2].flag=1;
pagelist[2].block=9;
pagelist[2].disk=013;
pagelist[3].flag=1;
pagelist[3].block=1;
pagelist[3].disk=021;
}
voidwork_ex2（）
{
longp,q,i;
chars[100];
boolstop=0;
do
{
printf（"请输入指令页号、单元号,以及是否为存指令:
\n"）;
if（scanf（"%ld%ld",&p,&q）!
=2）
{
scanf（"%s",s）;
if（strcmp（s,"exit"）==0）
{
stop=1;
}
}
else
{
scanf（"%s",s）;
if（pagelist[p].flag）
{
printf（"绝对地址=%ld\n",pagelist[p].block*SizeOfBlock+q）;
if（s[0]=='Y'||s[0]=='y'）
{
pagelist[p].dirty=1;
}
}
else
{
if（pagelist[P[po]].dirty）
{
//将更新后内容写回外存
pagelist[P[po]].dirty=0;
}
pagelist[P[po]].flag=0;
printf（"out%ld\n",P[po]）;
printf（"in%ld\n",p）;
pagelist[p].block=pagelist[P[po]].block;
pagelist[p].flag=1;
P[po]=p;
po=（po+1）%M;
}
}
}while（!
stop）;
printf（"数组P值为:
\n"）;
for（i=0;i{
printf（"P[%ld]=%ld\n",i,P[i]）;
}
}
voidselect（）
{
longse;
chars[128];
do
{
printf（"请选择题号（1/2）:
"）;
if（scanf（"%ld",&se）!
=1）
{
scanf（"%s",s）;
if（strcmp（s,"exit"）==0）
{
return;
}
}
else
{
if（se==1）
{
init_ex1（）;
work_ex1（）;
}
if（se==2）
{
init_ex2（）;
work_ex2（）;
}
}
}while
（1）;
}
intmain（）
{
select（）;
return0;
}
升级会员 