虚拟存储器 课程设计.docx
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虚拟存储器课程设计
石家庄经济学院
课程设计报告
（学院）系:
信息工程学院
专业:
软件工程
姓名:
班级:
学号:
指导教师:
2012年1月15日
操作系统课程设计报告
姓名
学号
日期
2012.1.7-2010.1.20
实验室
152机房
指导教师
设备编号
53
设计题目
虚拟存储器
一、设计内容
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、设计目的
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。
通过本实习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、设计过程
1、数据结构设计
作业页表以一个结构体数组实现，每个表项为一个包含标志位、主存块号、磁盘位置、修改标志、time五个变量的结构体，定义P[M]数组为装入到主存的页面，po为正在访问或者要装入的页面，
用结构体数组来表示页面。
结构体数组及整型变量如下：
structpage//页表
{
longflag;//标志
longblock;//主存块号
longdisk;//在磁盘上的位置
longdirty;//修改标志
inttime;
}pagelist[SizeOfPage];
longP[M]为进入主存的页面建立的数组。
2、算法设计
（1）主函数main（）
功能：
根据用户所输入的随机数，进行地址转换，使用fifo页面调度算法，以及使用lru页面调度算法。
流程图：
见图1
图1
（2）初始化函数page（）
功能：
根据实验的要求，对页表初始化。
（3）地址变换函数work（）
功能：
实现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功能。
若输入的页面在主存，则根据公式计算出绝对地址，否则输出“*该页页号”。
流程图：
见图2
图2
（4）先进先出函数workfifo（）
功能：
实现fifo算法，用FIFO页面调度算法把该作业中最先进入主存的一页调出，然后装载新的页面。
流程图：
见图3
图3
（5）GetMax（）函数
功能：
比较进入主存中页time的大小，得到最近最少用的页号，从而得到要调出的页号，返回值是可,即在数组中的位置。
流程图：
见图4
图4
（6）worklru（）函数
功能：
实现lru算法，淘汰该作业中距现在最久没被访问过的那页，然后装载新的页面。
流程图：
见图5
图5
四、程序实现及运行结果
（1）源程序见源程序\源程序\源程序.cpp
（2）运行结果
1.菜单及退出
2.进行地址变换操作
3.进行先进先出操作
输入4098
4.进行最近最少用操作
输入4098
五、设计总结
这次操作系统课程设计是“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”，题目中包括了三个题目，“求绝对地址和模拟产生中断”“利用FIFO算法处理中断”“利用LRU算法处理中断”。
本次试验我获得了很多经验，拿到题目之后及时的去读懂题目的要求，并在课余的时候和同学相互讨论题目之中的一些比较难的算法，大家在一起讨论，很容易明白实验内容和如何去实现要求。
按照老师说的先把结构研究出来，然后再写程序，让我更清楚的知道怎样去实现实验中的内容。
六、指导教师评语及成绩
评语：
成绩：
年月日
附源程序
#include
#include
#defineSizeOfPage7
#defineSizeOfBlock128
#defineM4
structpage//页表
{
longflag;//标志
longblock;//主存块号
longdisk;//在磁盘上的位置
longdirty;//修改标志
inttime;
}
pagelist[SizeOfPage];
longk;//队列标记
longP[M];//主存页号数组
intGetMax（）//获取要调出的页号
{
intmax=-1;
inttag=0;
for（k=0;k{
if（pagelist[P[k]].time>max）
{
max=pagelist[P[k]].time;
tag=k;
}
}
returntag;
}
voidpage（）
{
k=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[0].dirty=0;
pagelist[0].time=0;
pagelist[1].flag=1;
pagelist[1].block=8;
pagelist[1].disk=012;
pagelist[1].dirty=0;
pagelist[1].time=0;
pagelist[2].flag=1;
pagelist[2].block=9;
pagelist[2].disk=013;
pagelist[2].dirty=0;
pagelist[2].time=0;
pagelist[3].flag=1;
pagelist[3].block=1;
pagelist[3].disk=021;
pagelist[3].dirty=0;
pagelist[3].time=0;
}
voidwork（）
{
longcaozuo=0;
longw,p,q;
printf（"-----------------------------------------\n"）;
printf（"|页号标志主存块号在磁盘上的位置|\n"）;
printf（"|015011|\n"）;
printf（"|118012|\n"）;
printf（"|219013|\n"）;
printf（"|311021|\n"）;
printf（"|40022|\n"）;
printf（"|50023|\n"）;
printf（"|60121|\n"）;
printf（"-----------------------------------------\n"）;
printf（"模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断"）;
printf（"1.操作\n"）;
printf（"2.退出\n"）;
scanf（"%ld",&w）;
caozuo=w;
while（caozuo==1）
{
printf（"请输入指令的页号和单元号：
\n"）;
scanf（"%ld%ld",&p,&q）;
if（pagelist[p].flag==1）
{
printf（"绝对地址=%ld\n",pagelist[p].block*SizeOfBlock+q）;
}
else
{
printf（"%ld号页缺页\n",p）;
}
printf（"1.操作\n"）;
printf（"2.退出\n"）;
scanf（"%ld",&w）;
caozuo=w;
}
}
voidworkFIFO（）
{
longp,q,i,w;
chars[100];
longcaozuo=0;
printf（"-----------------------------------------------------\n"）;
printf（"|页号标志主存块号在磁盘上的位置修改标志位|\n"）;
printf（"|0150110|\n"）;
printf（"|1180120|\n"）;
printf（"|2190130|\n"）;
printf（"|3110210|\n"）;
printf（"|400220|\n"）;
printf（"|500230|\n"）;
printf（"|601210|\n"）;
printf（"------------------------------------------------------\n"）;
printf（"用先进先出（FIFO）页面调度算法处理缺页中断\n"）;
printf（"1.操作\n"）;
printf（"2.退出\n"）;
scanf（"%ld",&w）;
caozuo=w;
while（caozuo==1）
{
printf（"请输入指令的页号、单元号：
\n"）;
scanf（"%ld%ld",&p,&q）;
if（pagelist[p].flag==1）
{
printf（"绝对地址=%ld\n",pagelist[p].block*SizeOfBlock+q）;
printf（"是否为存指令y/n\n"）;
scanf（"%s",s）;
if（s[0]=='y'）
{
pagelist[p].dirty=1;
}
}
else//该页不在主存中，产生缺页中断
{
if（pagelist[P[k]].dirty==1）
{
printf（"%ld号页在内存已经修改,将调出%ld号页\n",P[k],P[k]）;//输出调出的页号
printf（"%ld号页缺页；将调入该页到内存\n",p）;//输出调入的页号
}
else
{
printf（"%ld号页缺页；将调入该页到内存,直接覆盖未修改的调出页号\n",p）;//输出调入的页号
}
pagelist[P[k]].flag=0;//开始调入该页到主存
pagelist[p].block=pagelist[P[k]].block;
pagelist[p].flag=1;
printf（"FIFO页面调度程序调出了%ld号页;调入了%ld号页\n",P[k],p）;
P[k]=p;
k=（k+1）%M;
}
printf（"执行了最后一条指令后数组中P的值为：
\n"）;
for（i=0;i{
printf（"P[%ld]=%ld",i,P[i]）;
printf（"对应的页表信息:
页号%ld标志位%ld主存块号%ld",P[i],pagelist[P[i]].flag,pagelist[P[i]].block）;
printf（"修改标志位%ld\n",pagelist[P[i]].dirty）;
}
printf（"1.操作\n"）;//循环操作
printf（"2.退出\n"）;
scanf（"%ld",&w）;
caozuo=w;
}
}
voidworkLRU（）
{
longp,q,i,w;
chars[100];
longcaozuo=0;
printf（"------------------------------------------------------------------\n"）;
printf（"|页号标志主存块号在磁盘上的位置修改标志位调度计时器|\n"）;
printf（"|01501100|\n"）;
printf（"|11801200|\n"）;
printf（"|21901300|\n"）;
printf（"|31102100|\n"）;
printf（"|4002200|\n"）;
printf（"|5002300|\n"）;
printf（"|6012100|\n"）;
printf（"------------------------------------------------------------------\n"）;
printf（"用最近最少用（LRU）页面调度算法处理缺页中断\n"）;
printf（"1.操作\n"）;
printf（"2.退出\n"）;
scanf（"%ld",&w）;
caozuo=w;
while（caozuo==1）
{
printf（"\n请输入指令的：
\n页号单元号\n"）;
scanf（"%ld%ld",&p,&q）;
if（pagelist[p].flag==1）//该页在主存中
{
printf（"绝对地址=%ld\n",pagelist[p].block*SizeOfBlock+q）;
printf（"是否为存指令y/n\n"）;
scanf（"%s",s）;
if（s[0]=='y'）
{
pagelist[p].dirty=1;//是存指令，修改标志为"1"
}
for（k=0;k{
if（P[k]!
=p）
{
pagelist[P[k]].time++;
}
else
{
pagelist[P[k]].time=0;
}
}
}
else//该页不在主存中，产生缺页中断
{
k=GetMax（）;//要调出的页号
if（pagelist[p].dirty==1）
{
printf（"%ld页将调出\n",P[k]）;//输出调出的页号
printf（"%ld号页缺页；将调入该页\n",p）;//输出调入的页号
}
else
{
printf（"%ld号缺页；将调入该页\n",p）;//输出调入的页号
}
pagelist[P[k]].flag=0;//从主存中调出该页
pagelist[p].block=pagelist[P[k]].block;
pagelist[p].flag=1;
printf（"LRU缺页程序调出了%ld号页;调入了%ld号页\n",P[k],p）;
P[k]=p;
for（k=0;k{
if（P[k]!
=p）
{
pagelist[P[k]].time++;
}
else
{
pagelist[P[k]].time=0;
}
}
}
printf（"执行了最后一条指令后数组中P的值为：
\n"）;
for（i=0;i{
printf（"P[%ld]=%ld",i,P[i]）;
printf（"对应的页表信息:
页号%ld标志位%ld主存块号%ld",P[i],pagelist[P[i]].flag,pagelist[P[i]].block）;
printf（"修改标志位%ld调度计时器%ld\n",pagelist[P[i]].dirty,pagelist[P[i]].time）;
}
printf（"1.操作\n"）;
printf（"2.退出\n"）;
scanf（"%ld",&w）;
caozuo=w;
}
}
intmain（）
{
longn=1;
while（n!
=0）
{
printf（"**************************************\n"）;
printf（"*模拟分页式虚拟存储器管理*\n"）;
printf（"**************************************\n"）;
printf（"************选择操作**************\n"）;
printf（"*1地址变换*\n"）;
printf（"*2先进先出*\n"）;
printf（"*3最近最少用*\n"）;
printf（"*0退出*\n"）;
printf（"**************************************\n"）;
printf（"请输入操作号:
"）;
scanf（"%ld",&n）;
switch（n）
{
case1:
page（）;work（）;break;
case2:
page（）;workFIFO（）;break;
case3:
page（）;workLRU（）;break;
case0:
break;
}
}
return0;
}
做的比较简单，仅供参考；
附课设题目
实习一虚拟存储器
一、实习内容
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、实习目的
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。
通过本实习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、实习题目
本实习有三个题，其中第一题必做，第二、第三题中可任选一个。
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：
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）作业执行时，指令中的逻辑地址指出了参加运算的操作数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。
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。
（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。
该模拟程序的算法如图1-1。
（4）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：
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
图1-1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
+
0
070
移位
4
053
+
1
050
+
5
023
´
2
015
存
1
037
存
3
021
取
2
078
取
0
056
+
4
001
-
6
040
存
6
084
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。
第二题：
用先进先出（FIFO）页面调度算法处理缺页中断。
[提示]：
（1）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闲块，则可用FIFO页面调度算法把该作业中最先进入主存的一页调出，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。
（2）FIFO页面调度算法总是淘汰该作业中最先进入主存的那一页，因此可以用一个数组来表示该作业已在主存的页面。
假定作业被选中时，把开始的m个页面装入主存，则数组的元素可定为m个。
例如：
P[0]，P[1]…，P[m-1]
其中每一个P[i]（I=0,1,…,m-1）表示一个在主存中的页面号。
它们的初值为：
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，应淘汰的页在数组中的位置，K的初值为“0”。
当产生缺页中断后，操作系统选择P[k]所指出的页面调出，然后执行：
P[k]：
=要装入页的页号
k：
=（k+1）modm
再由装入程序把要访问的一页信息装入到主存中。
重新启动刚才那条指令执行。
（3）编制一个FIFO页面调度程序，为了提高系统效率，如果应淘汰的页在执行中没有修改过，则可不必把该页调出（因在磁盘上已有副本）而直接装入一个新页将其覆盖。
因此在页表中增加是否修改过的标志，为“1”表示修改过，为“0”表示未修改过，格式为：
页号
标志
主存块号
修改标志
在磁盘上的位置
由于是模拟调度算法，所以，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一次调出和装入的过程。
把第一题中程序稍作改动，与本题结合起来，FIFO页面调度模拟算法如图1-2。
（4）如果一个作业的副本已在磁盘上，在磁盘上的存放地址以及已装入主存的页和作业依次执行的指令序列都同第一题中（4）所示。
于是增加了“修改标志”后的初始页表为：
页号
标志
主存块号
修改标志
在磁盘上的位置
0
1
5
0
011
1
1
8
0
012
2
1
9
0
013
3
1
1
0
0
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