操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告模擬分頁式虛擬存儲(chǔ)管理設(shè)計(jì)內(nèi)容：模擬分頁式虛擬有儈管理中砸杵的地址霜換和缺貢屮斷，以及選擇頁面調(diào)度算泌處理缺貞屮斷.設(shè)計(jì)要求：掌握分帀式虛擬在衙管理的實(shí)現(xiàn)以及血面調(diào)度算法堂握頁式存儲(chǔ)管理技術(shù)的實(shí)現(xiàn)思想，如何實(shí)現(xiàn)駅邏JU地址到物理地址的輅換掌握晟近最少使用調(diào)廈算法（1眈）是如何址行調(diào)廈捅尊我?guī)?2010弄率良瞥日一、 課程設(shè)計(jì)目的和意義在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)4為了提高主存利用率，往往把輔助存儲(chǔ)器（如磁盤》作為主存儲(chǔ)器的擴(kuò)允，使名道運(yùn)行的作業(yè)的仝部邏輯地址空間總和可以超出主存的絕対地址空間，用這種辦法擴(kuò)允的主存儲(chǔ)器稱為虛擬存儲(chǔ)器。通過術(shù)實(shí)習(xí)幫助我們理解在分頁式存儲(chǔ)管理屮怎樣實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器。二、 軟碩件環(huán)境軟件環(huán)境：MicrosoftVisualC++6.0運(yùn)行環(huán)境？win9x、win2000、winXP三、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及幵發(fā)過程貞式虛擬存儲(chǔ)管理是在頁式存倚管理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，首先把作業(yè)倍息作為副木存放在磁盤上，作業(yè)執(zhí)行時(shí)，把作業(yè)信息的部分加面裝入主存儲(chǔ)器，作業(yè)執(zhí)行時(shí)若所訪問的貞面已經(jīng)在主存屮，則進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，得到絕對(duì)地址，否則產(chǎn)生“缺頁屮斷”由操作系統(tǒng)把申前所需的貞面裝入主存。在頁式虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)屮，把虛擬空間分成貞，稱為邏輯貞；內(nèi)存空間也分成同樣大小的貞.稱為物理貞。假設(shè)邏輯頁號(hào)為（bb2, , m,物理貞號(hào)為（b1.……,m顯然有由于頁的大小都取2的整數(shù)毎個(gè)字，所以，頁的起點(diǎn)都落在低字段為逐的地址上。因此.虛存地址分為兩個(gè)字段三高位字段為邏軸貞號(hào)，低位字段為反內(nèi)行地址■實(shí)存地地址也分兩個(gè)字段：高位字段為物理何號(hào)，低位字段為蟲內(nèi)行地址。由于兩者的頁而大小一樣，所以頁內(nèi)行地址是相等。虛擬地址到主存實(shí)地址的變換是由放在主頁的頁表來實(shí)現(xiàn)「在頁表中，對(duì)冊(cè)每一個(gè)虛存邏弭貞號(hào)有一個(gè)表目，表目?jī)?nèi)容至少要包含該邏借頁所在的主存貞面地址（物理貞號(hào)），用它作為實(shí)（主）存地址的石字段，與處存地址的頁內(nèi)行地址字段相拼接，就產(chǎn)生了完整的實(shí)主存地址據(jù)此來訪問主存v貞式管理的地址變換如圖3」所示°通做在頁表的表項(xiàng)屮還包括裝入位（有效位）、修改位、替換位及其他保護(hù)位等組成的控制字段「如裝入位為表示該邏輯頁已從外存調(diào)入主存：裝入位為“佇則表示對(duì)悶的邏輯頁尚未詭入主存。如訪問該邏輯頁就要產(chǎn)生頁面失效屮斷，啟動(dòng)輸入輸岀子系統(tǒng)，根據(jù)頁表項(xiàng)目屮査得的外存地址，由磁盤等外存屮讀出新的頁以主存屮來。修改位指出主存頁面屮的內(nèi)容是否彼修改過，替換時(shí)是否要嗎主存，替換控制位指出協(xié)替換的歸等。頁農(nóng)屜址冷存煦存，也址圖3-1地址變換過程設(shè)計(jì)過程，3.1模擬分貞式存儲(chǔ)管理中碩件的地址轉(zhuǎn)換和產(chǎn)生缺貞屮斷3.1.1分頁式虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)是把作業(yè)信息的副術(shù)存馭在磁盤上，?巧作業(yè)彼選屮時(shí)，可把作業(yè)的開始兒貞先裝入主存且啟動(dòng)執(zhí)疔.為此，在為作業(yè)建立貞表時(shí)，應(yīng)說明哪些

貞已在主存，哪些頁尚未裝入主存，貞表的格式為,表1頁表格式頁號(hào)標(biāo)?占主存塊號(hào)修改標(biāo)志在礒蠱上的位迸其屮，標(biāo)志一用來表示對(duì)W貞是否已經(jīng)裝入主存.標(biāo)志位=1,則表示該貞已經(jīng)在主存，標(biāo)志位=匚則表示該貞尚未裝入主存。主存塊號(hào)——用來表示己經(jīng)?裝入主存的反所占的塊號(hào)C修改標(biāo)志一用于指示木頁是否修改過，修改標(biāo)志位=屮，則表示該頁已經(jīng)修改■標(biāo)志位三匚則表示該貞尚未修改。在磁盤t的位置一ffl來指出作業(yè)副術(shù)的每一貞被存放在磁盤上的位豊O3.1.2作業(yè)執(zhí)行時(shí)，指令屮的邏輯地址指出r參加運(yùn)算的操作數(shù)存放的頁號(hào)和單元號(hào)，碩件的地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)抜頁號(hào)査負(fù)表，若該貞對(duì)w標(biāo)志為9,則表示該頁已在主存，這時(shí)根據(jù)關(guān)系式， 絕對(duì)地址M塊號(hào)X塊長(zhǎng)+貳元號(hào)計(jì)算出欲訪問的主存單元地址。如果塊長(zhǎng)為2的屜次■則可把塊號(hào)作為猛地址部分，把單元號(hào)作為低地址部分，兩者拼接而成絕對(duì)地址。按計(jì)算出的絕對(duì)地址可以取到操作數(shù),完成一條指令的執(zhí)行。若訪問的頁對(duì)應(yīng)標(biāo)志為"儼，則表示該貞不在主存，這時(shí)換件發(fā)招缺頁屮斷"信號(hào).由操作系統(tǒng)按該頁在磁盤匕的位置，把該頁信息從磁盤讀出裝入主存后再重斯執(zhí)行這條指令。3.1.3設(shè)計(jì)一個(gè)“地址轉(zhuǎn)換”崔序來模擬碩件的地址轉(zhuǎn)換工作。*|訪間的頁在主存時(shí)，則形成絶對(duì)地址，但不去模擬指令的執(zhí)行，而用輸出轉(zhuǎn)換后的地址來代替一條指令的執(zhí)行「齊訪問的頁不在主存時(shí)，則輸出"該頁頁號(hào)m表示產(chǎn)生r—伙缺頁屮臥該模擬程序的算袪如國32圖3?2地址轉(zhuǎn)換笄法

■1?4假定主存的每塊長(zhǎng)度為⑵個(gè)字節(jié)：現(xiàn)有一個(gè)共七頁的作業(yè)，其屮笫0頁至第3貞已經(jīng)裝入主存，其余三頁尚未裝入主存；該作業(yè)的頁表為^表2作業(yè)貞表015Oil11g012219013311021400225002360121如果作業(yè)依次執(zhí)行的指令序列為:表3捋令序列搽作貞號(hào)單元號(hào)搽作頁號(hào)單元號(hào)+00704053+10505023X2015存1037存3021取2078取0056+?4001-6040存6084運(yùn)行設(shè)計(jì)的地址轉(zhuǎn)換程序.顯示或打卬運(yùn)行結(jié)果°閔僅模擬地址轉(zhuǎn)換，并＞1、模擬指令的執(zhí)行，故可不考慮上述指令序列屮的操作。3?2用最近晟少用（LRU）貞而調(diào)度算法處理映貞屮斷3.2.1在分貞式虛擬存?zhèn)ハ到y(tǒng)屮，半殺件發(fā)出"缺貞屮斷”后,引出操作系統(tǒng)來處理這個(gè)屮斷事fN如來主存屮己經(jīng)沒有空閑塊.則可用UUJ頁面調(diào)度算法把該作業(yè)屮距現(xiàn)在最久沒有被訪問過的一貞調(diào)出，存放到Mho然后再把嚴(yán)前要訪問的貞裝入該塊0詢出和裝入后都要修改頁表屮対應(yīng)貞的標(biāo)志。3.2.2LRU貞面調(diào)度算法總是淘汰該作業(yè)屮距現(xiàn)在最久沒被訪問過的那頁'因此可以用一個(gè)數(shù)組來表示該作業(yè)已在主存的頁面c數(shù)組屮的第一個(gè)元素總是指出詳前剛訪問的貞號(hào)'禺此最久沒被訪問過的口總是由雖后一個(gè)元素指此如果主存只有四塊空閑塊且執(zhí)行3.1.4屮假設(shè)的指令序列，采用LRU頁面調(diào)度算氷那么在主存中的頁而變化悄況如下農(nóng)表4頁面變化情況3.2.3編制一個(gè)LRU貞面調(diào)度程序，為了提齋系統(tǒng)效率，如風(fēng)淘汰的貞在執(zhí)行屮沒有修改過，則可不必把該歸訓(xùn)出，模擬說度算法不實(shí)際地啟動(dòng)調(diào)出一貞和裝入一貞的程序而用輸出調(diào)出的貞號(hào)和裝入的貞號(hào)來代替。把3?1屮程序利作改動(dòng)，與木題結(jié)合起來進(jìn)行設(shè)汁。

3.2.4按蔓求.建立一農(nóng)初娼貢表，然后按依祝執(zhí)行的指令序卿，運(yùn)行設(shè)計(jì)的程序，顯示或打印每欽調(diào)出利裝入的瓦號(hào)，以及擒行r最后一條指令后數(shù)組屮的值。3.2.盤為r檢査崔序的正確性，可再任意確宣一組揣令序列.運(yùn)行設(shè)計(jì)的崔序，核對(duì)執(zhí)行的皓果。3.3主姿數(shù)抿結(jié)構(gòu)枚函數(shù)說明數(shù)堆結(jié)構(gòu)：3.數(shù)堆結(jié)構(gòu)：3.3.IslTLictPagcT{intpagulD;tharflag;intTncmorynLim;intdisknum;tharcharged,}3.3.2structOtiIltQ{charworkTunni;;intpagulD;intujiitnum；}3.3.3 intq[5](2]3.3.4 intAO函數(shù)說明：厲頁號(hào)*r嚴(yán)裝入標(biāo)志也，叫丹已裝入，窣‘未裝入w嚴(yán)主存抉號(hào)呼嚴(yán)在磁盤的位置呼嚴(yán)條改標(biāo)志位，”嚴(yán)己修氐屮未條改呼嚴(yán)定義指令裕式*r產(chǎn)帝令獵稱呼厲頁號(hào)*r嚴(yán)單元號(hào)引/*lru算注記錄辰面變化情況數(shù)組燈

戶仝局變塑『記錄執(zhí)行弟幾條指令勺3.3.5函數(shù)exettuO功能：査貞表，并產(chǎn)生對(duì)m1。畫數(shù)或m20函數(shù)的調(diào)用.3.3.6雷數(shù)血】。功能：在不缺頁的情況下瀚?各頁面的最近辰少使用情呪變更函數(shù)。3.3.7函數(shù)m2()功能：在境土峽庭屮斷悄況下.對(duì)頁面的置換及迦用的函數(shù)=■3.4主藝算法說叩Main函數(shù)土姿算法如圖3-3：

圖3?3貞兩詢度算法流程圖

四、運(yùn)行結(jié)來如圖4J：策L茶棉令訪問頁為：抱令詢問單元側(cè)絕對(duì)地址為:萊2靛指?令訪冋頁為2116?捐令訪問m帀的絕對(duì)地址為：116?算3；茶指令訪問頁為：1-19拒令詢問單元的絕對(duì)迪址為:1-19笫珂條扌自令i方冋頁為：指令訪問片斤的綸對(duì)卅」止為：第＞條指令訪問頁為二發(fā)生訣」H中斷（按任氫蜒繼按????）Eg:桔令i方問岸元禹紋瑋卅！址為：1?64圖4-1程序運(yùn)行結(jié)果也4-1程序運(yùn)行結(jié)果中，既有訪問的貞在主存中乂有訪問的頁不在主存屮，如圖屮骨令1、2、3、4訪問的頁I,頁2,頁3,頁0均可以存放入主存屮:：指令5訪問的貞&不在主存屮，發(fā)生缺頁屮斷，根據(jù)LRU算法調(diào)岀頁1和說入頁&。五、參考資料1《操作系統(tǒng)使用數(shù)稅為編著任愛華?出版祕(mì)1《操作系統(tǒng)使用數(shù)稅為編著任愛華?出版祕(mì)2《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》3《操作系統(tǒng)教程》4《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》編著湯子瀛，出版初編著王國安.出版祖編著王玉勤?岀版期清華大學(xué)出版補(bǔ)四安電子科技大學(xué)出版補(bǔ)西北工業(yè)大學(xué)出版禮華屮科技大學(xué)出版社六、課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)我總結(jié)出分貞存儲(chǔ)管理仍熱存在以下缺點(diǎn)：1各種表格姜占用一定容雖的主存空屁，而且還要花費(fèi)一部分處理機(jī)時(shí)間束建立和管理這些表格2雖然說碎片泊除了，但每個(gè)作業(yè)的晟后一貞一股都有不能允分利用的空白區(qū)。例如頁面大小為3KB,作業(yè)需要2.5KB,則為其分配一個(gè)物理存儲(chǔ)塊，但有（卩KB空間蔽浪費(fèi)門3存儲(chǔ)擴(kuò)充間題仍未得到1W決。X沒有足夠的可用空間能裝下整個(gè)作業(yè)地址空間時(shí)，該作業(yè)還是無汕運(yùn)行的。在模擬虛擬存儲(chǔ)黠的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過崔屮，我深深體會(huì)到此歡課程設(shè)計(jì)的垂嬰性，它是我走上T作崗位前的一次重要的練習(xí),史廉刻休會(huì)到理論聯(lián)系實(shí)跣的重要性和必婆性。同時(shí)