2023年虚拟存储器管理实验报告.docx

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1、防灾科技学院实验报告系别灾害信息工程系专业班级0950412学号学生姓名郑平贞实验日期20 2 3-12-8成绩课程名称计算机操作系统实验题目虚拟存储器管理实验记录实验目的：1理解虚拟存储器的概念2掌握分页式存储管理地址转换和缺页中断实验环境：WindowsXP VC+6.0实验内容: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2用先进先出页面调度算法解决缺页中断实验过程：1 .实验设计（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。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o为此，在为作业建立页表时，应说明哪些页己在

2、主存，哪些页尚未装入主存。作业执行时，指令中的逻辑地址指出了参与运算的操作存放的页号和单元号,硬件的地址转换机构按页号查页表，若该页相应标志为、1,则表达该页己在主存，这时根据关系式绝对地址=块号X块长+单元号计算出欲访问的主存单元地址。假如块长为2的基次，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。若访问的页相应标志为 0 ，则表达该页不在主存，这时硬件发缺页中断信号，有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

3、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，表达产生了一次缺页中断。（2）用先进先出（F I F0）页面调度算法解决缺页中断。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达该作业已在主存的页面。假定作业被选中时，把开始的n1个页面装入主存，则数组的元素可定为m个。4 -1 -14 3-14 3 54 3 54 3 54 3 213 215 215 43 5 43 2 43 2 1锚页中断次数为：10FIFO算法的实现心八 丁、 ”二 请选择算法24 -1 -14 3-14 3 54 3 54 3 52 3 52 152 152 14

4、3 143 2 43 2 1缺页中断次数为：9FIFO算法的实现4.实验分析系统的局限性涉及健壮性尚不够好，界面比较简朴，对页表的初始化需要修改程序。a 经 验体会:注意体会算法的精神，程序前后逻辑要一致。注意测试时数据的全面性。实验总结：编程不用太复杂，实用就行。实验地点机房3 0 5指导教师陈新房2.程序代码：(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。 # i nclu d e #inclu de #de fine Size Of Page 100# d ef i ne SizeOfBl o c k 12 8#d efine M 4s t ru c t i n fo页表(b

5、ool flag； /标志1 o ng bio c k;块号 long disk;/在磁盘上的位置b ool dir t y ;修改标志pag e li s t S i zeOfPage;long p o; / /队列标记long PM;void init ex 1 ()( 一mem set (p a ge 1 i st, 0, sizeof (pagel i st);p ag e 1 i s t 0 . f 1 ag=l;pag elist 0 . b 1 ock= 5 ;p a g e lis t 0. di s k = 011；pageli s t 1. f 1 ag= 1;p agel

6、 i s t 1 .block=8;p agel i s t1. disk=012;page 1 i st2. f 1 a g =1；pa g e list2 . block=9;p age 1 ist2.disk=013;pag e 1 i s t 3. flag=l;pa g e lis t 3. b lock=l;pagel i st3 . d isk=021;)v oid w o rk exl ()bool s top=0;long p, q;c h ar sl 2 8;do(prinlf (请输入指令的页号和单元号：n ”)；i f (scanf (%Id% 1 d，&p, &q)

7、! =2)(scanf C%s n , s);i f (s t r cmp ( s , exit)=0)St 0 p=l； if (pag e list p . flag) (prin t f (绝对地址二%1 d n ，pag e list p . block*SizeO f Block+q); else (p rint f (*%ldn”, p);)while (! s to p )；)v oi d init_ex2()(P o=0;P 0=0;Pl=l ; P2=2;P3=3；mem s et (pa g e 1 ist, 0 , s i z e of (page 1 ist)；page

8、Li s t0. f 1 a g =1;p a gelist0. bl o c k =5;page 1 ist0. d i sk=0 1 1;pag e 1 i st 1 . f 1 a g=l;pagel i s t 1. bio c k = 8 ;pa g eli s t1. disk=01 2 ；p a g e li s t 2 . f 1 ag=l;p agel i st2. block=9;page 1 i s t 2 . disk =0 13;p age 1 ist 3 . f 1 a g=l;pagelist3. biock=l；pagelist3. disk=021；vo i

9、d work_e x 2 () (Ion g P , q, i；char s 1 00；b o ol st o p=0； do(printf(请输入指令的页号、单元号，以及是否为存指令:n)；i f (scanf C%ld%ld，z, &p, & q ) !=2)sc a n f (s, s)；if (strcmp( s , ” exit)=0 )s t op=l；) else (s c a nf (%s，s);i f (pagelistp. flag)(pr i n t f (绝对地址二%1 d n，p a gelist p. bl o ck*SizeO f Block+q); i f (s

10、0=，Y, | s 0 = y)(p a gel i st p . d i r ty=l;) else (i f (pa g el i st P po . dir t y)(将更新后的内容写回外存p a gelist P po . d i r ly= 0 ;)p a g e 1 is t P po. fla g = 0 ;pri n tf (o u t %1 d n n , Ppo);prin t f ( i n % 1 d n p)；page 1 ist p . bl o c k=p a g elis t P po . b 1 ock;pagel i stp. f 1 a g= 1;Pp o

11、 = p ;po=( p o+l) %M;)while (!stop);pr intfC数组P的值为:n)；for (i=0; i M; i+)(printf CP%ld = 1 dn, i, P i);)vo i d se 1 ect ()ch a r s128； do(printf(请选择题号(1/2)： )；i f (sc a nf (*%ldzz, &se)! = 1) (scan f (%s, s);if (st r c m p (s, e x it)=0) (ret urn; ) el s e ( if (se=l)(i n i t_ e x 1 ()； work_ex1();i

12、f ( s e= 2 ) (init_ex2();work_e x 2 ();)while (1);in t ma i n() (se 1 e c t ()； r eturn 0;)(2)用先进先出(FIFO)页面调度算法解决缺页中断。#includ e i nclude # include 页表用数组模拟，在实验中页表数据结构定义为：# def ineN 32/实验中假定的页表长度,页表的长度事实上是由系统按照作业长度决定 的def i ne M 4 /实验中用，用固定局部置换算法给每个进程分派的主存物理块数 str u ct i nt 1 n urn b er; 页号int flag; /

13、表达该页是否在主存，表达在主存，0表达不在主存 i n t pnu mbe r ；/ /该页所在主存块的块号in t writ e ； 该页是否被修改过，1表达修改过，0 表达没有修改过 int dnumber; / /该页存放在磁盘上的位置，即磁盘块号p a ge N; 页表定义int pM: 用数组模拟FIFO算法中的队列(使用循环队列) i n t head;v o i d in i tial (void); /初始化in t do_mmap(in t ) ; /模拟地址转换void do_pag e_faul t (int); /缺页中断解决程序v o id ru n_f i rs t

14、 _in s tr u c t on(i n t); 执行进程的第一条指令void r un_a_in s tru c t ion( i nt) ; CPU 执行一条指令vo i d print_pa g e_and_fif o q u eue(void); / / 输出页表和FO 队歹ijma i n() int laddress, paddress; 逻辑地址，物理地址i n t 1 number, ad, p n umber; 页号，页内地址和物理块号 initial。； /手工初始化页表p r i nt_ p ag e an d _f i f o queue(); 输出页表和 FIFO

15、 队列r u n_fir s t_ i ns t r u c t o n ( 0 xO 0 00); 运营进程的第一条指令的地址 /输入下一条指令的地址c out327 6 7 ) 输入对的性检测co utladdress; )wh ile (lad d r ess! =- 1 ) 尚有指令要执行1 n u mber=lad dress 10; /取逻辑地址的页号 Inumbe rif (pag elnu mber. f 1 ag=l) /指令所在的页面已装入在内存中padd res s=do mmap (laddre s s) ; / / 形成物理地址c o utVpaddress”输出转换

16、后的物理地址endl;run_ a instruction (paddres s ); / / CPU根据得到的物理地址去执行指令 c o u t ”此指令执行是否修改所在页面lnumber= Inumberw (y/ n ?) ch a r change;c i n c h an g e;if(tolower (change)=* yz ) page 1 n umb e r. wri t c=l; 若页面要已修改，则将此页面修改位置1 pri n t_p a ge_and_fi f o q u eue();) ) e 1 se 缺页中断cou t 1 number。”输出该页的页号表达硬件产

17、生缺页中断 laddress;whi 1 e(laddre s s 3 276 7 ) / / 输入对的性检测cout Enter E RORR!请重新输入下一条指令的逻辑地址(03 2767) (- 1 to on d ) *endl;ci n laddre s s;)cout 祝贺,进程运营结束!”end 1 ;system( PAUSE);r eturn 0;/ /手工初始化页表和pIMI队列 void i nit i a 1 (v o id) (i nt i；for(i=0; i =31； i+) p a g ei. 1 n umber=i;i f(i=M-l) 预装入算法初始化页表的

18、前四项cou tpag e i. pnumbe r ;P age i.flag=l; / / 存在标志置 1 ) )/初始化FIFO的队列 h e ad=0;f or( i =0； i=M-l ； i +) pi=i； )输出页表和FIFO队列void p r i nt pa g e an d fifo q ue u e(void)( int i; co u tv“Print the page t able. n”;c o utset w ( 1 0) ，? 1 number，s e tw (9) * flag，/setw(10) pnum b er，? setw(l 0 ) *wr i te

19、， set w (1 0) Vdn u mber* e n dl;f o r (i= 0 ； i =N- 1 ； i +)cout s e tw( 7 )page i . In u mb e rsetw (10) pa g e i . fl a g set w (1 0 ) pag e i. p n um b e rs e tw (10) p ag e i . w r i t e setw ( 1 0) p age i . dnumbe r end 1 ； c ou t P r int the FIFO queue. n ;cou t s e tw(10) VN0 s etw (4 0 ) p

20、age (已在主存的页号 1 num b er)n： cout，zhc a d=，/ h ead e ndl;fo r (i=0; i=M- 1 ; i +)coutsetw(10)isetw(l 5 ) pi10; 取逻辑地址的页号 Inumb e r a d =1 a ddre s s& 0 x3f f ； 页内地址pnumber= p a gclnumber. p n u mbcr; /从页表中取得块号 P n u mbc rp a ddress= p n umber10 lad;ret u rn p a d d re s s ; / / CPU执行一条指令，输出物理地址表达指令执行完毕

21、 void run a _instru c t i on(int p a dd r e s s) (cou t p a d dress，/输出物理地址表达指令执行完毕 10; 取逻辑地址的页号i f (page 1 numb e r. flag=l) 由于式预装入方式，所以第一条指令所在的页面肯定 在内存中p a d d r es s =d o _mmap(l a d drc s s ); /形成物理地址 coutpa d dre s s”输出转换后的物理地址endl;run a_i n s t ructi o n (paddress);coutX(”此指令执行(Ox 0 0 ()0)是否修改

22、所在页面1 num b er=，lnumb e r (y/n?)char cha n ge;ci n c ha n g e ;i f ( t ol o wc r ( c h a ngc)= y* ) / /若指令执行完时修改了页面,则置write标志位 位1pageInumbe r . write=l;pr i nt_pa g e_ a nd_fi f o q ue u e()；cou t * 第一条指令执行完毕(地址为 Ox 0 00 0) * * end 1 ； )/页面写回磁盘vo i d w r it e _t o_ h arddi s k(in t j) (c outVj输出已修改的

23、淘汰的页号-表达该页写回了磁盘” Ve ndl;)缺页中断解决程序vo i d do pa g e fciult (int Inumber)int j; /j是选择淘汰的页j= P h ead;phea d = 1 n u m b e r ; /I n u mber 是新装入的页号head=( h e ad+ 1 )%M;/若淘汰出主存的页j己修改,则写会磁盘i f(pagej. writ e =1)write to harddisk(j); / / 页 j 写回磁盘/ /彳修改页表pag e j. f lag= 0 ; 页表中第j页的存在标志为0pa g el n umber. f 1 a

24、g=l； 页表第 1 n umb e r 的存在标志为 1p age1 numb e r. wri t e=0; 页表第 1 numb e r 的修改标志为 0page 1 numbe r . p number=pagej. pnum ber； /第拉怒目布尔页的主存块号为第j页 原主存块号co u t 1 numberV输出该页一表达该页调入了主存 e ndl;coutV 按任意键将查看“页面置换”之后的页表pa geN和FIFO队列信息Vendl ; syst e m (PAUSE);p ri n t_ p age_and_fifo q ueueO ;).实验结果(I)模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断。请选择题号3/2请输入指令的页号和单元号:0 70绝对地址=710用输入指令的页号和单元号:3 053 * 4请输入指令的页号和单元号:1 50绝对地址=1074请输入指令的页号和单元号: F:DebugCppl.exe请领入系统为进程分配的物理块数水=10=3请输入总页面数=30： 12请输入页面号弓I用串35432154321输入要分派的物理块数、页面总数、页面序列号