操作系统段表课程设计说明书.docx
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操作系统段表课程设计说明书
课程设计任务书
学生：
朱东各专业班级：
计算机0604
指导教师：
蔡菁工作单位：
计算机科学与技术学院
题目:
模拟设计段页式虚拟存储管理中地址转换
初始条件：
1．预备容：
阅读操作系统的存管理章节容，理解段页式存储管理的思想及相应的分配主存的过程。
2．实践准备：
掌握一种计算机高级语言的使用。
要求完成的主要任务:
（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
1．实现段页式存储管理中逻辑地址到物理地址的转换。
能够处理以下的情形：
⑴能指定存的大小，存块的大小，进程的个数，每个进程的段数及段页的个数；
⑵能检查地址的合法性，如果合法进行转换，否则显示地址非法的原因。
2．设计报告容应说明：
⑴需求分析；
⑵功能设计（数据结构及模块说明）；
⑶开发平台及源程序的主要部分；
⑷测试用例，运行结果与运行情况分析；
⑸自我评价与总结：
）你认为你完成的设计哪些地方做得比较好或比较出色；
）什么地方做得不太好，以后如何改正；
）从本设计得到的收获（在编写，调试，执行过程中的经验和教训）；
）完成本题是否有其他方法（如果有，简要说明该方法）；
）对实验题的评价和改进意见，请你推荐设计题目。
时间安排：
设计安排一周：
周1、周2：
完成程序分析及设计。
周2、周3：
完成程序调试及测试。
周4、周5：
验收、撰写课程设计报告。
（注意事项：
严禁抄袭，一旦发现，一律按0分记）
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
模拟段页式虚拟存储管理中
地址转换
1需求分析
1.1段页式管理的基本思想
1.1.1基本思想
段式和页式存储管理各有优缺点，段页式存储管理系统，用分段的方法来分配和管理虚拟存储器，而用分页的方法来分配和管理主存。
既有段式系统便于实现段的共享，段的保护，动态和段的动态增长等一系列优点，又能像页式系统那样，很好地解决存的外碎片问题。
具体来说，把整个存分成大小相等存块，存块从0开始依次编号。
把用户程序分成若干段，每段有个段名。
页面的大小和存块相同，每段的各个页面都分别从0开始依次编号。
虚空间的最小单位是页而不是段，存就被分为若干个页，且每段所拥有的程序和数据在存中可以分开存放，分段大小也不再受存可用区的限制。
1.2段页式存储的原理
1.2.1虚地址的构成
逻辑地址有三部分构成：
V=（S，P，d）即段号s，页号p和页相对地址d，如下所示：
s
p
d
存分配：
以块为单位进行存分配，为了实现从逻辑地址到物理地址的转换，为每个作业或进程建立一段表：
段表中的段长即是页表长度，段表中的段始址即是页表地址，每个段拥有一页表，段的页号映射为物理地址中的物理块号。
1.2.2段表和页表的构成
在段页式存储管理系统中，段表包含这样几个基本项：
段号，状态，该段的页表长度，页表始址；页表包含的基本项是：
页号，状态，块号。
段页式管理中段表，页表以及存的关系如下图：
1.2.3动态地址变换过程
在段页式存储管理系统中，要对存中的指令或数据进行一次存取操作至少需要访问3次存。
第一次是由段表寄存器得到段表始址去访问段表，然后取出对应段的页表地址。
第二次则是访问页表得到所要访问的物理地址。
只有在访问了段表和页表之后，，第三次才能访问真正要访问的物理单元。
段页式存储管理系统地址变换如下所示：
2功能设计（数据结构及模块说明）
2.1存储结构说明
在此段页式存储管理系统中，我们采用以下数据结构来存储数据，存储结构用结构体和结构体数组来实现：
2.1.1段表
段号s
状态flag
页表长度plen
页表始址psta
//段表
typedefstructStack
{
intnum;//段号
intflag;//段状态
intplen;//页表长度
intpsta;//页表始址
}Stack;
其中状态为1代表在存，为0代表不在存。
2.1.2页表
页号pnum
状态位（是否在存中）
块号block
//页表
typedefstructPage
{
intnum;//页号
intflag;//页状态，即是否在存。
intblock;//该页对应的块号
}Page;
2.1.3数据区
块号block
作业容
简单起见，我们没有把容初始化到每一个存地址，只给出每个作业块的容，并且用一串字符代替。
typedefstructData
{
intnum;//存的块数
stringstr;//对应数据块的作业容，简化起见说明容为一串字符。
}Data;
2.1.4快表
段号
段页号
块号
//快表
typedefstructQuick
{
intqs;//快表段号
intqp;//快表页号
intqb;//快表段号
}Quick;
2.1.5段表寄存器
段表始址
段表长度
//段表寄存器
typedefstructStare
{
intssta;//段表始址
intslen;//段表长度
}Stare;
2.2程序流程图
3程序设计
3.1本程序平台
本实验使用VC++6.0平台，使用基本的控制台应用程序，单文档结构，主要数据结构是结构体间的关系。
打开VC++6.0建立一个空工程，然后简历C++源文件，根据数据结构编写代码。
3.2变量和函数说明
3.2.1变量说明
Stackss[10];//全局变量，用来存放所有进程的段，数组下标就是段号。
Starest;///////全局变量，用来存放段表寄存器表。
Datawork[20];//全局变量，主存每一块的容，下标是块号。
Quickqu;//////全局变量，存放快表。
Pagepage[5][5];//存放每个块对应的页表。
boolmenuflag=0;//菜单函数标志位，首次使用初始化表。
intbbs;//存块大小
intbs;//存大小
3.2.2函数说明
voidmenu（）;//为用户提供菜单，详情见第四部分截图。
voidstart（）;//初始化表项。
详情见第四部分截图。
函数实现部分见附录。
voidchange（）;//地址转换函数。
详情见第四部分截图。
函数实现部分见附录。
3.2.3菜单设计
进入界面必须先对段表数据进行初始化，然后可以多次进行地址转换。
4结果与运行情况分析
运行程序，测试程序运行情况：
本次程序设计中，进入界面必须先对段表数据进行初始化，然后可以多次进行地址转换，其中会出现段页越界，缺（段）页。
其中有一点和实际并不相同：
由于C++里面单限制，不能实现快表和段表的同时查询，故模拟时采用先查询快表然后再查询段表的模式，另外，为每一段创建的页表，直接有页表二维数组组成，第一纬代表段号，第二维代表段页号。
整体数据和用例见下图：
4.1段表初始化
按照上图，进入程序后进行段表初始化
4.2段号越界中断测试
从上图中可以看到段号只有5个，0-4，所以越界中断。
逻辑地址不合法。
4.3缺段中断测试
第二段不在存，逻辑地址无法转化，需要把该段调入主存。
4.4缺页中断测试
第三段第0页不在存，逻辑地址无法转化，需要调入页面。
4.5页表越界测试
第三段没有第五页，页表越界，访问非法。
4.6在段表中成功访问数据测试
成功测试数据，第四段第0页对应块号为10，故物理地址是10*1024+500=10740
第十块作业数据是：
k
5自我评价与总结
本次系统中，主要是利用简单的数据结构和VC的简单的控制台程序，采用自己定义数据模拟段页式存储管理的方式，简单明快的是给用户一个功能菜单，进入菜单必须进行段表数据初始化，然后只要不退出就可以进行各种地址转化测试，也可以重新初始化段表。
而数据结构部分，采用结构体数组比较容易掌握的格式，是的查询过程简单化。
总的来说，利用简单的思想较为完整的模拟了段页式存储的各个步骤，甚至把快表也考虑了进去。
对于各种非法访问非常直观的指出非法原因。
为了体现数据访问的真实性，我还简单的为存中每一个作业快初始化了作业数据，找到物理块号后可以直接读出块的作业容。
体现的本程序的根本目的。
当然，程序也有很多不足，例如可以考虑采用MFC窗口应用程序，结合C++自带的部模板函数MAP函数，这样也可以较好的模拟段页式系统，本程序中对于段表的初始化过于繁琐，可以采取文本数据库的形式，利用读取TXT的方式给段表链表结构进行初始化，会增加程序的可视性，和简便性。
本次实验中，总体还算比较顺利，但是测试过程中还是出现了一些问题，主要是对段页式存储的理解不够深入照成的，每一个段都有一个页表，而这些段和自己的页表是要靠段表里的页表始址定位的，这个在程序中没有完整的表现出来，另外第一次程序中没有考虑页表越界中断，这是没有完整的把握模拟系统中的各个环节造成的，为此要以自己写好的程序流程图为基础，考虑到每一步分支程序，尽量用简单的方式把系统的各种功能模拟出来。
上图就是错把35521当成缺页中断，应该是页表越界，这个在第四部分已经改正。
当然，完成本题还有其他的方式，可以借用VC的置数据结构和模板，可以使用结构体指针来存取段表，可以吧段表存到文本文件里，这些都是可行的。
通过本次课程设计，加深了自己对书本知识的理解，通过亲自把模拟系统做成数据结构，更加直观真切的体会到段页式存储的基本思想，当然同时也对其他的存储知识加深了理解，同时锻炼了自己把所学知识应用的实际视图里面的能力，做到学以致用，对计算机硬件里面的微观世界有了进一步的剖析。
7附录
完整的程序代码：
#include
#include
usingnamespacestd;
//数据结构
//快表
typedefstructQuick
{
intqs;//快表段号
intqp;//快表页号
intqb;//快表段号
}Quick;
//数据区，简单起见，只为每一个储块写入容，不具体到每一物理地址。
typedefstructData
{
intnum;//存的块数
stringstr;//对应数据块的作业容，简化起见说明容为一串字符。
}Data;
//页表
typedefstructPage
{
intnum;//页号
intflag;//页状态，即是否在存。
intblock;//该页对应的块号
}Page;
//段表
typedefstructStack
{
intnum;//段号
intflag;//段状态
intplen;//页表长度
intpsta;//页表始址
}Stack;
//段表寄存器
typedefstructStare
{
intssta;//段表始址
intslen;//段表长度
}Stare;
Stackss[10];////全局变量
Starest;///////全局变量
Datawork[20];//全局变量
Quickqu;//////全局变量
Pagepage[5][5];
boolmenuflag=0;
intbbs;//存块大小
intbs;//存大小
voidmenu（）;
voidstart（）;
voidchange（）;
intmain（）
{
menu（）;
return0;
}
voidmenu（）
{
cout<<"*************请选择**************"<cout<cout<<"**1、初始化表*****"<cout<<"**2、物理地址转换*****"<cout<<"**3、退出*****"<intmenu1;
cin>>menu1;
if（menu1!
=1&&menu1!
=2&&menu1!
=3）
{
cout<<"请输入正确的选项"<menu（）;
}
switch（menu1）
{
case1:
{
menuflag=1;
start（）;
break;}
case2:
{
if（menuflag==0）
{
cout<<"请初始化表"<menu（）;
}
change（）;
break;
}
case3:
return;
}//switch
}
voidstart（）
{
cout<<"请输入存大小（K）"<cin>>bs;
cout<<"请输入存块的大小（k）"<cin>>bbs;
intblocknum;
blocknum=bs/bbs;
cout<<"存一共被分为"<cout<<"请输入进程个数"<intpn;cin>>pn;
//下面求所有进程的总段数和段表,并为每段创建页表
intsums=0;
for（intpn1=0;pn1{
cout<<"请输入第"<intppn;cin>>ppn;
sums+=ppn;
}
for（intss1=0;ss1{
cout<<"请输入第"<段号，状态，页表长度，页表始址"<cin>>ss[ss1].num>>ss[ss1].flag>>ss[ss1].plen>>ss[ss1].psta;
cout<<"请初始化第"<for（intsss1=0;sss1{
page[ss1][sss1].num=sss1;
cout<<"请输入该段第"<cin>>page[ss1][sss1].flag>>page[ss1][sss1].block;
}
}
//初始化段表寄存器
cout<<"初始化段表寄存器的段表始址"<cin>>st.ssta;
st.slen=sums;
//初始化存中物理地址每一块的数据区
cout<<"简单起见，我们对物理地址的每一块用字符串进行简单的初始化，没有具体到每一物理地址"<for（intbn=0;bn{
work[bn].num=bn;
cout<<"请输入第"<cin>>work[bn].str;
}
//初始化快表
cout<<"简单起见，我们初始化快表只有一个"<cout<<"请输入要作为快表的段号和页号"<cin>>qu.qb>>qu.qp;
while（ss[qu.qb].flag!
=1||page[qu.qb][qu.qp].flag!
=1）
{
cout<<"该页不在存请输入一页在存中的作为快表,请输入要作为快表的段号和页号"<cin>>qu.qb>>qu.qp;
}
qu.qs=page[qu.qb][qu.qp].block;
menu（）;
}
voidchange（）
{
cout<<"请输入要转化的逻辑地址，段号s，段页号p，页偏移地址d（B）"<intsnum,pnum,dnum;
cin>>snum>>pnum>>dnum;
//首先查快表
if（snum==qu.qb&&pnum==qu.qp）
{
cout<<"快表命中"<<"对应块号是"<cout<<"该块中作业数据是"<cout<<"物理地址是"<menu（）;
}
//访问段表寄存器
else
{
cout<<"快表没有命中,访问段表寄存器，段号等于段表始址加上偏移地址"<intssnum;
ssnum=st.ssta+snum;
if（ssnum>st.slen-1）
{
cout<<"越界中断"<menu（）;
}
//访问段表
else
{
if（ssnum>=0&&ssnum<=st.slen-1）
{
//是否缺段
cout<<"段表有效"<if（ss[ssnum].flag==0）
{
cout<<"缺段中断"<menu（）;
}
else
{
//查询页表，根据段号查出页表始址，加上段偏移页数，即得到页表项。
//缺页中断测试
if（pnum>ss[ssnum].plen-1）
{
cout<<"缺页中断"<menu（）;
}
else
{
if（pnum>=0&&pnum<=ss[ssnum].plen-1）
{
if（page[ssnum][pnum].flag==0）
{
cout<<"缺页中断"<menu（）;
}
else
{
cout<<"找到该页"<<"查询页表后对应块号"<cout<<"该块存的数据是"<cout<<"转化得到的物理地址是：
"<menu（）;
}
}
}
}
}
}
}
}
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