虚拟存储器管理实验报告.doc
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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
095041219
学生姓名
郑平贞
实验日期
2011-12-8
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：
WindowsXPVC++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处理缺页中断
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。
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。
作业执行时，指令中的逻辑地址指出了参加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。
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，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。
（2）用先进先出（FIFO）页面调度算法处理缺页中断。
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。
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。
#include
#include
#defineSizeOfPage100
#defineSizeOfBlock128
#defineM4
structinfo//页表
{
boolflag;//标志
longblock;//块号
longdisk;//在磁盘上的位置
booldirty;//修改标志
}pagelist[SizeOfPage];
longpo;//队列标记
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（"请输入指令的页号和单元号：
\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（"请输入指令的页号、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）
{
//将更新后的内容写回外存
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的值为：
\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;
}
（2）用先进先出（FIFO）页面调度算法处理缺页中断。
#include
#include
#include//页表用数组模拟，在实验中页表数据结构定义为：
#defineN32//实验中假定的页表长度，页表的长度实际上是由系统按照作业长度决定的
#defineM4//实验中用，用固定局部置换算法给每个进程分配的主存物理块数
struct
{intlnumber;//页号
intflag;//表示该页是否在主存，"1"表示在主存，"0"表示不在主存
intpnumber;//该页所在主存块的块号
intwrite;//该页是否被修改过，"1"表示修改过，"0"表示没有修改过
intdnumber;//该页存放在磁盘上的位置，即磁盘块号
}page[N];//页表定义
intp[M];//用数组模拟]FIFO算法中的队列（使用循环队列）
inthead;
voidinitial（void）;//初始化
intdo_mmap（int）;//模拟地址转换
voiddo_page_fault（int）;//缺页中断处理程序
voidrun_first_instructon（int）;//执行进程的第一条指令
voidrun_a_instruction（int）;//CPU执行一条指令
voidprint_page_and_fifoqueue（void）;//输出页表和FIFO队列
main（）
{
intladdress,paddress;//逻辑地址，物理地址
intlnumber,ad,pnumber;//页号，页内地址和物理块号
initial（）;//手工初始化页表
print_page_and_fifoqueue（）;//输出页表和FIFO队列
run_first_instructon（0x0000）;//运行进程的第一条指令的地址
//输入下一条指令的地址
cout<<"输入下一条指令的逻辑地址（0~32767）（-1toend）"<cin>>laddress;
while（laddress>32767）{//输入正确性检测
cout<<"EnterERORR!
请重新输入下一条指令的逻辑地址（0~32767）（-1toend）"<cin>>laddress;
}
while（laddress!
=-1）{//还有指令要执行
lnumber=laddress>>10;//取逻辑地址的页号lnumber
if（page[lnumber].flag==1）{//指令所在的页面已装入在内存中
paddress=do_mmap（laddress）;//形成物理地址
cout<run_a_instruction（paddress）;//CPU根据得到的物理地址去执行指令
cout<<"此指令执行是否修改所在页面lnumber="<）";
charchange;
cin>>change;
if（tolower（change）=='y'）{
page[lnumber].write=1;//若页面要已修改，则将此页面修改位置1
print_page_and_fifoqueue（）;
}
}
else{//缺页中断
cout<do_page_fault（lnumber）;//直接转去缺页中断处理
continue;//本循环结束，重新执行指令
}
cout<<"输入下一条指令的逻辑地址（（0~32767）），-1toend.\n";
cin>>laddress;
while（laddress>32767）{//输入正确性检测
cout<<"EnterERORR!
请重新输入下一条指令的逻辑地址（0~32767）（-1toend）"<cin>>laddress;
}
}
cout<<"祝贺，进程运行结束!
"<system（"PAUSE"）;
return0;
}
//手工初始化页表和p[M]队列
voidinitial（void）
{
inti;
for（i=0;i=31;i++）{
page[i].lnumber=i;
if（i=M-1）{//预装入算法初始化页表的前四项
cout<<"输入页号为"<";
cin>>page[i].pnumber;
page[i].flag=1;//存在标志置1
}
}
//初始化FIFO的队列
head=0;
for（i=0;i=M-1;i++）
p[i]=i;
}
//输出页表和FIFO队列
voidprint_page_and_fifoqueue（void）
{
inti;
cout<<"Printthepagetable.\n";
cout<<for（i=0;i=N-1;i++）
cout<<cout<<"PrinttheFIFOqueue.\n";
cout<cout<<"head="<for（i=0;i=M-1;i++）
cout<}//模拟地址转换
intdo_mmap（intladdress）
{
intlnumber,ad,pnumber,paddress;
lnumber=laddress>>10;//取逻辑地址的页号lnumber
ad=laddress&0x3ff;//页内地址
pnumber=page[lnumber].pnumber;//从页表中取得块号pnumber
paddress=pnumber<<10|ad;
returnpaddress;
}//CPU执行一条指令，输出物理地址表示指令执行完成
voidrun_a_instruction（intpaddress）
{
cout<}//执行进程的第一条指令
voidrun_first_instructon（intladdress）
{
intlnumber,ad,pnumber,paddress;
lnumber=laddress>>10;//取逻辑地址的页号
if（page[lnumber].flag==1）//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
paddress=do_mmap（laddress）;//形成物理地址
cout<run_a_instruction（paddress）;
cout<<"此指令执行（0x0000）是否修改所在页面lnumber="<）";
charchange;
cin>>change;
if（tolower（change）=='y'）{//若指令执行完时修改了页面，则置write标志位位1
page[lnumber].write=1;
print_page_and_fifoqueue（）;
}
cout<<"********第一条指令执行完成（地址为0x0000）***********"<}
//页面写回磁盘
voidwrite_to_harddisk（intj）
{
cout<}
//缺页中断处理程序
voiddo_page_fault（intlnumber）
{
intj;//j是选择淘汰的页
j=p[head];
p[head]=lnumber;//lnumber是新装入的页号
head=（head+1）%M;
//若淘汰出主存的页j已修改，则写会磁盘
if（page[j].write==1）
write_to_harddisk（j）;//页j写回磁盘
//修改页表
page[j].flag=0;//页表中第j页的存在标志为0
page[lnumber].flag=1;//页表第lnumber的存在标志为1
page[lnumber].write=0;//页表第lnumber的修改标志为0
page[lnumber].pnumber=page[j].pnumber;//第拉怒目布尔页的主存块号为第j页原主存块号
cout<cout<<"按任意键将查看“页面置换”之后的页表page[N]和FIFO队列信息"<system（"PAUSE"）;
print_page_and_fifoqueue（）;
}
3.实验结果
（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。
输入要分配的物理块数、页面总数、页面序列号
（2）FIFO算法的实现
FIFO算法的实现
4.实验分析
系统的不足包括健壮性尚不够好，界面比较简单，对页表的初始化需要修改程序。
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305
指导教师
陈新房
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