实验五虚拟存储器管理
【实验目的】
①理解虚拟存储器概念。
②掌握分页式存储管理地址转换和缺页中断。
【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
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的幕次，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，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。
2．用先进先出（FIFO）页面调度算法处理缺页中断
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。
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。
【实验步骤】
程序代码：
#include
#include
#define SizeOfPage 100
#define SizeOfBlock 128
#define M 4
struct info//页表信息结构体
{
bool flag; //页标志，1表示该页已在主存，0表示该页不在主存
long block;//块号
long disk;//在磁盘上的位置
bool dirty;//更新标志
}pagelist[SizeOfPage];
long po;//队列标记
long P[M];//假设内存中最多允许M=4个页面
void init_ex1() //内存空间初始化。
{
memset(pagelist,0,sizeof(pagelist));
/分页式虚拟存储系统初始化/
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;
}
void work_ex1() //模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断过程
{
bool stop=0;
long p,q;
char s[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) //如果输入的为"exit"那么就退出，进入重选页面
{
stop=1;
}
}
else
{
if(pagelist[p].flag) //如果该页flag标志位为1，说明该页在主存中
{
printf(“绝对地址=%ld\n”,pagelist[p].blockSizeOfBlock+q); //计算出绝对地址，绝对地址=块号block×块长(默认128)+单元号///
}
else
{
printf("%ld\n",p); //如果该页flag标志位为0，表示该页不在主存中，则产生了一次缺页中断
}
}
}while(!stop);
}
void init_ex2()
{
/用先进先出（FIFO）页面调度算法处理缺页中断的初始化，
其中也包含了对于当前的存储器内容的初始化/
po=0;
P[0]=0;P[1]=1;P[2]=2;P[3]=3; /对内存中的4个页面进行初始化，并使目前排在第一位的为0///
memset(pagelist,0,sizeof(pagelist));//内存空间初始化。
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;
}
void work_ex2() //模拟FIFO算法的工作过程
{
long p,q,i;
char s[100];
bool stop=0;
do
{
printf(“请输入指令的页号、单元号，以及是否为内存指令:\n”);
if(scanf("%ld%ld",&p,&q)!=2)
{
scanf("%s",s);
if(strcmp(s,“exit”)0)//如果输入的为"exit"那么就退出，进入重选页面
{
stop=1;
}
}
else
{
scanf("%s",s);
if(pagelist[p].flag)//如果该页flag标志位为1，说明该页在主存中
{
printf(“绝对地址=%ld\n”,pagelist[p].block*SizeOfBlock+q);///计算绝对地址，绝对地址=块号block×块长(128)+单元号/
if(s[0]‘Y’||s[0]‘y’)//内存指令，在该程序中，无实质性作用
{
pagelist[p].dirty=1;//修改标志为1
}
}
else//如果所输入的页不在内存中
{
if(pagelist[P[po]].dirty) //当前的页面被更新过，需把更新后的内容写回外存
{
pagelist[P[po]].dirty=0;//将标志位复0
}
pagelist[P[po]].flag=0; //将flag标志位置0，表示当前页面已被置换出去
printf(“out%ld\n”,P[po]); //显示根据FIFO算法被置换出去的页面
printf(“in%ld\n”,p); //显示根据FIFO算法被调入的页面，此时将调入的页置于换出页的位置、、、、、、
pagelist[p].block=pagelist[P[po]].block;//将换出页的块号赋给调入页
pagelist[p].flag=1; //将当前页面的标记置为1，表示已在主存中
P[po]=p; //保存当前页面所在的位置
po=(po+1)%M;
}
}
}while(!stop);
printf(“数组P的值为:\n”);
for(i=0;i<M;i++) //循环输出当前数组的数值,即当前在内存中的页面
{
printf(“P[%ld]=%ld\n”,i,P[i]);
}
}
void select() //选择哪种方法进行
{
long se;
char s[128];
do
{
printf(“请选择题号(1/2):”);
if(scanf("%ld",&se)!=1)
{
scanf("%s",&s);
if(strcmp(s,“exit”)0) //如果输入为exit则退出整个程序
{
return;
}
}
else
{
if(se1) //如果se=1，说明选择的是模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断
{
init_ex1(); //调用init_ex1子函数，初始化
work_ex1(); //进行模拟
}
if(se==2) //如果se=2说明选择的是FIFO算法来实现页面的置换
{
init_ex2(); //初始化
work_ex2(); //进行模拟
}
}
}while(1);
}
int main()
{
select(); //调用select函数，选择题号
return 0;
}
【实验结果分析】
【实验体会总结】
平时学习了理论还是需要多实践练习，实验做起来还是会遇到麻烦，多问问同学，解决问题。