操作系统实验-存储管理程序设计

本科实验报告课程名称操作系统B实验项目存储管理程序设计实验地点专业班级学号学生姓名:指导教师:年月201111coutlnumber”输出该页----表示该页调入了主存endl;”按任意键将查看负面置换”之后的页表和队列信息”cout page[N]FIFO endl;systemnPAUSEn;print_page_and_fifoqueue;

六、实验结果分析

七、实验感想本实验是通过请求页式存储管理中页面置换算法的模拟设计，来了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式存储管理页面置换算法该程序通过查找页表，得到该页所在外存的物理块号如果此时内存未满，能容纳新页，则启动磁盘将所缺之页调入内存，然后修改页表如果I/O内存已满，则须按某种置换算法从内存中选出一页准备换出，是否重新写盘由页表的修改位决定，然后将缺页调入，修改页表利用修改后的页表，去形成所要访问数据的物理地址，再去访问内存数据整个页面的调入过程对用户是透明的先进先出算法总是最先淘汰最先进入内存的页面，比较简单，容易理解，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰该算法是把一个进程已调入内存的页面，按先后次序链接成一个队列，并设置一个置换指针，使它总是指向最老页面接收到缺页中断信号，中断处理程序先保存现场，分析中断原因，转入缺页CPU中断处理程序在编写程序时，还要设置一个缺页中断指针，当出现缺页时指针增一，最后通过总页数和缺的页数，算出缺页率通过本实验，更深刻的了解了存储器的管理方式，还有页表置换算法的认知，通过不同的算法来对内存的页面进行管理另外，编程之前要做好整体规划，充分掌握整个程序下各个小模块的功能和他们之间调度的关系，先实现各个模块子程序，这样效率很高目录存储管理程序设计

一、实验目的和要求

二、实验内容及原理、操作方法与实验步骤Ui

三、实验仪器及设备

五、实验数据记录和处理

六、实验结果分析

七、实验感想实验三存储管理程序设计

一、实验目的和要求一目的存储管理的主要功能之一是合理地分配主存空间请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术本实验的目的是通过请求页式存储管理中页面置换算法的模拟设计，来了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式存储管理的页面置换算法二要求模拟页式虚拟存储管理中硬件的地址转换和缺页中断的处理过程，并用先进先出调度算法处理缺页中断FIFO

二、实验内容及原理为了装入一个页面而必须调出一页时，如果被选中调出的页面在执行中没有修改过，则1不必把该页重新写到磁盘上因磁盘上已有副本因此，在页表中可以增加是否修改过的标志，当执行“存”指令、“写”指令时把对应页的修改标志置成表示该页修改过，否则为“1”，“0”，表示该页未修改过页表格式如表所示3-1表37页表格式标志主存块号修改标志磁盘上的位置页号设计一个地址转换程序来模拟硬件的地址转换和缺页中断处理过程当访问的页在主存2时则形成绝对地址，但不去模拟指令的执行，可用输出转换后的绝对地址来表示一条指令已完成当访问的页不在主存时则输出“*该页页号”来表示硬件产生了一次缺页中断模拟地址转换的程序流程如图所示3-1编制一个页面调度程序页面调度算法总是先调出作业中最先进入主存的那3FIFO FIFO一页，因此，可以用一个数组来构成页号队列数组中每个元素是该作业已在主存的页面号，假定分配给作业的主存块数为且该作业开始的页已装入主存，则数组可由个元素组成m,m mP

[0],P[l],…，P[m-1]它们的初值为P

[0]:=0,P[l]=1,・・・，P[m-1]=m-1用一指针指示当要装入新页时应调出的页在数组的位置，的初值为k k“0”开始页标志=1是“存指令有后继指令？结束模拟FIFO页面调度j页的修改标志=1图3-1地址转换和FlF0页面调度流程当产生缺页中断后，操作系统总是选择所指出的页面调出，然后执行P[k]=要装入的新页页号P[k]k:=k+1mod m在实验中不必实际地启动磁盘执行调出一页和装入一页的工作，而用输出调出的页号”和“OUT要装入的新页页号”来模拟一次调出和装入的过程模拟程序的流程见图“IN3-lo假定主存的每块长度为个字节，现有一个共页的作业，其副本已在磁盘上系统410247为该作业分配了块主存块，且该作业的第页至第页已经装入主存，其余页尚4033未装入主存，该作业的页表见表所示3-2表3-2作业的页表标志主存块号修改标志在磁盘上的位置页号0150011118001221900133110021400022500023600121如果该作业依次执行的指令序列如表所示3-3表3-3作业依次执行的指令序列操作页号页内地址操作页内地址页号+0070移位4053+1050+5023X2015存1037存3021取2078取0+4001056—6040存6084依次执行上述的指令序列来调试你所设计的程序仅模拟指令的执行，不必考虑指令序列中具体操作的执行为了检查程序的正确性，可自行确定若干组指令序列，运行设计的程序，核对执行结果5

三、实验仪器及设备计算机一台、编程软件C++

6.

0、操作方法与实验步骤编写源程序

1.编译运行

2.五■实验数据记录和处理源程序#include iostream#include iostream.h#include iomanip.h#include ctype.h〃实验中假定的页表长度#define N6//主存物理块数#define M4struct〃页号{int Inumber;〃表示该页是否在主存，表示在主存，表示不在主存int flag;”1”“0”〃该页所在主存块的块号int pnumber;〃该页是否被修改过，表示修改过，表示没有修改过int write;T“0〃该页存放在磁盘上的位置，即磁盘块号int dnumber;〃页表定义}page[N];用数组模拟]算法中的队列使用循环队列int p[M];//FIFOint head;void initialvoid;//模拟地址转换int do_mmapint;缺页中断处理程序void do_page_faultint;//〃执行进程的第一条指令void run_first_instructonint;执行一条指令void run_a_instructionint;//CPU〃输出页表和队列void print_page_and_fifoqueuevoid;FIFOmain〃逻辑地址，物理地址int laddress,paddress;〃页号，页内地址和物理块号int Inumber,ad,pnumber;initial;〃输出页表和队列print_page_and_fifoqueue;FIFO〃运行进程的第一条指令的地址输入下一条指令的逻辑地run_first_instructon0x0000;cout«”址0〜32767-1to endn«endl;cin»laddress;whileladdress32767{cout«输入错误！请重新输入下一条指令的逻辑地址0〜32767-1to endH«endl;cin»laddress;whileladdress!—1{//取逻辑地址的页号lnumber=laddress10;Inumber〃指令所在的页面已装入在内存中ifpage[lnumber].flag==1{paddress=do_mmapladdress;〃形成物理地址输出转换后的物理地址”cout«paddress endl;run_a_instructionpaddress;cout〈”此指令执行是否修改所在页lnumber=*«lnumber«ny/n n;char change;cin»change;iftolowerchange==,yf{page[lnumber].write=1;print_page_and_fifoqueue;〃缺页中断else{cout«lnumber”输出该页的页号-------表示硬件产生缺页中断vvendl;〃直接转去缺页中断处理do_page_faultlnumber;本循环结束，重新执行指令continue;//cout«”输入下一条指令的逻辑地址0〜32767,-1to end\nH;cin»laddress;〃输入正确性检测whileladdress32767{输入错误！请重新输入下一条指令的逻辑地址cout«0-32767-1to endendl;cin»laddress;}coutvv”进程运行结束!n«endl;systemHPAUSEH;return0;〃手工初始化页表和队列p[M]void initialvoidinti;fori=0;i=5;i++{page[i].lnumber=i;〃预装入算法初始化页表的前四项ifi=M-l{”输入页号为所在内存的物理块号预装入前四个页面”；cout”i”cin»pageli].pnumber;〃存在标志置page[i].flag=l;1〃初始化的队列FIFOhead=0;fori=0;i=M-l;i++p[i]=i；//输出页表和队列FIFOvoid print_page_and_fifoqueuevoidint i;cout”输出页表！\nn;cout«setwl0«Hlnumber«setw9«nflagn«setwl0«npnumber«setwl0«H writen«setw10«ndnumbern«endl;fori=0;i=N-l;i++cout«setw7«page[i].lnumber«setw10«page[i].flag«setw10«page[i].pnumber«setwl0«page[i].write«setw10«page|i].dnumber«endl;”输出对列:cout FIFO\n；cout«setw10«NOn«setw40«npage已在主存的页号lnumber\nM;cout«nhead=n«head«endl;fori=0;i=M-l;i++cout«setw10«i«setw15«p[i]«endl;〃模拟地址转换int do_mmapint laddressintInumber,ad,pnumber,paddress;〃取逻辑地址的页号lnumber=laddress»10;Inumber〃页内地址ad=laddress0x3ff;〃从页表中取得块号pnumber=page[Inumber].pnumber;pnumberpaddress=pnumber«10|ad;return paddress;执行一条指令，输出物理地址表示指令执行完成//CPUvoid run_a_instructionint paddresscout«paddress«n输出物理地址------------表示指令执行完成endl;〃执行进程的第一条指令void run_first_instructonint laddressintInumber,ad,pnumber,paddress;//取逻辑地址的页号lnumber=laddress»10;ifpage[lnumber].flag==1〃形成物理地址paddress=do_mmapladdress;输出转换后的物理地址coutpaddress”endl;run_a_instructionpaddress;cout”此指令执行0x0000是否修改所在页面lnumber=,«lnumber«,y/nn;char change;cin»change;iftolowerchange==1yf{〃若指令执行完时修改了页面，则置write标志位位1page[lnumber].write=1;print_page_and_fifoqueue;第一条指令执行完成地址为〈coutv********0x0000***********”endl;〃页面写回磁盘void write_to_harddiskint j{cout«j输出已修改的淘汰的页号---------表示该页写回了磁盘”endl;}〃缺页中断处理程序void do_page_faultint Inumber是选择淘汰的页intj;//jj=p[head];是新装入的页号p[head]=lnumber;//Inumberhead=head+1%M;〃若淘汰出主存的页已修改，则写会磁盘jifpage[j].write==1〃页写回磁盘write_to_harddiskj;j〃修改页表页表中第页的存在标志为page[j].flag=O;//j0〃页表第的存在标志为page[lnumber].flag=1;Inumber1〃页表第的修改标志为page[lnumber].write=O;Inumber0〃第拉怒目布尔页的主存块号为第页原主存块号page[lnumber].pnumber=page[j].pnumber;j。