分页系统模拟实验设计文档.doc

摘 要 请求分页虚拟存储系统时间作业信息的副本存放在磁盘这一类辅助存储器中当作业被调度投入运行时，并不把作业的程序和数据全部装入主存，而仅仅装入立即使用的那些页面，至少要将作业的第一页信息装入主存，在执行过程中访问到不在主存的页面时，再把它们动态装入。分页式虚拟存储管理是请求分页，当需要执行某条指令或使用某个数据，而发现它们不再主存时，产生一个缺页中断，系统从辅存中把该指令或数据所在的页面调入内存。 虚拟存储器的引入，实际上是利用了存储管理中逻辑地址空间和物理地址空间的关系，将计算机的内存和辅存结合起来，使得用户感觉具有大容量的内存，虚拟内存在将逻辑地址转换成物理地址时，必须通过一个内存管理单元MMU来完成。 在地址映射过程中，若在页面中发现所要访问的页面不再内存中，则产生缺页中断。当发生缺页中断时操作系统必须在内存选择一个页面将其移出内存，以便为即将调入的页面让出空间。而用来选择淘汰哪一页的规则叫做页面置换算法。 关键词： 分页；页面置换；辅存；缺页中断 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 1.绪论 1 1.1设计思想 1 1.2设计目的 2 1.3设计要求 2 1.4解决方案 2 2．概要设计 4 2.1总体设计模块 4 2.2结构说明 5 2.3数据结构 6 3．详细设计 7 3.1主函数声明及硬件地址变换实现 7 3.2设计页面置换算法实现分页管理的缺页调度 9 4．调试分析 12 4.1开始运行分页模拟实验系统 12 4.2进入硬件地址变换界面 13 4.3输入指令的逻辑地址 14 4.4显示物理地址和详细信息 14 4.5进入页面置换算法界面 15 4.6随机产生一个进程序列号 15 4.7使用LRU算法计算缺页次数和缺页率 16 4.8使用FIFO算法计算缺页次数 16 4.9测试结果分析 17 5．设计总结 17 参考文献 18 致 谢 19 附录：源程序代码 20 1.绪论 1.1设计思想 本设计实现进程的分页式内存分配和地址转换过程并进一步实现请求分页式存储分配和地址转换过程。再通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式管理的页面置换算法。 请求分页调度是仅当需要访问程序和数据时，通过发生缺页中断并由缺页中断处理程序分配页框再把所在页面装入主存。分页式虚拟存储系统排除了主存储器实际容量的约束，能使更多的作业同时多道运行，从而，提高了系统的效率。但缺页中断的处理要付出相当大的代价，由于页面的调入、调出要增加I/O的负担而且影响系统效率，因此应尽可能的减少缺页中断的次数。 实现虚拟存储器能给用户提供一个容量很大的存储空间，但当贮存已装满而又要装入新页时，必须按一定的算法把已在内存的一些页面掉出去，这个工作称页面替换。所以，页面替换就是用来确定应该淘汰哪页的算法。算法的选择是很重要的。 1.2设计目的 1.通过模拟实现对请求分页虚拟存储器管理中的硬件地址变换的算法，熟练使用所学知识完成地址转换过程。通过硬件地址转换加深对请求分页系统的原理和实现过程的理解。 2．通过模拟实现请求分页式存储管理的几种基本页面置换算法，了解虚拟存储技术的特点。掌握虚拟存储中请求页式存储管理的几种基本页面置换算法的基本思想和实现过程，并比较它们的效率。 1.3设计要求 在页式虚拟存储管理中，如果访问的页面在内存，计算出相应的物理地址，如果访问的页面不在内存，产生缺页中断，将所缺页从外存调入，如果内存没有空间需要将内存的一页淘汰，再将所缺页调入，然后计算出相应的物理地址。设计一个地址转换程序来模拟硬件的地址转换。 在页式虚拟存储管理中，设计一个虚拟存储区和内存工作区，编辑程序演示FIFO和LRU算法的具体实现过程，并计算访问命中率。演示页面置换的两种算法。通过随机数产生一个指令序列，将指令序列转换成为页地址流。计算并输出各种算法在不同内存容量下的缺页率。 1.4解决方案 （一）硬件地址变换算法 请求分页虚拟存储管理技术是把作业地址空间的全部信息存放在磁盘上。当作业被选中运行时，先把作业的开始几页装入主存并启动运行。为此在为作业建立页表时,应说明哪些页已在主存,哪些页不在主存。页表的格式如表1-1所示,其中,”标志”表示对应页是否已经装入主存: （1）“1”表示对应页已经装入主存； （2）“0”表示对应页未装入主存； （3）“主存快号”表示该页对应的主存快号； （4）“修改位”指示该页调入主存后是否修改过的标志。 （5）“外存地址”指示该页所在的外存地址。 （6）自己设计一个主存分块表。 表