頁式存儲管理模擬(共8頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上學(xué)號姓名王娟實驗日期2018.實驗名稱頁式存儲管理模擬實驗?zāi)康模罕緦嶒炌ㄟ^模擬頁式虛擬存儲管理中硬件的地址轉(zhuǎn)換，和采用先進先出算法（FIFO）的缺頁中斷處理的實現(xiàn)過程，來進一步加深對虛擬存儲的理解。實驗內(nèi)容：此實驗?zāi)M頁式虛擬存儲管理中硬件的地址轉(zhuǎn)換和采用先進先出算法（FIFO）的缺頁中斷處理。地址轉(zhuǎn)換是由硬件完成的，實驗中使用軟件程序模擬地址轉(zhuǎn)換過程，模擬地址轉(zhuǎn)換的流程圖如圖1所示(模擬實驗中假定主存64KB，每個主存塊1024字節(jié)，即n=10,m=16，物理地址中塊號6位，塊內(nèi)地址10位；作業(yè)最大64KB，即m=16，邏輯地址中頁號6位，頁內(nèi)地址10位)。在模擬實

2、驗中頁表格式如圖2所示。 實驗原理：頁表用數(shù)組模擬，在模擬實驗中，頁表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義為：define n 32 /*模擬實驗中假定的頁表長度*/structint lnumber; /*頁號*/ int flag; /*表示該頁是否在主存，“1”表示在主存，“0”表示不在主存*/ int pnumber; /*該頁所在主存塊的塊號*/ int write; /*該頁是否被修改過，“1”表示修改過，“0”表示沒有修改過*/ int dnumber /*該頁存放在磁盤上的位置，即磁盤快號*/ pagen; /*頁表定義*/本實驗系統(tǒng)采用頁面預(yù)置的方法分配主存空間時將前幾頁調(diào)入主存，假定系統(tǒng)中每個作業(yè)

3、分得主存塊m（m=4）塊，則將第0m-1頁裝入主存。因為是模擬硬件工作，所以模擬實驗中如果訪問的頁不在主存時，則輸出該頁頁號，表示硬件產(chǎn)生缺頁中斷，然后直接轉(zhuǎn)去缺頁中斷處理。模擬實驗中，由于采用頁面預(yù)置方法，在給定的主存塊中一定無空閑塊，只能淘汰已在主存的一頁。模擬實驗中，沒有啟動磁盤的工作，淘汰的頁需要寫回磁盤時，用輸出頁號表示，調(diào)入新的一頁時，將該頁在頁表中的存在標志置為“1”，輸出頁號表示將該頁調(diào)入主存。模擬實驗中使用先進先出調(diào)度算法?？梢园言谥鞔鎯ζ鞯捻摰捻撎柊催M入主存的先后次序排成隊列，每次總是調(diào)出隊首的頁，當裝入一個新頁后，把新頁的頁號排入隊尾。模擬實驗中，用一個數(shù)組存放頁號的隊列

4、。假定分配給作業(yè)的主存塊數(shù)為m，數(shù)組可由m個元素組成，p0，p1.pm-1，隊首指針head和隊尾指針tail，當裝入一個新的頁時，將其頁號存入數(shù)組：tail=(tail+1)%m;ptail=新裝入頁的頁號；當選擇淘汰的頁時，淘汰頁的頁號=phead;head=(head+1)%m;模擬實驗中，采用頁面預(yù)置的方法，頁號隊列的長度總是m，tail等于（head+1）%m。因此可以使用一個指針，只用head即可。在裝入一個新的頁時，裝入頁和淘汰頁同時執(zhí)行，語句改為：淘汰頁的頁號=phead;phead=新裝入頁的頁號；head=(head+1)%m; 模擬實驗中，采用先進先出頁面置換算法的缺頁中

5、斷流程圖如圖3所示。 模擬實驗執(zhí)行一條指令時，不模擬指令的執(zhí)行，只是考慮執(zhí)行是否修改頁面，若修該頁面，則將頁面的頁表中修改標志置為“1”，然后輸出轉(zhuǎn)換后的物理地址，并輸出物理地址來表示一條指令的完成；如果訪問的頁不存在時，則產(chǎn)生缺頁中斷，往后直接轉(zhuǎn)去缺頁中斷處理，最后模擬中斷返回，就是返回重新進行地址轉(zhuǎn)換。一條指令執(zhí)行的模擬流程圖如圖4所示。模擬程序中首先手工輸入頁表信息，創(chuàng)建該作業(yè)的頁表；然后循環(huán)執(zhí)行假定的指令，觀察地址轉(zhuǎn)換情況。模擬程序的完整流程圖如圖5所示。實驗過程與結(jié)果： #define n 64 /*模擬實驗中假定的頁表長度*/ #define length 10 Struct in

6、t lnumber; /*頁號*/ int flag; /*表示頁是否在主存，“1”表示在，“0”表示不在*/ int pnumber; /*該頁所在主存塊的塊號*/ int write; /*該頁是否被修改過，“1”表示修改過，“0”表示沒有修改過*/ int dnumber; /*該頁存放在磁盤上的位置，即磁盤塊號*/ pagen; /*頁表定義*/ int m; /*m為作業(yè)在主存中的主存塊塊數(shù)*/ int page_length; /*頁表實際長度*/ int plength; /*存放在主存中頁的頁號*/ int head; /*主存中頁號隊列頭指針*/ page_interrupt

7、(lnumber) int lnumber; int j;Printf(“發(fā)生缺頁中斷* %dn”,lnumber);/*淘汰頁*/j=phead;phead=lnumber;head=(head+1)%m;if(pagej.write=1) printf(“將頁%d寫回磁盤第%d塊n”,j,pagej.dnumber);pagej.flag=0; /*第j頁存在標志改為“0”*/pagelnumber.pnumber=pagej.pnumber;pagelnumber.flag=1; /*第lnumber頁存在標志改為“0”*/pagelnumber.write=0; /*第lunmber頁

8、修改標志改為“1”*/printf(“淘汰主存塊%2d中的頁%2d,從磁盤第%d塊中調(diào)入頁%2dn”,pagej.pnumber,j,pagelnumber.dnumber,umber);/*缺頁中斷處理函數(shù)結(jié)束*/Command(laddress,write)unsigned laddress;int write;unsigned paddress,ad,pnumber,lnumber;kk:/*取出邏輯地址laddress的頁號lnumber(高6位)和頁內(nèi)地址ad*/lnumber=laddress>>10;ad=laddress&0x33ff;if(lnumber&

9、gt;=page_length)printf(“不存在該頁n”);return;if (pagelnumber.flag=1) /*頁在主存*/pnumber=pagelnumber.pnumber; /*從頁表中取得塊號*/paddress=pnumber<<10/ad; /*合并塊號和塊內(nèi)地址，形成物理地址padress*/ Printf(“邏輯地址是：%x對應(yīng)的物理地址是：%xn”，laddress,paddress); If(write=1) /*如果需要寫，修改頁的修改標志位*/ Pagelnumberwrite=1; else page_interrupt(lnumbe

10、r); -goto kk; /*命令處理函數(shù)結(jié)束*/main() int lnumber,flag,pnumber,write,dnumber;unsigned laddress;int I;/*輸入頁表信息，創(chuàng)建頁表page*/printf(“輸入頁表信息，創(chuàng)建頁表(若頁號為-1，則結(jié)束輸入)n”);printf(“輸入頁號和輔存地址：”);scanf(%d%d,&lnumber,&dnumber);I=0;While(lnumber !=-1)pageI.lnumber=lnumber; pageI.flag=0; pageI.write=0; pageI.dnumber=

11、dnumber; I+; Printf(“輸入頁號和輔存地址：”); scanf(%d%d,&lnumber,&dnumber);page_length=I;printf(“輸入主存塊號,主存塊數(shù)要小于%d,(以-1結(jié)束):”,i);scanf(“%d”,&pnumber);m=0;head=0;while(pnumber !=-1)if(m<=i)pagem.pnumber=pnumber; pagem=m; m+;scanf(“%d”,&pnumber);printf(“輸入指令性質(zhì)(1-修改，0-不需要，其他-結(jié)束程序運行)和邏輯地址：”);scan

12、f(“%d%x”,&write,&laddress);while(write= =0/write= =1)command(laddress,write); /*執(zhí)行指令*/ printf(“輸入指令性質(zhì)(1-修改，0-不需要，其他-結(jié)束程序運行)和邏輯地址：”); scanf(“%d%x”,&write,&laddress); /*main()結(jié)束*/3測試（運行時屏幕顯示） 輸入頁表信息，創(chuàng)建頁表（若頁號為-1，則結(jié)束輸入） 輸入頁號和輔存地址：0 11 輸入頁號和輔存地址：1 12 輸入頁號和輔存地址：2 13 輸入頁號和輔存地址：3 21 輸入頁號和輔存地

13、址：4 22 輸入頁號和輔存地址：5 23 輸入頁號和輔存地址：6 121 輸入頁號和輔存地址：-1 1輸入主存塊號，主存塊號要小于7，（以-1結(jié)束）：5 8 9 1 1 輸入指令性質(zhì)（1-修改，0-不需要，其他-結(jié)束程序運行）和邏輯地址：0 46 邏輯地址是：46 對應(yīng)的物理地址是：1446 輸入指令性質(zhì)（1-修改，0-不需要，其他-結(jié)束程序運行）和邏輯地址：0 432 邏輯地址是：432 對應(yīng)的物理地址是：2032 輸入指令性質(zhì)（1-修改，0-不需要，其他-結(jié)束程序運行）和邏輯地址：0 80f 邏輯地址是：80f 對應(yīng)的物理地址是：240f 輸入指令性質(zhì)（1-修改，0-不需要，其他-結(jié)束程

14、序運行）和邏輯地址：0 c15 邏輯地址是：c15 對應(yīng)的物理地址是：415 輸入指令性質(zhì)（1-修改，0-不需要，其他-結(jié)束程序運行）和邏輯地址：0 38 邏輯地址是：38 對應(yīng)的物理地址是：1438 輸入指令性質(zhì)（1-修改，0-不需要，其他-結(jié)束程序運行）和邏輯地址：0 1828 發(fā)生缺頁中斷*6 淘汰主存塊5中的頁0，從磁盤121塊中調(diào)入頁6 邏輯地址是：1828 對應(yīng)的物理地址是：1428 輸入指令性質(zhì)（1-修改，0-不需要，其他-結(jié)束程序運行）和邏輯地址：0 1035 發(fā)生缺頁中斷*4 淘汰主存塊8中的頁1，從磁盤22塊中調(diào)入頁4 邏輯地址是：1035 對應(yīng)的物理地址是：2035 輸入

15、指令性質(zhì)（1-修改，0-不需要，其他-結(jié)束程序運行）和邏輯地址：0 1417 發(fā)生缺頁中斷*5 淘汰主存塊9中的頁2，從磁盤23塊中調(diào)入頁5 邏輯地址是：1417 對應(yīng)的物理地址是：2417 輸入指令性質(zhì)（1-修改，0-不需要，其他-結(jié)束程序運行）和邏輯地址：1 425 發(fā)生缺頁中斷*1 將頁3寫回磁盤第21塊淘汰主存塊1中的頁3，從磁盤第12塊中調(diào)入頁1邏輯地址是：425 對應(yīng)物理地址是：425輸入指令性質(zhì)（1-修改，0-不需要，其他-結(jié)束程序運行）和邏輯地址：0 84e發(fā)生缺頁終端*2淘汰主存塊5中的頁6，從磁盤第13塊中調(diào)入頁2邏輯地址是：84e 對應(yīng)物理地址是：144e輸入指令性質(zhì)（1

16、-修改，0-不需要，其他-結(jié)束程序運行）和邏輯地址：01001邏輯地址是：1001 對應(yīng)物理地址是：2001輸入指令性質(zhì)（1-修改，0-不需要，其他-結(jié)束程序運行）和邏輯地址：11854發(fā)生缺頁終端*6將頁4寫回磁盤第22塊淘汰主存塊8中的頁4，從磁盤第121塊中調(diào)入頁6邏輯地址是：1854 對應(yīng)物理地址是：2054輸入指令性質(zhì)（1-修改，0-不需要，其他-結(jié)束程序運行）和邏輯地址：-11輸入指令性質(zhì)（1-修改，0-不需要，其他-結(jié)束程序運行）和邏輯地址：-11思考題1 為實現(xiàn)分頁存儲管理，需要哪些硬件支持。頁表機制、地址變換機構(gòu)2 實現(xiàn)虛擬存儲器，需要哪些硬件支持。（1）請求分頁/段的頁表或

17、段表機制：請求分頁存儲管理是建立在分頁存儲管埋的基礎(chǔ)上，并結(jié)合虛擬存儲系統(tǒng)原理實現(xiàn)的，是目前常用的一種實現(xiàn)虛擬存儲器的方式。（2）缺頁/段中斷機構(gòu)：作用就是就是要訪問的頁不在主存，需要操作系統(tǒng)將其調(diào)入主存后再進行訪問。在這個時候，被內(nèi)存映射的文件實際上成了一個分頁交換文件。（3）地址變換機構(gòu)：當進程要訪問某個邏輯地址中的數(shù)據(jù)時，分頁地址變換機構(gòu)會自動地將有效地址(相對地址)分為頁號頁內(nèi)地址兩部分，再以頁號為索引去檢索頁表。查找操作由硬件執(zhí)行。在執(zhí)行檢索之前，先將頁號與頁表長度進行比較，如果頁號大于或等于頁表長度，則表示本次所訪問的地址已超越進程的地址空間。于是，這一錯誤將被系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)并產(chǎn)生一地址越界中斷。若未出現(xiàn)越界錯誤，則將頁表始址與頁號和頁表項長度的乘積相加，便得到該表項在頁表中的位置，于是可從中