实验二 页式虚拟存储管理程序设计

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（FIFO）处理缺页中断。

二、实验内容

(1) 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“1”，表示该页修改过，否则为“0”，表示该页未修改过。页表格式如表2.1所示。

表2.1   页表格式

页  号	标  志	主存块号	修改标志	磁盘上的位置

(2) 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3-1所示。

(3) 编制一个FIFO页面调度程序。FIFO页面调度算法总是先调出作业中最先进入主存的那一页，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m，且该作业开始的m页已装入主存，则数组可由m个元素组成：

P[0]，P[1]，…，P[m-1]

它们的初值为

P[0]∶=0，P[1]∶=1，…，P[m-1]∶= m-1

用一指针k指示当要装入新页时应调出的页在数组的位置，k的初值为“0”。

当产生缺页中断后，操作系统总是选择P[k]所指出的页面调出，然后执行

P[k]∶=要装入的新页页号

k∶=（k+1）mod 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“OUT调出的页号”和“IN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2.1。

(4) 假定主存的每块长度为1024个字节，现有一个共7页的作业，其副本已在磁盘上。系统为该作业分配了4块主存块，且该作业的第0页至第3页已经装入主存，其余3页尚未装入主存，该作业的页表见表3-2所示。

表2.2 作业的页表

页号	标志	主存块号	修改标志	在磁盘上的位置
0	1	5	0	011
1	1	8	0	012
2	1	9	0	013
3	1	1	0	021
4	0		0	022
5	0		0	023
6	0		0	121

 

图2.1 地址转换和FIFO页面调度流程

如果该作业依次执行的指令序列如表2.3所示。

表2.3 作业依次执行的指令序列

操作	页号	页内地址	操作	页号	页内地址
+	0	070	移位	4	053
+	1	050	+	5	023
×	2	015	存	1	037
存	3	021	取	2	078
取	0	056	+	4	001
-	6	040	存	6	084

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）

(5) 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。

三、实验程序清单

#include "stdio.h"

#define size 1024

struct plist

{

int number;   

int flag;  

int block;  

int modify;  

int location;  

};

Struct plist p1[7]={{0,1,5,0,011},{1,1,8,0,012},{2,1,9,0,013},{3,1,1,0,021},{4,0,-1,0,022},{5,0,-1,0,023},{6,0,-1,0,121}};

struct ilist

{

char operation[10];

int pagenumber;

int address;

};

struct ilist p2[12]={{"+",0,70},{"+",1,50},{"*",2,15},{"存",3,21},{"取",0,56},{"-",6,40},{"移位",4,53},{"+",5,23},{"存",1,37},{"取",2,78},{"+",4,1},{"存",6,84}};

int main()

{

    int i,lpage,pflage,replacedpage,pmodify;

int p[4]={0,1,2,3};

int k=0;

int m=4;

long memaddress;

printf("\n 操作\t 页号 \t页内地址   标志  绝对地址   修改页号   页架号  绝对地址\n");

for(i=0;i<12;i++)

{

lpage=p2[i].pagenumber;

pflage=p1[lpage].flag;

if(pflage==0)

{

replacedpage=p[k];

pmodify=p1[replacedpage].modify;

p[k]=lpage;

k=(k+1)%m;

p1[lpage].flag=1;     

/*此处作用：将标志位改为a1*/

p1[lpage].block=p1[replacedpage].block;

p1[replacedpage].block=-1;

p1[replacedpage].flag=0;

p1[replacedpage].modify=0;

}

memaddress=p1[lpage].block*size+p2[i].address;

if(p2[i].operation=="save")

p1[lpage].modify=1;

printf(" %s\t",p2[i].operation);

printf("  %d\t",p2[i].pagenumber);

printf("   %d\t",p2[i].address);

printf("     %d\t",pflage);

if(pflage==1)

printf("   %d\t",memaddress);

else

printf("   *%d\t",p2[i].pagenumber);

if(pflage==1)

printf("        \t");

else

printf("    %d->%d\t",p2[i].pagenumber,replacedpage);

printf("  %d\t",p1[lpage].block);

printf("  %d\t",memaddress);

printf("\n");

}

}

四、实验结果与分析