實習五-虛擬存儲器實驗報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實習五 虛擬存儲器 一、實習內(nèi)容模擬分頁式虛擬存儲管理中硬件的地址轉(zhuǎn)換和缺頁中斷，以及選擇頁面調(diào)度算法處理缺頁中斷。二、實習目的在計算機系統(tǒng)中，為了提高主存利用率，往往把輔助存儲器（如磁盤）作為主存儲器的擴充，使多道運行的作業(yè)的全部邏輯地址空間總和可以超出主存的絕對地址空間。用這種辦法擴充的主存儲器稱為虛擬存儲器。通過本實習幫助同學理解在分頁式存儲管理中怎樣實現(xiàn)虛擬存儲器。三、實習題目本實習有三個題，其中第一題必做，第二、第三題中可任選一個。第一題：模擬分頁式存儲管理中硬件的地址轉(zhuǎn)換和產(chǎn)生缺頁中斷。提示：(1) 分頁式虛擬存儲系統(tǒng)是把作業(yè)信息的副本存放在磁盤

2、上，當作業(yè)被選中時，可把作業(yè)的開始幾頁先裝入主存且啟動執(zhí)行。為此，在為作業(yè)建立頁表時，應說明哪些頁已在主存，哪些頁尚未裝入主存，頁表的格式為： 頁號標志主存塊號在磁盤上的位置     其中，標志用來表示對應頁是否已經(jīng)裝入主存，標志位=1，則表示該頁已經(jīng)在主存，標志位=0，則表示該頁尚未裝入主存。主存塊號用來表示已經(jīng)裝入主存的頁所占的塊號。在磁盤上的位置用來指出作業(yè)副本的每一頁被存放在磁盤上的位置。(2) 作業(yè)執(zhí)行時，指令中的邏輯地址指出了參加運算的操作數(shù)存放的頁號和單元號，硬件的地址轉(zhuǎn)換機構(gòu)按頁號查頁表，若該頁對應標志為“1”，則表示

3、該頁已在主存，這時根據(jù)關(guān)系式：絕對地址=塊號´塊長+單元號計算出欲訪問的主存單元地址。如果塊長為2的冪次，則可把塊號作為高地址部分，把單元號作為低地址部分，兩者拼接而成絕對地址。按計算出的絕對地址可以取到操作數(shù)，完成一條指令的執(zhí)行。若訪問的頁對應標志為“0”，則表示該頁不在主存，這時硬件發(fā)“缺頁中斷”信號，由操作系統(tǒng)按該頁在磁盤上的位置，把該頁信息從磁盤讀出裝入主存后再重新執(zhí)行這條指令。(3) 設(shè)計一個“地址轉(zhuǎn)換”程序來模擬硬件的地址轉(zhuǎn)換工作。當訪問的頁在主存時，則形成絕對地址，但不去模擬指令的執(zhí)行，而用輸出轉(zhuǎn)換后的地址來代替一條指令的執(zhí)行。當訪問的頁不在主存時，則輸出“*該頁頁號”

4、，表示產(chǎn)生了一次缺頁中斷。該模擬程序的算法如圖5-1。(4) 假定主存的每塊長度為128個字節(jié)；現(xiàn)有一個共七頁的作業(yè)，其中第0頁至第3頁已經(jīng)裝入主存，其余三頁尚未裝入主存；該作業(yè)的頁表為：01501111801221901331102140 02250 02360 121 如果作業(yè)依次執(zhí)行的指令序列為： 操作頁號單元號操作頁號單元號+0070移位4053+1050+5023´2015存1037存3021取2078取0056+4001-6040存6084 運行設(shè)計的地址轉(zhuǎn)換程序，顯示或打印運行結(jié)果。因僅模擬地址轉(zhuǎn)換，并不模擬指

5、令的執(zhí)行，故可不考慮上述指令序列中的操作。第二題：用先進先出（FIFO）頁面調(diào)度算法處理缺頁中斷。提示：(1) 在分頁式虛擬存儲系統(tǒng)中，當硬件發(fā)出“缺頁中斷”后，引出操作系統(tǒng)來處理這個中斷事件。如果主存中已經(jīng)沒有空閑塊，則可用FIFO頁面調(diào)度算法把該作業(yè)中最先進入主存的一頁調(diào)出，存放到磁盤上。然后再把當前要訪問的頁裝入該塊。調(diào)出和裝入后都要修改頁表中對應頁的標志。(2) FIFO頁面調(diào)度算法總是淘汰該作業(yè)中最先進入主存的那一頁，因此可以用一個數(shù)組來表示該作業(yè)已在主存的頁面。假定作業(yè)被選中時，把開始的m個頁面裝入主存，則數(shù)組的元素可定為m個。例如：P0，P1，Pm-1其中每一個Pi (I=0,

6、1, , m-1) 表示一個在主存中的頁面號。它們的初值為：P0： =0, P1： =1, , Pm-1： =m-1用一指針K指示當要裝入新頁時，應淘汰的頁在數(shù)組中的位置，K的初值為“0”。當產(chǎn)生缺頁中斷后，操作系統(tǒng)選擇Pk所指出的頁面調(diào)出，然后執(zhí)行：Pk： =要裝入頁的頁號k： = (k+1) mod m再由裝入程序把要訪問的一頁信息裝入到主存中。重新啟動剛才那條指令執(zhí)行。(3) 編制一個FIFO頁面調(diào)度程序，為了提高系統(tǒng)效率，如果應淘汰的頁在執(zhí)行中沒有修改過，則可不必把該頁調(diào)出（因在磁盤上已有副本）而直接裝入一個新頁將其覆蓋。因此在頁表中增加是否修改過的標志，為“1”表示修改過，為“0”表

7、示未修改過，格式為： 頁號標志主存塊號修改標志在磁盤上的位置             由于是模擬調(diào)度算法，所以，不實際地啟動調(diào)出一頁和裝入一頁的程序，而用輸出調(diào)出的頁號和裝入的頁號來代替一次調(diào)出和裝入的過程。把第一題中程序稍作改動，與本題結(jié)合起來，F(xiàn)IFO頁面調(diào)度模擬算法如圖5-2。(4) 如果一個作業(yè)的副本已在磁盤上，在磁盤上的存放地址以及已裝入主存的頁和作業(yè)依次執(zhí)行的指令序列都同第一題中（4）所示。于是增加了“修改標志”后的初始頁表為： 頁號

8、標志主存塊號修改標志在磁盤上的位置015001111800122190013311002140 002250 002360 0121 按依次執(zhí)行的指令序列，運行你所設(shè)計的程序，顯示或打印每次調(diào)出和裝入的頁號，以及執(zhí)行了最后一條指令后的數(shù)組P的值。 (5) 為了檢查程序的正確性，可再任意確定一組指令序列，運行設(shè)計的程序，核對執(zhí)行的結(jié)果。第三題：用最近最少用（LRU）頁面調(diào)度算法處理缺頁中斷。提示：(1) 在分頁式虛擬存儲系統(tǒng)中，當硬件發(fā)出“缺頁中斷”后，引出操作系統(tǒng)來處理這個中斷事件。如果主存中已經(jīng)沒有空閑塊，則可用LRU頁面調(diào)度算法把該作業(yè)中距現(xiàn)在最久沒

9、有被訪問過的一頁調(diào)出，存放到磁盤上。然后再把當前要訪問的頁裝入該塊。調(diào)出和裝入后都要修改頁表中對應頁的標志。(2) LRU頁面調(diào)度算法總是淘汰該作業(yè)中距現(xiàn)在最久沒被訪問過的那頁，因此可以用一個數(shù)組來表示該作業(yè)已在主存的頁面。數(shù)組中的第一個元素總是指出當前剛訪問的頁號，因此最久沒被訪問過的頁總是由最后一個元素指出。如果主存只有四塊空閑塊且執(zhí)行第一題中提示（4）假設(shè)的指令序列，采用LRU頁面調(diào)度算法，那么在主存中的頁面變化情況如下： 3 0 6 4 5 1 2 4 62 3 0 

10、6 4 5 1 2 41 2 3 0 6 4 5 1 20 1 2 3 0 6 4 5 1當產(chǎn)生缺頁中斷后，操作系統(tǒng)總是淘汰由最后一個元素所指示的頁，再把要訪問的頁裝入淘汰頁所占的主存塊中，頁號登記到數(shù)組的第一個元素中，重新啟動剛才那條指令執(zhí)行。(3) 編制一個LRU頁面調(diào)度程序，為了提高系統(tǒng)效率，如果淘汰的頁在執(zhí)行中沒有修改過，則可不必把該頁調(diào)出。參看第二題中提示（3）。模擬調(diào)度算法不

11、實際地啟動調(diào)出一頁和裝入一頁的程序而用輸出調(diào)出的頁號和裝入的頁號來代替。把第一題中程序稍作改動，與本題結(jié)合起來，LRU頁面調(diào)度模擬算法如圖5-3。 (4) 按第一題中提示（4）的要求，建立一張初始頁表，頁表中為每一頁增加“修改標志”位（參考第二題中提示（4）。然后按依次執(zhí)行的指令序列，運行設(shè)計的程序，顯示或打印每次調(diào)出和裝入的頁號，以及執(zhí)行了最后一條指令后數(shù)組中的值。(5) 為了檢查程序的正確性，可再任意確定一組指令序列，運行設(shè)計的程序，核對執(zhí)行的結(jié)果。四 源程序(1) 程序中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及符號說明typedef struct /作業(yè)char name10;/作業(yè)名稱int pag

12、eNum;/頁號int offset;/單元號,偏移位移Job;typedef struct /頁表int pageNum;/頁號int mflag;/標志(是否在內(nèi)存)int blockNum;/主存塊號int alterFlag;/修改標志int position;/在磁盤上的位置PageTable; (2) 打印一份源程序并附上注釋#include <stdio.h>#include <string.h>typedef struct /作業(yè)char name10;/作業(yè)名稱int pageNum;/頁號int offset;/單元號,偏移位移Job;typedef

13、 struct /頁表int pageNum;/頁號int mflag;/標志(是否在內(nèi)存)int blockNum;/主存塊號int alterFlag;/修改標志int position;/在磁盤上的位置PageTable;void InitPageTable(PageTable *pt)int blockNum5=0,5,8,9,1;int position5=0,11,12,13,21;for (int i=1;i<5;i+)pti.pageNum=i-1;pti.mflag=1;pti.blockNum=blockNumi;pti.alterFlag=0;pti.positio

14、n=positioni;void InitJob(Job *job)const char *name12="+","+","*","存","取","-","移位","+","存","取","+","存"int pf12=0,1,2,3,0,6,4,5,1,2,4,6;int offset12=70,50,15,21,56,40,53,23,37,78,1,8

15、4;for (int i=0;i<12;i+)strcpy(,namei);jobi.pageNum=pfi;jobi.offset=offseti;void FIFODiaoDu(Job job,PageTable *pt)if (pt1.alterFlag=1)printf("頁面%d已經(jīng)被修改,故頁面%d寫回磁盤,頁面%d調(diào)入內(nèi)存n",pt1.pageNum,pt1.pageNum,job.pageNum);elseprintf("頁面%d調(diào)出內(nèi)存,頁面%d調(diào)入內(nèi)存n",pt1.pageNum,job.pageNum);in

16、t temp2=pt1.blockNum,pt1.position;/暫存調(diào)出頁面信息,容納新頁for (int i=1;i<5;i+)/數(shù)組模擬內(nèi)存中放置頁塊隊列,先進來的在隊首，后進來的在隊尾pti-1=pti;pt4.pageNum=job.pageNum;pt4.blockNum=temp0;pt4.position=temp1;if (strcmp(,"存")=0)/存操作,修改標志置1pt4.alterFlag=1;else pt4.alterFlag=0;void printPageTable(PageTable *pt)printf(&

17、quot;頁號 標志 主存塊號 修改標志 在磁盤上的位置n");for (int i=1;i<5;i+)printf(" %d %d %d %d %dn",pti.pageNum,pti.mflag,pti.blockNum,pti.alterFlag,pti.position); void printJob(Job *job)printf("作業(yè)名 頁號 單元號n");for (int i=0;i<12;i+) printf("%4s %d %dn",,jobi.pageNum,jobi.of

18、fset); int main(void)Job job12;InitJob(job);printf("作業(yè)依次執(zhí)行的指令序列:n");printJob(job);PageTable pt5;InitPageTable(pt);printf("初始內(nèi)存表:n");printPageTable(pt);printf("n*作業(yè)執(zhí)行開始*nn");for (int i=0;i<12;i+)int j=0;for (j=1;j<5;j+)if (jobi.pageNum=ptj.pageNum)/作業(yè)所需頁面在內(nèi)存中if (strcmp(,"存")=0)/存操作修改指令置1ptj.alterFlag=1;break;if (j=5)/缺頁中斷printf("*缺頁中斷*n");FIFODiaoDu(jobi,pt);/先進先出頁面調(diào)度printf("作業(yè)" %s "重新執(zhí)行n",);i-;/該作業(yè)重新執(zhí)行else printf("t 作業(yè)" %s "開始執(zhí)行 n",);printf