操作系統(tǒng)課設(shè)三種存儲(chǔ)管理方式的地址換算

第頁題目三種存儲(chǔ)管理方式的地址換算 姓名： 學(xué)號(hào)： 專業(yè)： 學(xué)院： 指導(dǎo)教師： 姚若龍 2018年11月27日【目錄】摘要…………………01引言…………………02算法設(shè)計(jì)……………02程序分析……………04算法分析……………09調(diào)試結(jié)果……………11個(gè)人總結(jié)……………15參考文獻(xiàn)……………15摘要：

操作系統(tǒng)（Operating

System，OS）是方便用戶、管理和控制計(jì)算機(jī)軟硬件資源的系統(tǒng)軟件（或程序集合）。

從用戶角度看，操作系統(tǒng)可以看成是對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的擴(kuò)充；

從人機(jī)交互方式來看，操作系統(tǒng)是用戶及機(jī)器的接口；從計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)看，操作系統(tǒng)是一種層次、模塊結(jié)構(gòu)的程序集合，屬于有序分層法，是無序模塊的有序?qū)哟握{(diào)用。操作系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方面體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)和管理技術(shù)的結(jié)合。操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件的核心，、它控制程序的執(zhí)行和提供資源分配、調(diào)度、輸入/輸出控制和數(shù)據(jù)管理等任務(wù)。如DOS、UNIX、OS/2和Windows

NT都是得到廣泛使用的操作的系統(tǒng)。

三種管理方式中，分頁系統(tǒng)能有效地提高內(nèi)存利用率，分段系統(tǒng)則能很好地滿足用戶需要，而段頁式系統(tǒng)則是把前兩種結(jié)合起來形成的系統(tǒng)。這種新系統(tǒng)既具有分段系統(tǒng)的便于實(shí)現(xiàn)、分段可共享、易于保護(hù)、可動(dòng)態(tài)鏈接等一系列優(yōu)點(diǎn)，有能像分頁系統(tǒng)那樣很好地解決內(nèi)存的外部碎片問題，以及可為各個(gè)分段離散地分配內(nèi)存等問題。

關(guān)鍵字：

分頁方式，分段方式，段頁式方式，操作系統(tǒng)。

一.引言分頁存儲(chǔ)管理是將一個(gè)進(jìn)程的邏輯地址空間分成若干個(gè)大小相等的片，稱為頁面或頁。在分段存儲(chǔ)管理方式中，作業(yè)的地址空間被劃分為若干個(gè)段，每個(gè)段定義了一組邏輯信息。段的長(zhǎng)度由相應(yīng)的邏輯信息組的長(zhǎng)度決定，因而個(gè)段長(zhǎng)度不等。段頁式存儲(chǔ)管理方式是分段和分頁原理的結(jié)合，即先將用戶程序分成若干個(gè)段，再把每個(gè)段分成若干個(gè)頁，并為每一個(gè)段賦予一個(gè)段名。三種存儲(chǔ)管理都有其相應(yīng)的段表、頁表和地址變換機(jī)構(gòu)。

二．三種存儲(chǔ)管理方式地址換算描述

（1）分頁存儲(chǔ)管理方式

在頁式存儲(chǔ)管理方式中地址結(jié)構(gòu)由兩部構(gòu)成，前一部分是頁號(hào)，后一部分為頁內(nèi)地址w（位移量），如圖為了實(shí)現(xiàn)從進(jìn)程的邏輯地址到物理地址的變換功能，在系統(tǒng)中設(shè)置了頁表寄存器，用于存放頁表在內(nèi)存中的始址和頁表的長(zhǎng)度。當(dāng)進(jìn)程要訪問某個(gè)邏輯地址中的數(shù)據(jù)時(shí)，分頁地址變換機(jī)構(gòu)會(huì)自動(dòng)地將有效地址（相對(duì)地址）分為頁號(hào)和頁內(nèi)地址兩部分，再以頁號(hào)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(hào)及頁表長(zhǎng)度進(jìn)行比較，如果頁號(hào)大于或等于頁表長(zhǎng)度，則表示本次所訪問的地址已超越進(jìn)程的地址空間。于是，這一錯(cuò)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(cuò)誤，則將頁表始址及頁號(hào)和頁表項(xiàng)長(zhǎng)度的乘積相加，便得到該表項(xiàng)在頁表中的位置，于是可從中得到該頁的物理塊號(hào)，將之裝入物理地址寄存器中。及此同時(shí)，再將有效地址寄存器中的頁內(nèi)地址送入物理地址寄存器的塊內(nèi)地址字段中。這樣便完成了從邏輯地址到物理地址的變換。（2）分段存儲(chǔ)管理方式程序通過分段劃分為多個(gè)模塊，如代碼段、數(shù)據(jù)段、共享段：

–可以分別編寫和編譯

–可以針對(duì)不同類型的段采取不同的保護(hù)

–可以按段為單位來進(jìn)行共享，包括通過動(dòng)態(tài)鏈接進(jìn)行代碼共享

為了實(shí)現(xiàn)從進(jìn)程的邏輯地址到物理地址的變換功能，在系統(tǒng)中設(shè)置了段表寄存器，用于存放段表始址和段表長(zhǎng)度TL。在進(jìn)行地址變換時(shí)，系統(tǒng)將邏輯地址中的段號(hào)及段表長(zhǎng)度TL進(jìn)行比較。若S>TL，表示段號(hào)太大，是訪問越界，于是產(chǎn)生越界中斷信號(hào)；若未越界，則根據(jù)段表的始址和該段的段號(hào)，計(jì)算出該段對(duì)應(yīng)段表項(xiàng)的位置，從中讀出該段在內(nèi)存的起始地址，然后，再檢查段內(nèi)地址d是否超過該段的段長(zhǎng)SL。若超過，即d>SL，同樣發(fā)出越界中斷信號(hào)；若未越界，則將該段的基址及段內(nèi)地址d

相加，即可得到要訪問的內(nèi)存物理地址。

（3）段頁存儲(chǔ)管理方式

在段頁式系統(tǒng)中，為了便于實(shí)現(xiàn)地址變換，需配置一個(gè)段表寄存器，其中存放段表始址和段表長(zhǎng)TL。進(jìn)行地址變換時(shí)，首先利用段號(hào)S，將它及段表長(zhǎng)TL進(jìn)行比較。若S>TL,表示未越界，于是利用段表始址和段號(hào)來球出該段所對(duì)應(yīng)的段表項(xiàng)在段表中的位置，從中得到該段的頁表址，并利用邏輯地址中的段內(nèi)頁號(hào)P來獲得對(duì)應(yīng)表的頁表項(xiàng)位置，從中讀出該頁所在的物理塊號(hào)b，再利用塊號(hào)b和頁內(nèi)地址來構(gòu)成物理地址。

（4）段表、頁表、段表地址寄存器。為了進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)為每個(gè)作業(yè)建立一個(gè)段表，并且要為該作業(yè)段表中的每一個(gè)段建立一個(gè)頁表。系統(tǒng)中有一個(gè)段表地址寄存器來指出作業(yè)的段表起始地址和段表長(zhǎng)度。三．程序模塊intsettable1(intn,intk);//創(chuàng)建頁表intprintTable1(intn,intk);//顯示頁表inttranst(intn,intk,intadd);//分頁地址換算intdefSect(intn,int*t);//創(chuàng)建段表intprintSect(intn);//輸出段表內(nèi)容inttransSect(intn,ints,intd);//進(jìn)行分段地址換算函數(shù)intsetSectTable(intn,intk);//創(chuàng)建段頁式內(nèi)容intprintSectTable(intn,intk);//顯示段頁內(nèi)容inttransSectPage(intn,intk,ints1,ints2,ints3);//段頁式地址換算//定義頁表結(jié)構(gòu)體typedefstructstableinty1;//頁號(hào)inty2;//塊號(hào)}stable;structstablesetst[512];//建立段表的結(jié)構(gòu)體typedefstructsetsectintd1;//段號(hào)intd2;//段長(zhǎng)intd3;//基址}setsect;structsetsectsets[512];//定義段表的總長(zhǎng)度//建立段頁式內(nèi)的頁表的結(jié)構(gòu)體typedefstructtableintdy1;//頁號(hào)intdy2;//塊號(hào)}table;//建立段頁式的結(jié)構(gòu)體typedefstructsetAllstructtablec1[512];//定義段內(nèi)頁表的結(jié)構(gòu)體intc2;//段號(hào)intc3;//段長(zhǎng)intc4;//起始地址}setAll;structsetAllset[512];//定義段頁式的總長(zhǎng)度1.分頁系統(tǒng)

intpage(intA,intL)

{

intd,P,kd,i;

intWD;

intPT[256];

for(i=1;i<256;i++)

{

PT[i]=rand()%512;//定義隨機(jī)產(chǎn)生的快號(hào)在到之間

}

P=A/L;//頁號(hào)等于邏輯地址/頁面大小

d=A%L;//頁內(nèi)地址=邏輯地址％頁面大小

if(P>L)printf("頁號(hào)大于頁表長(zhǎng)度,越界中斷\n\n");//如果頁號(hào)大于頁表長(zhǎng)度，輸出越界中段

else{

printf("頁號(hào)=邏輯地址/頁面大小=%d,頁內(nèi)地址=邏輯地址％頁面大小=%d\n",P,d);//輸出頁號(hào)和頁內(nèi)地址

kd=PT[P];//根據(jù)頁號(hào)隨機(jī)產(chǎn)生快號(hào)

printf("根據(jù)頁號(hào)%d得到塊號(hào)%d\n",P,kd);

WD=kd*L+d;//計(jì)算物理地址的公式

printf("物理地址=塊號(hào)%d*頁面大小%d+頁內(nèi)地址%d\n",kd,L,d);//輸出物理地址=塊號(hào)*頁面大小+頁內(nèi)地址

printf("邏輯地址%d換算后的物理地址為%d\n\n",A,WD);//輸出物理地址的結(jié)果

return(0);

}

}

2.分段系統(tǒng)

intSegment(intsn,intsd)

{

inti,wd;

for(i=0;i<255;i++)

{

st.segf[i]=rand()%255;//定義隨機(jī)產(chǎn)生段首地址為到之間

st.segl[i]=rand()%2048;//定義隨機(jī)產(chǎn)生段長(zhǎng)度為到之間

}

if(sn>256)printf("段號(hào)%d大于段表長(zhǎng)度,越界中斷\n\n",sn);//如果段號(hào)大于段表長(zhǎng)度，輸出越界中斷

elseif(sd>st.segl[sn])printf("段內(nèi)地址%d大于段長(zhǎng)度%d,越界中斷\n",sd,st.segl[sn]);//如果段內(nèi)地址大于段長(zhǎng)度，輸出越界中斷

else{

printf("根據(jù)段號(hào)找到段首地址%d\n",st.segf[sn]);

printf("物理地址=段首地址%d+段內(nèi)地址%d\n",st.segf[sn],sd);//輸出物理地址=段首地址+段內(nèi)地址

wd=st.segf[sn]+sd;//計(jì)算物理地址的算法

printf("換算得到的物理地址為:%d\n\n",wd);//輸出物理地址

}

return(0);

}

3.段頁系統(tǒng)

intSegPagt(intsn,intpn,intpd)

{

inti,wd;

sp.pl=256;

for(i=0;i<255;i++)

{

sp.pf[i]=sp.segf[i]=rand()%26624;//定義隨機(jī)產(chǎn)生的數(shù)在到之間

sp.ptl[i]=sp.segl[i]=rand()%512;//定義隨機(jī)產(chǎn)生的數(shù)在到之間

sp.pt[i]=rand()%256;//定義隨機(jī)產(chǎn)生的數(shù)在到之間

}

if(sn>256)printf("段號(hào)%d大于段表長(zhǎng)度,越界中斷\n\n",sn);//如果段號(hào)大于段表長(zhǎng)度,輸出越界中斷

elseif(pn>sp.ptl[pn])printf("頁號(hào)%d大于頁表長(zhǎng)度%d,越界中斷\n",pn,sp.ptl[pn]);//如果頁號(hào)大于頁表長(zhǎng)度,輸出越界中斷

elseif(pd>sp.pl)printf("頁內(nèi)地址%d大于頁面長(zhǎng)度%d,中斷\n",pd,sp.pl);//如果頁內(nèi)地址大于頁面長(zhǎng)度,輸出中斷

else{

printf("通過段號(hào)%d找到頁表首地址%d\n通過頁號(hào)%d找到塊號(hào)%d\n",sn,sp.pf[sn],pn,sp.pt[pn]);//輸出頁表首地址和塊號(hào)

printf("物理地址=頁表首地址%d+快號(hào)%d*頁面長(zhǎng)度%d+頁內(nèi)地址%d\n",sp.pf[sn],sp.pt[pn],sp.pl,pd);//輸出物理地址=頁表首地址+快號(hào)*頁面長(zhǎng)度+頁內(nèi)地址

wd=sp.pf[sn]+sp.pt[pn]*sp.pl+pd;//計(jì)算物理地址的公式

printf("物理地址為:%d\n\n",wd);//輸出物理地址的最好結(jié)果

}return(0);

}

4.主函數(shù)

intmain(){

intcode;

intpl,pa,sn,sd,pd,pn;

//constintptl;

inttemp;

do{

printf("地址換算過程\n\n");

printf("1.分頁式地址換算\n");

printf("2.分段式地址換算\n");

printf("3.段頁式地址換算\n");

printf("4.結(jié)束運(yùn)行\(zhòng)n\n");

printf("\n");

printf("請(qǐng)輸入您的選擇：");

scanf("%d",&code);

switch(code)

{

case1:{

printf("注意:請(qǐng)演示設(shè)定頁表長(zhǎng)度小于\n");

printf("請(qǐng)輸入換算的邏輯地址：\n");

scanf("%d",&pa);

printf("頁面大?。˙）:\n");

scanf("%d",&pl);

page(pa,pl);

}break;

case2:{

printf("請(qǐng)演示設(shè)定段表長(zhǎng)度小于\n");

printf("請(qǐng)輸入邏輯地址的段號(hào):\n");

scanf("%d",&sn);

printf("段內(nèi)地址:\n");

scanf("%d",&sd);

Segment(sn,sd);

}break;

case3:{

printf("預(yù)設(shè)定段表長(zhǎng)為,頁面大小為\n");

printf("請(qǐng)輸入邏輯地址的段號(hào):\n");

scanf("%d",&sn);

printf("頁號(hào):\n");

scanf("%d",&pn);

printf("頁內(nèi)地址:\n");

scanf("%d",&pd);

SegPagt(sn,pn,pd);

}break;

case4:{}break;

}

}while(code<4);

}

四．三種存儲(chǔ)管理方式的地址變換機(jī)構(gòu)

（1）分頁系統(tǒng)的地址變換機(jī)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)從進(jìn)程的邏輯地址到物理地址的變換功能，在系統(tǒng)中設(shè)置了頁表寄存器，用于存放頁表在內(nèi)存中的始址和頁表的長(zhǎng)度。當(dāng)進(jìn)程要訪問某個(gè)邏輯地址中的數(shù)據(jù)時(shí)，分頁地址變換機(jī)構(gòu)會(huì)自動(dòng)地將有效地址（相對(duì)地址）分為頁號(hào)和頁內(nèi)地址兩部分，再以頁號(hào)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(hào)及頁表長(zhǎng)度進(jìn)行比較，如果頁號(hào)大于或等于頁表長(zhǎng)度，則表示本次所訪問的地址已超越進(jìn)程的地址空間。于是，這一錯(cuò)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(cuò)誤，則將頁表始址及頁號(hào)和頁表項(xiàng)長(zhǎng)度的乘積相加，便得到該表項(xiàng)在頁表中的位置，于是可從中得到該頁的物理塊號(hào)，將之裝入物理地址寄存器中。及此同時(shí)，再將有效地址寄存器中的頁內(nèi)地址送入物理地址寄存器的塊內(nèi)地址字段中。這樣便完成了從邏輯地址到物理地址的變換。頁表始址頁表長(zhǎng)度頁表始址頁表長(zhǎng)度>頁號(hào)（3）頁內(nèi)地址1b頁表物理地址邏輯地址L越界中斷頁表寄存器頁號(hào)塊號(hào)0123（2）分段系統(tǒng)的地址變換機(jī)構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)從進(jìn)程的邏輯地址到物理地址的變換功能，在系統(tǒng)中設(shè)置了段表寄存器，用于存放段表始址和段表長(zhǎng)度TL。在進(jìn)行地址變換時(shí)，系統(tǒng)將邏輯地址中的段號(hào)及段表長(zhǎng)度TL進(jìn)行比較。1.若S>TL，表示段號(hào)太大，是訪問越界，于是產(chǎn)生越界中斷信號(hào)；2.若未越界，則根據(jù)段表的始址和該段的段號(hào)，計(jì)算出該段對(duì)應(yīng)段表項(xiàng)的位置，從中讀出該段在內(nèi)存的起始地址，然后，再檢查段內(nèi)地址d是否超過該段的段長(zhǎng)SL。若超過，即d>SL，同樣發(fā)出越界中斷信號(hào)；3.若未越界，則將該段的基址及段內(nèi)地址d相加，即可得到要訪問的內(nèi)存物理地址。段表始址段表始址段表長(zhǎng)度>2100越界有效地址段號(hào)段長(zhǎng)基址0123物理地址（3）

段頁式系統(tǒng)中的地址變換機(jī)構(gòu)在段頁式系統(tǒng)中，為了便于實(shí)現(xiàn)地址變換，需配置一個(gè)段表寄存器，其中存放段表始址和段表長(zhǎng)TL。進(jìn)行地址變換時(shí)，首先利用段號(hào)S，將它及段表長(zhǎng)TL進(jìn)行比較。若S>TL,表示未越界，于是利用段表始址和段號(hào)來球出該段所對(duì)應(yīng)的段表項(xiàng)在段表中的位置，從中得到該段的頁表始址，并利用邏輯地址中的段內(nèi)頁號(hào)P來獲得對(duì)應(yīng)表的頁表項(xiàng)位置，從中讀出該頁所在的物理塊號(hào)b，再利用塊號(hào)b和頁內(nèi)地址來構(gòu)成物理地址。段表始址段表始址段表長(zhǎng)度段表寄存器>段超長(zhǎng)頁號(hào)P段號(hào)S頁內(nèi)地址0123段表長(zhǎng)度頁表始址0123b塊號(hào)b塊內(nèi)地址頁表段表五.結(jié)果分析

1）主菜單頁面

2）頁式頁面

選擇1輸入：換算的邏輯地址：120頁面大?。?00輸出：頁號(hào)=1頁內(nèi)地址=20塊號(hào)=41物理地址=41203）段式頁面

選擇2輸入：換算的邏輯地址的段號(hào)：230