操作系统虚拟页式管理实验报告

实验报告课程名称计算机操作系统实验名称虚拟页式管理班级学号姓名成绩指导教师赵安科实验日期2015年5月28日实验题目：虚拟页式管理实验内容：模拟请求页式存储管理中硬件的地址转换和缺页中断处理实验要求：①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。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，可以输出转换后的绝对地址来表示一条指令已执行完成。当访问的页不在主存中时，则输出“*页号”来表示硬件产生了一次缺页中断。模拟地址转换流程见图1。②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中的哪一页。因此可以用一个数组来表示（或构成）页号队列。数组中每个元素是该作业已在主存中的页面号，假定分配给作业的页架数为m，且该作业开始的m页已装入主存，则数组可由m个元素构成。P[0]，P[1]，P[2]，…，P[m-1]它们的初值为P[0]：=0，P[1]：=1，P[2]：=2，…，P[m-1]：=m-1用一指针K指示当要调入新页时应调出的页在数组中的位置，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)modm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过程，模拟程序的流程图见附图1。按流程控制过程如下：提示：输入指令的页号和页内偏移和是否存指令，若d为-1则结束，否则进入流程控制过程，得P1和d，查表在主存时，绝对地址=P1×1024+d③假定主存中页架大小为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个页架，且该作业的第0页至第3页已装入内存，其余3页未装入主存，该作业的页表如下：页号标志页架号修改标志在磁盘上位置0150011118001221900133110021400022500023600121如果该作业依次执行的指令序列如下表所示：操作页号页内地址操作页号页内地址+0070移位4053+1050+5023×2015存1037存3021取2078取0056+4001－6040存6084依次执行上述指令调试你所设计的程序（仅模拟指令的执行，不考虑序列中具体操作的执行）。④为进一步考察程序的执行，可自行确定若干组指令，运行程序，核对执行结果。实验步骤：（1）根据实验要求考虑实验中所用到的数据结构，对照页表和指令表模拟指令执行的顺序，为编写程序做准备。（2）上机编写程序，定义数组c，用来存储已在主存中的页面，定义指针k，用来指向要调出的页面，当指令不在时，调出页面，调入进入页面，同时指针加1，二位数组a，表示页表的属性，二维数组b,表示指令列表，根据页面动态调入的过程中，修改对应的标志位，直到指令查询查询结束为止。（3）调试对应的程序，人工模拟指令的执行过程，对比程序的实际运行结果，判断程序是否有不足和错误之处。（4）总结实验不足之处，理解掌握FIFO指令的动态执行过程，为以后更深入的理解计算机操作系统打下基础。程序中所用数据结构及说明：实验中定义了一个一维整形数组c[4],用来存储已在主存中的页面号，同时定义指针k（初始为0），用来指向要调出的页面，当查询的指令不在时，调出对应的页面，调入需要进入的页面，同时指针加1，指向下一个要调出的页面，由于主存只分配4个页架，所以当k=4时，指针k需重新置0。定义二维数组a[7][5]用来表示页表中7条指令的状态，页面动态调入的过程中修改对应的标志位，二维数组b[12][3]用来表示指令列表（页面走向），若是存指令，修改对应的标志位，若不是存指令，则不变，直到查询结束为止。其中s为需要输入查询的指令号，须在while循环中不断的输入查询。程序清单及描述：#include<iostream.h>intmain(void){ intc[4]={0,1,2,3};//已存入主存中的页号，用数组表示 intf=1;//f为标记，判断是否在主存中 ints;//输入指令号 inta[7][5]={{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}};//页表 intb[12][3]={{0,0,70},{0,1,50},{0,2,15},{1,3,21},{0,0,56},{0,6,40},{0,4,53},{0,5,23},{1,1,37},{0,2,78},{0,4,1},{1,6,84}};//页面走向 cout<<"指令列表"<<endl; cout<<"指令号"<<"操作"<<"页号"<<"页内地址"<<endl; cout<<"1"<<"0"<<"0"<<"70"<<endl; cout<<"2"<<"0"<<"1"<<"50"<<endl; cout<<"3"<<"0"<<"2"<<"15"<<endl; cout<<"4"<<"1"<<"3"<<"21"<<endl; cout<<"5"<<"0"<<"0"<<"56"<<endl; cout<<"6"<<"0"<<"6"<<"40"<<endl; cout<<"7"<<"0"<<"4"<<"53"<<endl; cout<<"8"<<"0"<<"5"<<"23"<<endl; cout<<"9"<<"1"<<"1"<<"37"<<endl; cout<<"10"<<"0"<<"2"<<"78"<<endl; cout<<"11"<<"0"<<"4"<<"1"<<endl; cout<<"12"<<"1"<<"6"<<"84"<<endl<<endl<<endl; inti,j,k=0; while(1)//循环查询指令号 { cout<<"请输入指令号："; cin>>s; for(i=0;i<12;i++) { for(j=0;j<4;j++) { if(i+1==s) { if(b[i][1]==c[j])//在主存中 { cout<<b[i][1]<<"页存在"<<""<<"绝对地址="<<a[b[i][1]][2]*1024+b[i][2]<<endl;f=0; if(b[i][0]==1)//存指令 { a[b[i][1]][3]=1;//修改标志 } break; } } f=1; } if(!f)//在主存，跳过循环 { continue; } else//不在主存中 { if(s==i+1) { cout<<"*"<<b[i][1]<<endl;//缺页 cout<<"OUT"<<""<<c[k]<<""<<"IN"<<""<<b[i][1]<<endl;//调出页面，调入页面 a[c[k]][1]=0; a[b[i][1]][2]=a[c[k]][2]; a[b[i][1]][1]=1;//修改标志置1，在主存中 c[k]=b[i][1];//修改数组元素 k++;//修改指针 if(b[i][0]==1)//存指令 { a[b[i][1]][3]=1;//修改标志 } if(k==4)//指针重置0 { k=0; } } } } } return0;}执行结果：说明：为方便查阅指令列表，截图输出12条指令的列表，然后根据实际查询的需要，输入指令号便可知查询指令是否在主存中，若存在，输出绝对地址，若不存在，输出调出（OUT）的页面号和调入（IN）的页面号。结果分析：对比实验运行结果，指令列表的走向（FIFO）与人工分析的一致，在主存中，输出绝对地址，不在主存中，输出调出的页面号和调入的页面号，程序结果正确，实验基本达到预期的目标。总结与体会：本次实验的过程中，由于前期理论的不足、专业知识不足，和数据结构的不熟悉，在前期编写程序的过程中，没有任何的条理和顺序，只是需要什么就要什么，程序逻辑上很混乱，指令的执行顺序一直有问题，一直调不出来错在哪，后期对