实验四 虚拟存储器管理实验
操作系统 课程实验-实验四页式虚拟存储管理中地址转换和缺页中断
实验四页式虚拟存储管理中地址转换和缺页中断一、实验目的深入了解页式存储管理如何实现地址转换；进一步认识页式虚拟存储管理中如何处理缺页中断。
二、实验预备知识页式存储管理中地址转换的方法；页式虚拟存储的缺页中断处理方法。
三、实验内容编写程序完成页式虚拟存储管理中地址转换过程和模拟缺页中断的处理。
实验具体包括：首先对给定的地址进行地址转换工作，若发生缺页则先进行缺页中断处理，然后再进行地址转换；最后编写主函数对所做工作进行测试。
假定主存64KB，每个主存块1024字节，作业最大支持到64KB，系统中每个作业分得主存块4块。
四、提示与讲解页式存储管理中地址转换过程很简单，假定主存块的大小为2n字节，主存大小为2m'字节和逻辑地址m位，则进行地址转换时，首先从逻辑地址中的高m-n位中取得页号，然后根据页号查页表，得到块号，并将块号放入物理地址的高m'-n位，最后从逻辑地址中取得低n位放入物理地址的低n位就得到了物理地址，过程如图6所示。
逻辑地址图6 页式存储管理系统地址转换示意图地址转换是由硬件完成的，实验中使用软件程序模拟地址转换过程，模拟地址转换的流程如图7所示（实验中假定主存64KB，每个主存块1024字节，即n=10,m'=16，物理地址中块号6位、块内地址10位；作业最大64KB，即m=16，逻辑地址中页号6位、页内地址10位）。
在页式虚拟存储管理方式中，作业信息作为副本放在磁盘上，作业执行时仅把作业信息的部分页面装入主存储器，作业执行时若访问的页面在主存中，则按上述方式进行地址转换，若访问的页面不在主存中，则产生一个“缺页中断”，由操作系统把当前所需的页面装入主存储器后，再次执行时才可以按上述方法进行地址转换。
页式虚拟存储管理方式中页表除页号和该页对应的主存块号外，至少还要包括存在标志（该页是否在主存），磁盘位置（该页的副本在磁盘上的位置）和修改标志（该页是否修改过）。
操作系统实验指导-虚拟存储器管理
操作系统实验指导
实验四虚拟存储器管理
实验目的：
1 理解虚拟存储器的概念
2 掌握分页式存储管理地址转换和缺页中断
实验方法：上机操作
实验环境：编程语言不限
实验内容：
1 模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断
2 用先进先出页面调度算法处理缺页中断
实验要求：
实验报告只要求提交电子文档，不需要提交纸质打印文档。
电子文档按“学号-姓名-实验编号”统一命名，例如: 095043125-黄昌军-03.doc。
其中名字后的03为实验一的编号，依次类推。
提交时间：2011年11月21日24:00之前。
防灾科技学院实验报告。
存储器管理实验实验报告
存储器管理实验实验报告一、实验目的存储器管理是操作系统的重要组成部分，本次实验的目的在于深入理解存储器管理的基本原理和方法，通过实际操作和观察，掌握存储器分配与回收的算法，以及页面置换算法的实现和性能评估。
二、实验环境本次实验使用的操作系统为 Windows 10，编程语言为 C+＋，开发工具为 Visual Studio 2019。
三、实验内容与步骤（一）存储器分配与回收算法实现1、首次适应算法（1）原理：从空闲分区链的首地址开始查找，找到第一个满足需求的空闲分区进行分配。
（2）实现步骤：建立空闲分区链表，每个节点包含分区的起始地址、大小和状态（已分配或空闲）。
当有分配请求时，从链表头部开始遍历，找到第一个大小满足需求的空闲分区。
将该分区进行分割，一部分分配给请求，剩余部分仍作为空闲分区留在链表中。
若找不到满足需求的空闲分区，则返回分配失败。
2、最佳适应算法（1）原理：从空闲分区链中选择与需求大小最接近的空闲分区进行分配。
（2）实现步骤：建立空闲分区链表，每个节点包含分区的起始地址、大小和状态。
当有分配请求时，遍历整个链表，计算每个空闲分区与需求大小的差值。
选择差值最小的空闲分区进行分配，若有多个差值相同且最小的分区，选择其中起始地址最小的分区。
对选中的分区进行分割和处理，与首次适应算法类似。
3、最坏适应算法（1）原理：选择空闲分区链中最大的空闲分区进行分配。
（2）实现步骤：建立空闲分区链表，每个节点包含分区的起始地址、大小和状态。
当有分配请求时，遍历链表，找到最大的空闲分区。
对该分区进行分配和处理。
（二）页面置换算法实现1、先进先出（FIFO）页面置换算法（1）原理：选择在内存中驻留时间最久的页面进行置换。
（2）实现步骤：建立页面访问序列。
为每个页面设置一个进入内存的时间戳。
当发生缺页中断时，选择时间戳最早的页面进行置换。
2、最近最久未使用（LRU）页面置换算法（1）原理：选择最近一段时间内最长时间未被访问的页面进行置换。
虚拟存储器管理实验报告
淮海工学院计算机科学系实验报告书课程名：《操作系统》题目：虚拟存储器管理页面置换算法模拟实验班级：学号：姓名：一、实验目的与要求1.目的：请求页式虚存管理是常用的虚拟存储管理方案之一。
通过请求页式虚存管理中对页面置换算法的模拟，有助于理解虚拟存储技术的特点，并加深对请求页式虚存管理的页面调度算法的理解。
2.要求：本实验要求使用C语言编程模拟一个拥有若干个虚页的进程在给定的若干个实页中运行、并在缺页中断发生时分别使用FIFO和LRU算法进行页面置换的情形。
其中虚页的个数可以事先给定（例如10个），对这些虚页访问的页地址流（其长度可以事先给定，例如20次虚页访问）可以由程序随机产生，也可以事先保存在文件中。
要求程序运行时屏幕能显示出置换过程中的状态信息并输出访问结束时的页面命中率。
程序应允许通过为该进程分配不同的实页数，来比较两种置换算法的稳定性。
二、实验说明1．设计中虚页和实页的表示本设计利用C语言的结构体来描述虚页和实页的结构。
在虚页结构中，pn代表虚页号，因为共10个虚页，所以pn的取值范围是0—9。
pfn代表实页号，当一虚页未装入实页时，此项值为-1；当该虚页已装入某一实页时，此项值为所装入的实页的实页号pfn。
time项在FIFO算法中不使用，在LRU中用来存放对该虚页的最近访问时间。
在实页结构中中，pn代表虚页号，表示pn所代表的虚页目前正放在此实页中。
pfn代表实页号，取值范围（0—n-1）由动态指派的实页数n所决定。
next是一个指向实页结构体的指针，用于多个实页以链表形式组织起来，关于实页链表的组织详见下面第4点。
2．关于缺页次数的统计为计算命中率，需要统计在20次的虚页访问中命中的次数。
为此，程序应设置一个计数器count，来统计虚页命中发生的次数。
每当所访问的虚页的pfn项值不为-1，表示此虚页已被装入某实页内，此虚页被命中，count加1。
最终命中率=count/20*100%。
实验四 存储管理
实验四存储管理背景知识耗尽内存是Windows 2000/XP系统中最常见的问题之一。
当系统耗尽内存时，所有进程对内存的总需求超出了系统的物理内存总量。
随后，Windows 2000/XP必须借助它的虚拟内存来维持系统和进程的运行。
虚拟内存机制是Windows 2000/XP操作系统的重要组成部分，但它的速度比物理内存慢得多，因此，应该尽量避免耗尽物理内存资源，以免导致性能下降。
解决内存不足问题的一个有效的方法就是添加更多的内存。
但是，一旦提供了更多的内存，Windows 2000/XP很可以会立即“吞食”。
而事实上，添加更多的内存并非总是可行的，也可能只是推迟了实际问题的发生。
因此，应该相信，优化所拥有的内存是非常关键的。
1. 分页过程当Windows 2000/XP求助于硬盘以获得虚拟内存时，这个过程被称为分页(paging) 。
分页就是将信息从主内存移动到磁盘进行临时存储的过程。
应用程序将物理内存和虚拟内存视为一个独立的实体，甚至不知道Windows 2000/XP使用了两种内存方案，而认为系统拥有比实际内存更多的内存。
例如，系统的内存数量可能只有16MB，但每一个应用程序仍然认为有4GB内存可供使用。
使用分页方案带来了很多好处，不过这是有代价的。
当进程需要已经交换到硬盘上的代码或数据时，系统要将数据送回物理内存，并在必要时将其他信息传输到硬盘上，而硬盘与物理内存在性能上的差异极大。
例如，硬盘的访问时间通常大约为4-10毫秒，而物理内存的访问时间为60 us，甚至更快。
2. 内存共享应用程序经常需要彼此通信和共享信息。
为了提供这种能力，Windows 2000/XP必须允许访问某些内存空间而不危及它和其他应用程序的安全性和完整性。
从性能的角度来看，共享内存的能力大大减少了应用程序使用的内存数量。
运行一个应用程序的多个副本时，每一个实例都可以使用相同的代码和数据，这意味着不必维护所加载应用程序代码的单独副本并使用相同的内存资源。
OS实验指导四——虚拟存储器管理
OS实验指导四——虚拟存储器管理
《操作系统》实验指导四
开课实验室：A207、A209 2015/11/23 、2015/11/24
一、实验目的
设计一个请求页式存储管理方案，并编写模拟程序实现。
二、设备与环境
1. 硬件设备：PC机一台
2. 软件环境：安装Windows操作系统或者
Linux操作系统，并安装相关的程序开发
环境，如C \C++\Java 等编程语言环境。
三、实验要求
1) 上机前认真复习页面置换算法，熟悉FIFO算法和LRU页面分配和置换算法的过程；
2) 上机时独立编程、调试程序；
3) 根据具体实验要求，完成好实验报告（包括实验的目的、内容、要求、源程序、实例运行结果截图）。
四、实验内容
1、问题描述：
设计程序模拟FIFO和LRU页面置换算法的工作过程。
假设内存中分配给每个进程的最小物理块数为m，在进程运行过程中要访问的页面个数为n，页面访问序列为P1, … ,Pn，分别利用不同的页面置换算法调度进程的页面访问序列，。
虚拟存储管理实验报告
虚拟存储管理实验报告实验概述虚拟存储管理实验是操作系统课程中的一项重要实验，旨在通过模拟内存管理中的分页机制和页面置换算法，深入理解操作系统中的虚拟内存管理技术。
本实验主要包括以下几个关键点：- 模拟内存的分页机制- 实现页面置换算法- 分析不同页面置换算法的性能指标实验环境本次实验基于C语言和Linux操作系统进行实现，使用gcc编译器进行编译和调试。
实验过程及实现细节在本次实验中，我们实现了一个简单的虚拟内存系统，主要包括以下几个模块：页面管理、页面分配、页面置换和性能分析。
下面对每个模块的实现细节进行详细描述。
页面管理页面管理模块主要负责管理虚拟内存和物理内存之间的映射关系。
我们采用了分页机制进行管理，将虚拟内存和物理内存划分为固定大小的页面。
页面的大小由实验设置为4KB。
页面分配页面分配模块负责分配物理内存空间给进程使用。
我们使用一个位图作为物理内存管理的数据结构，记录每个页面的使用情况。
在每次页面分配时，我们会查找位图中第一个空闲的页面，并将其分配给进程。
页面置换页面置换模块是虚拟存储管理中的核心算法，主要用于解决内存中页面不足时的页面置换问题。
本次实验中我们实现了两种常用的页面置换算法：FIFO（先进先出）和LRU（最近最少使用）算法。
FIFO算法是一种简单的页面置换算法，它总是选择最早被加载到物理内存的页面进行置换。
LRU算法是一种基于页面访问历史的算法，它总是选择最长时间未被访问的页面进行置换。
性能分析性能分析模块主要用于评估不同的页面置换算法的性能指标。
我们使用了缺页率（Page Fault Rate）和命中率（Hit Rate）作为评价指标。
缺页率表示物理内存中的页面不能满足进程请求的比例，命中率表示进程请求的页面已经在物理内存中的比例。
实验结果为了评估不同的页面置换算法的性能，在实验过程中，我们通过模拟进程的页面访问序列，统计页面置换次数、缺页率和命中率等指标。
以一个包含100个页面访问请求的序列为例，我们分别使用FIFO算法和LRU 算法进行页面置换。
虚拟存储器管理
沈阳工程学院学生实验报告（课程名称：操作系统）实验题目：虚拟存储器管理班级计算机131 学号2013414126 姓名杨光成地点实训F608 指导教师吕海华王黎明实验日期: 2015 年 5 月26 日一、实验题目模拟分页式虚拟存储管理实验。
二、实验要求编写一段程序来模拟页面置换算法。
要求能分别显示最佳(Optimal)置换算法、先进先出(FIFO)页面置换算法和最近最久未使用(LRU)置换算法的置换过程。
三、实验目的通过本实验帮助学生理解虚拟存储器的工作方法。
了解分页式存储管理里中各页面置换算法是怎样实现的，各算法有怎样的优缺点。
四、实验原理分析⑴页面置换算法是在分页存储管理方式中为了合理的将进程运行所需的页面调入内存而产生的算法。
一个好的页面转换算法，应具有较低的页面更换频率。
最常见的页面置换算法有最佳(Optimal)置换算法、先进先出(FIFO)页面置换算法和最近最久未使用(LRU)置换算法。
⑵算法的说明最佳置换算法：选择以后永不使用或是在最长时间内不再被访问的页面作为被淘汰的页面。
这种算法通常可保证获得最低的缺页率，但因为内存中哪个页面是以后永不使用的是无法预知的，所以该算法是无法实现的。
先进先出页面置换算法：选择内存中驻留时间最长的页面作为被淘汰的页面。
该算法实现简单，只需将调入内存中的页面链成一个队列，并设置一个指针指向最老的页面即可。
最近最久未使用置换算法：选择最近最久未使用的页面作为被淘汰的页面。
该算法需要为每个页面设置一个访问字段用来记录页面上次被访问的时间，通过这个时间来决定淘汰哪一个页面。
⑶主要变量及函数说明如表1所示表1 主要变量及函数说明表PRA(void) 初始化int findSpace(void) 查找是否有空闲内存int findExist(int curpage) 查找内存中是否有该页面int findReplace(void) 查找应予置换的页面void display(void) 显示void FIFO(void) FIFO算法void LRU(void) LRU算法void Optimal(void) OPTIMAL算法void BlockClear(void) BLOCK恢复struct pageInfor * block 物理块struct pageInfor * page 页面号串五、实验代码清单1、主函数（如图1）int main(){int c;int m=0,t=0;float n=0;Pro p[L];m=Input(m,p);//调用input函数，返回m值cout<<"请输入可用内存页面数m(3～5): ";do{cin>>M;if(M>5||M<3)cout<<"内存块m须在3～5之间，请重新输入m： ";else break;}while(1);Pro *page=new Pro[M];do{for(int i=0;i<M;i++)//初试化页面基本情况{page[i].num=0;page[i].time=m-1-i;}i=0;cout<<"1:FIFO"<<endl;cout<<"2:LRU"<<endl;cout<<"3:OPT"<<endl;cout<<"按其它键结束程序；"<<endl; cin>>c;return 0;}图1 2、FIFO页面置换（如图2）if(c==1)//FIFO页面置换{n=0;cout<<" ****************************************** "<<endl;cout<<endl;cout<<" FIFO算法情况如下: "<<endl;cout<<endl;cout<<" ****************************************** "<<endl;while(i<m){if(Search(p[i].num,page)>=0)//当前页面在内存中{ cout<<p[i].num<<" ";//输出当前页p[i].numcout<<"不缺页"<<endl;i++;//i加1}else //当前页不在内存中{if(t==M)t=0;else{n++;//缺页次数加1page[t].num=p[i].num;//把当前页面放入内存中cout<<p[i].num<<" ";print(page);//打印当前页面t++;//下一个内存块i++;//指向下一个页面}}}cout<<"缺页次数："<<n<<" 缺页率："<<n/m<<endl;}图23、LRU页面置换（如图3）if(c==2)//LRU页面置换{n=0;cout<<" ****************************************** "<<endl;cout<<endl;cout<<" LRU算法情况如下: "<<endl;cout<<endl;cout<<" ****************************************** "<<endl; while(i<m){int a;t=Search(p[i].num,page);if(t>=0)//如果已在内存块中{page[t].time=0;//把与它相同的内存块的时间置0for(a=0;a<M;a++)if(a!=t)page[a].time++;//其它的时间加1cout<<p[i].num<<" ";cout<<"不缺页"<<endl;}else//如果不在内存块中{n++; //缺页次数加1t=Max(page);//返回最近最久未使用的块号赋值给tpage[t].num=p[i].num;//进行替换page[t].time=0;//替换后时间置为0cout<<p[i].num<<" ";print(page);for(a=0;a<M;a++)if(a!=t)page[a].time++;//其它的时间加1}i++;}cout<<"缺页次数："<<n<<" 缺页率："<<n/m<<endl;}图34、OPT页面置换（如图4）if(c==3)//OPT页面置换{n=0;cout<<" ****************************************** "<<endl;cout<<endl;cout<<" OPT算法情况如下:"<<endl;cout<<endl;cout<<" ****************************************** "<<endl;while(i<m){if(Search(p[i].num,page)>=0)//如果已在内存块中{cout<<p[i].num<<" ";cout<<"不缺页"<<endl;i++;}else//如果不在内存块中{int a=0;for(t=0;t<M;t++)if(page[t].num==0)a++;//记录空的内存块数if(a!=0)//有空内存块{int q=M;for(t=0;t<M;t++)if(page[t].num==0&&q>t)q=t;//把空内存块中块号最小的找出来page[q].num=p[i].num;n++;cout<<p[i].num<<" ";print(page);i++;}else{int temp=0,s;for(t=0;t<M;t++)//寻找内存块中下次使用离现在最久的页面if(temp<Count(page,i,t,p)){temp=Count(page,i,t,p);s=t;}//把找到的块号赋给spage[s].num=p[i].num;n++;cout<<p[i].num<<" ";print(page);i++;}}}cout<<"缺页次数："<<n<<" 缺页率："<<n/m<<endl;}图4五、成绩评定优良中及格不及格出勤内容格式分析总评指导教师：年月日。
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实验四虚拟存储器管理实验
◆实验名称：存储器管理实验
◆仪器、设备：计算机
◆参考资料：操作系统实验指导书
◆实验目的：
设计一个请求页式存储管理方案，并编写模拟程序实现。
◆实验内容：
编写程序用来模拟虚拟页式存储管理中的页面置换
要求：
1.快表页面固定为4块
2.从键盘输入N个页面号
3.输出每次物理块中的页面号和缺页次数，缺页率
◆实验原理、数据（程序）记录：
#define PAGES 4 /* 物理块数*/
#define N 16 /*最多输入的页面号*/
int pages[PAGES][2]; /*page[i][0]保存页面号，page[i][1]保存页面存留时间*/
int queue[N]; /*页面号数组*/
void initialise(void) /*------------初始化：快表和页面号数组++++++++++++++*/ {
int i;
for(i=0;i<N;i++)
queue[i]=-1;
for(i=0;i<PAGES;i++)
{
pages[i][0]=-1;
pages[i][1]=0;
}
}
int is_page_exist(int page) /*若还有空页，返回空页序号的相反数-1若存在，返回该页的序
号若不存在，返回需要替换页面序号的相反数-1*/
{
int max;
int replace;
int i=0;
max=pages[0][1];
replace=0;
for(;i<PAGES;i++)
pages[i][1]++;
i=0;
while(i<PAGES&&pages[i][0]!=-1&&pages[i][0]!=page)
{
if(max<pages[i][1])
{
max=pages[i][1];
replace=i;
}
i++;
}
if(i==PAGES)
return (0-replace-1);
else if(pages[i][0]==page)
return i;
else
return (0-i-1);
}
int input_pages(void) /**************输入页面号*****************/ {
int i=0;
int num;
printf("请输入1～16个页面：【输入0 结束】\n");
scanf("%d",&num);
while(num&&i<N)
{
if(num>0&&num<=N)
{
queue[i]=num;
i++;
scanf("%d",&num);
}
else
printf("输入错误数据～！\n");
}
return i;
}
void display_pages(void) /* 输出物理块中的页面号*/
{
int i=0;
for(;i<PAGES;i++)
if (pages[i][0]!= -1) printf("%5d ",pages[i][0]);
printf("\n");
}
void LRU(int * lack_page) /* 核心算法，LRU算法*/
{
int i=0;
int temp;
* lack_page=0;
while(queue[i]!=-1)
{
temp=is_page_exist(queue[i]);
if(temp>-1) /*若已经存在，修改相应序号的属性值*/
pages[temp][1]=1;
else /*若不存在，修改返回序号的内容，并修改属性值*/ {
(* lack_page)++;
pages[0-temp-1][0]=queue[i];
pages[0-temp-1][1]=1;
}
printf("第%2d个页面访问时物理块中的页面号：",i+1);
display_pages();
i++;
}
}
int main(void)
{
int lack=0;
float totle_page=0;
initialise();
totle_page=(float)input_pages();
LRU(&lack);
printf("缺页数为：%d\n",lack);
printf("缺页率为：%0.3f\n",lack/totle_page);
}
◆实验结果及分析
输入数据：1 2 4 3 1 4 5 6
输出结果：
第1个页面访问时物理块中的页面号：1
第2个页面访问时物理块中的页面号：1 2
第3个页面访问时物理块中的页面号：1 2 4
第4个页面访问时物理块中的页面号：1 2 4 3
第5个页面访问时物理块中的页面号：1 2 4 3
第6个页面访问时物理块中的页面号：1 2 4 3
第7个页面访问时物理块中的页面号：1 5 4 3
第8个页面访问时物理块中的页面号：1 5 4 6
缺页次数：6
缺页率：0.750
通过实验，实现了利用LRU算法进行虚拟存储管理的模拟。