设计一个请求页式存储管理方案
16存储管理5请求页式管理请求段式管理2
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0
采用最佳置换算法，只发生了6次页面 置换，发生了9次缺页中断。缺页率=9/21
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2、先进先出页面置换算法（FIFO） 这是最早出现的置换算法，这种算 法总是淘汰最先进入内存的页面，选 择在内存中驻留时间最久的页面予以淘 汰。
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采用FIFO算法进行页面置换时的情况。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 1 7 0 1 7 7 0 7 2× 2 2 4× 4 4 0× 0 0 7× 7 7 0 0 3× 3 3 2× 2 2 1× 1 1 0× 0 1 1 1 0× 0 0 3× 3 3 2× 2 2 1× 3 4 5 6 7 8 9 10 11-13 14 15-18 19 20 21
次数减少；不同的计算机系统，有不同页面大小；
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（3）程序的编制方法
例：程序要把128×128的数组初值置“0”，数组 中每一个元素为一个字，假定页面大小为128个字， 数组中的每一行元素存放一页，能供该程序使用 的主存块只有1块。初始时第一页在内存； 程序编制方法1： 程序编制方法2： For j:=1 to 128 For i:=1 to 128 For i:=1 to 128 For j:=1 to 128 A[i][j]:=0; A[i][j]:=0; 按列：缺页中断次数： 按行：缺页中断次数 128-1 128×128－1
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D A D A C D B C + +
B B A D +
E E B A +
A B C D E E E C D D B B E C C A A B E E + +
请求页式存储管理中页表的组成
请求页式存储管理中页表的组成在计算机系统中，页式存储管理是一种常见的存储管理方式。
它将主存储器划分为固定大小的页框，将程序和数据分割成相同大小的页面，并将页面映射到页框中。
而页表则是页式存储管理中非常重要的组成部分。
页表是一种数据结构，用于记录页面和页框之间的映射关系。
它的主要作用是将逻辑地址转换为物理地址，实现虚拟内存到物理内存的映射。
在请求页式存储管理中，页表通常由两个部分组成：页目录和页表。
页目录是页表的第一级索引，用于将逻辑地址的高位映射到页表。
它的作用是将逻辑地址的高位转换为页表的物理地址，从而找到对应的页表。
页目录中的每个目录项都对应一个页表，每个目录项的大小通常为4字节。
页目录的大小取决于系统的虚拟地址空间大小和页框大小。
页表是页表的第二级索引，用于将逻辑地址的低位映射到页框。
它的作用是将逻辑地址的低位转换为页框的物理地址，从而找到对应的页框。
页表中的每个表项都对应一个页框，每个表项的大小通常为4字节。
页表的大小取决于系统的虚拟地址空间大小和页框大小。
在请求页式存储管理中，页表的组成可以根据系统的需求进行灵活的设计。
一种常见的设计是多级页表。
多级页表将页表分为多个级别，每个级别的页表都有自己的页目录和页表。
这种设计可以有效地减小页表的大小，提高地址转换的速度。
另一种常见的设计是倒排页表。
倒排页表将页表的索引和数据分开存储，通过索引表来查找页表的数据。
这种设计可以减小页表的大小，提高地址转换的速度。
但是倒排页表需要额外的索引表，增加了存储开销。
除了页目录和页表，页表还可以包含其他的信息，如访问权限、脏位、有效位等。
这些信息可以用于实现更加复杂的存储管理策略，如页面置换算法、页面共享等。
总之，请求页式存储管理中的页表是实现虚拟内存到物理内存映射的重要组成部分。
它由页目录和页表组成，可以根据系统的需求进行灵活的设计。
页表的组成和设计对于系统的性能和效率有着重要的影响，需要根据具体的应用场景进行选择和优化。
请求页式存贮管理
请求页式存贮管理
1 虚拟存储器
前面的存贮管理的特点是作业运行时， 整个作业的地址空间必须全部装入主存。而 当作业的地址空间大于主存可用空间时，该 作业就无法运行。这种存贮管理技术叫实存 管理技术。
与实存管理技术相对应的是虚拟存贮技 术。现在许多功能较强的计算机，无论是微 型、小型、中大型机，均采用了虚拟存贮技 术。
请求页式存贮管理
4 缺页中断
如果内存中有空闲块，则分配一页， 将新调入页装入内存，并修改页表中相应 页表项目的驻留位及相应的内存块号。
若此时内存中没有空闲块，则要淘汰 某页，若该页在内存期间被修改过，则要 将其写回外存。
4 缺页中断
缺页次数F
由图可知，
10000
当主存容量增加
9000
时，缺页中断次
请求页式存贮管理
2 页式虚拟存储管理实现原理
为了有效选择被淘汰的页，通常页表中再 增加两个标志位：访问位和修改位。
访问位指示该页最近是否被访问过。“1” 表示访问，“0”表示没有被访问。
修改位指示该页调入主存后是否被修改过。 “1”表示修改过，0表示未修改过。
选择一页淘汰时，要选择访问位为0、修 改位也为0的页。若这样的页没有找到，则选 择访问位为0修改位为1的页淘汰。当淘汰这 样一页时，要将被淘汰的页写回到辅存上去， 以保证信息的一致性。
页2 3 3 3 4 4 4 4 4 2 2 2
页3
2223333311
xxxxxxxvvxxv
共缺页中断9次 命中率=3/12*100%=25%
先进先出页面淘汰算法（FIFO）
FIFO算法虽然易于实现，但出现抖动外，还 会有一种异常现象。Belady在1969年发现，采用 FIFO算法时，为作业分配的主存块越多，反而缺 页中断次数越多。这种奇怪的现象就叫做Belady 异常。下面举例说明这一异常。某作业有5个页 面，执行时引用的页序列为：
操作系统——页式存储管理
操作系统——页式存储管理分区式存储管理最⼤的缺点是碎⽚问题严重，内存利⽤率低。
究其原因，主要在于连续分配的限制，即它要求每个作⽤在内存中必须占⼀个连续的分区。
如果允许将⼀个进程分散地装⼊到许多不相邻的分区中，便可充分地利⽤内存，⽽⽆需再进⾏“紧凑”。
基于这⼀思想，产⽣了“⾮连续分配⽅式”，或者称为“离散分配⽅式”。
连续分配：为⽤户进程分配的必须是⼀个连续的内存空间。
⾮连续分配：为⽤户进程分配的可以是⼀些分散的内存空间。
分页存储管理的思想：把内存分为⼀个个相等的⼩分区，再按照分区⼤⼩把进程拆分成⼀个个⼩部分。
分页存储管理分为：实分页存储管理和虚分页存储管理⼀、实分页式存储管理实分页式存储最⼤的优点是内存利⽤率⾼，与⽬前流⾏的虚分页存储管理相⽐，具有实现简单，程序运⾏快的优点。
⽬前，飞速发展的硬件制造技术使得物理内存越来越⼤，因此我们认为，实分页式存储管理将是⼀种最有发展前途的存储管理⽅式。
1.1、基本原理假设⼀个⼤型饭店，所有的客房都是标准的双⼈间，部分客房已经住进客⼈，现在⼜有⼀个旅游团要求⼊住。
接待员统计了⼀下，对旅游团领队说：“贵团全体成员都能住下，两⼈⼀个房间，但是不能住在同⼀楼层了，因为每层空着的客房不够，更没有⼏个挨着的。
请原谅！”。
对于这样的安排，⼀般⼈不会感到奇怪。
因为旅游团本来就是由⼀位位个⼈或夫妻等组成的，⽽饭店的客房本来也是两⼈⼀间的，两⼈⼀组正好可住在⼀个客房⾥；另外，饭店⼏乎每天都有⼊住的和退房的客⼈，想在同⼀楼层找⼏间挨着的客房实在不容易。
①将整个系统的内存空间划分成⼀系列⼤⼩相等的块，每⼀块称为⼀个物理块、物理页或实页，页架或页帧（frame），可简称为块（block）。
所有的块按物理地址递增顺序连续编号为0、1、2、……。
这⾥的块相当于饭店的客房，系统对内存分块相当于饭店把⼤楼所有的客房都设计成标准的双⼈间。
②每个作业的地址空间也划分成⼀系列与内存块⼀样⼤⼩的块，每⼀块称为⼀个逻辑页或虚页，也有⼈叫页⾯，可简称为页（page）。
4.3请求页式存储管理
5、最近没有使用页面先淘汰（NUR）
利用在页表中设置一个访问位即可实现，当某页被访问时，访问位置 “1”，否则访问位置“0”当需要淘汰一页时，从那些访问位为“0” 的页中选一页进行淘汰。系统周期性地对所有访问位清零。
4.3请求页式存储管理
3.3页式存储管理的优点
1、优点：
a、虛存量大，适合多道程序运行，用户不必担心内存不够的调度操作 b、内存利用率高，不常用的页面尽量不留在内存 c、不要求作业连续存放，有效地解决了“碎片”问题。与分区式比， 不需移动作业；与多重分区比，无零星碎片产生。 2、缺点：
a、要处理页面中断、缺页中断处理等，系统开销较大 b、有可能产生“抖动” c、地址变換机构复杂，为提高速度采用硬件实现，增加了机器成本
2、循环检测法
让循环多的页面留在内在。适合循环多的大程序，时空开销大， 系统要判断每个页面的驻留时间。
4.3请求页式存储管理
3.2请求淘汰换页算法3、最近最少使用Fra bibliotekLRU）页面先淘汰
截取一段最近的绝对时间，选择离当前时间最近一段时间内最久没 有使用过的页面先淘汰。
4、最不经常使用（LFU）的页面先淘汰
4.3请求页式存储管理
3.2请求淘汰换页算法
6、最优淘汰算法（OPT）
它是一种理想的淘汰算法，系统预测作业今后要访问的页面，淘汰页 是将来不被访问的页面或者最长时间后才能被访问的页面。淘汰该页 不会造成刚淘汰出去又立即要把它调入的现象。
7、随机数淘汰页面算法
在系统设计人员无法确定那些页的访问概率较低时，随机地选择某个 用户的页面进行淘汰也是一种方法。
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%。
实验六请求分页存储管理
实验六：请求分页存储管理一．实验目的深入理解请求页式存储管理的基本概念和实现方法，重点认识其中的地址变换、缺页中断、置换算法等实现思想。
二．实验属性该实验为综合性、设计性实验。
三．实验仪器设备及器材普通PC386以上微机四．实验要求本实验要求2学时完成。
本实验要求完成如下任务：（1）建立相关的数据结构：页表、页表寄存器、存储块表等；（2）指定分配给进程的内存物理块数，设定进程的页面访问顺序；（3）设计页面置换算法，可以选择OPT、FIFO、LRU等，并计算相应的缺页率，以比较它们的优劣；（4）编写地址转换函数，实现通过查找页表完成逻辑地址到物理地址的转换；若发生缺页则选择某种置换算法（OPT、FIFO、LRU等）完成页面的交换；（5）将整个过程可视化显示出来。
实验前应复习实验中所涉及的理论知识和算法，针对实验要求完成基本代码编写并完成预习报告、实验中认真调试所编代码并进行必要的测试、记录并分析实验结果。
实验后认真书写符合规范格式的实验报告（参见附录A），并要求用正规的实验报告纸和封面装订整齐，按时上交。
三、设计过程3.1算法原理分析OPT算法是未来最远出现，当当前内存中没有正要访问的页面时，置换出当前页面中在未来的访问页中最远出现的页面或再也不出现的页面。
FIFO算法是先进先出，当当前内存中没有正要访问的页面时，置换出最先进来的页面。
LRU算法是最近最久未使用，当当前内存中没有正要访问的页面时，置换出在当前页面中最近最久没有使用的页面。
3.2数据定义int length,num_page,count,seed; //length记录访问串的长度，num_page页面数，count记录缺页次数int result[20][30],order[30],a[10]; //result记录结果,order存储访问串,a存储当前页面中的值int pos1,flag1,flag2,flag3; //pos1位置变量，flag1等为标志变量 char result1[30]; //记录缺页数组 void opt() //最佳void fifo() //先进先出bool search(int n) //查找当前内存中是否已存在该页3.3流程图与运行截图图6.1 FIFO （）函数流程图;否是 是否 开始得到执行的指令指令是否在内存中最先存入指令被淘汰下面是否还有指令 结束得出命中率图2.2 OPT算法流程图四、小结本次课程设计目的是通过请求页式管理中页面置换算法模拟设计，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。
页式存储管理方案中
页式存储管理方案中简介页式存储管理是一种常见的存储管理方案，它利用固定大小的页面来组织和管理内存中的数据。
在页式存储管理方案中，内存被划分为多个固定大小的页框，应用程序中的数据被分割为同样大小的页面，并分配到对应的页框中。
这种分页的方式使得操作系统可以更加灵活地管理内存，提高系统的性能和资源利用率。
页式存储管理方案的原理页式存储管理方案主要由两个核心组件组成：页表和页表项。
页表页表是一个数据结构，用于记录每个页面在内存中的位置。
它通常是一个二维数组，第一维表示虚拟页面号，第二维表示物理页面号。
通过页表，操作系统可以根据虚拟页面号找到对应的物理页面号，从而实现页面的映射。
页表项页表项是页表中的一个元素，用于存储与页面相关的信息。
每个页表项通常包含以下几个字段：•有效位（Valid Bit）：表示该页表项是否有效，即该页面是否在内存中。
•修改位（Dirty Bit）：表示该页面是否被修改过。
•引用位（Reference Bit）：表示该页面是否被访问过。
•页面框号（Page Frame Number）：表示该页面在内存中的位置。
通过页表和页表项，操作系统可以根据虚拟页面号查找对应的页表项，进而获取页面在内存中的位置。
页式存储管理方案的优势相比于其他的存储管理方案，页式存储管理方案具有以下几个显著的优势：灵活的管理方式页式存储管理方案将内存划分为大小固定的页面，使得操作系统能够更加灵活地管理内存。
通过分页的方式，操作系统可以将不连续的物理页面映射到连续的虚拟页面中，从而提高内存的利用率，并能够更好地满足应用程序的需求。
高效的页面替换算法在页式存储管理方案中，当系统需要分配一个新的页面时，如果内存中没有空闲页框，就需要使用页面替换算法来选择一个合适的页面进行替换。
页式存储管理方案支持多种页面替换算法，如最近最少使用算法（LRU）、最不经常使用算法（LFU）等。
这些算法可以根据页面的引用位和修改位等信息，选择合适的页面进行替换，从而提高系统的性能和响应速度。
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设计一个请求页式存储管理方案。
并编写模拟程序实现之。
产生一个需要访问的指令地址流。
它是一系列需要访问的指令的地址。
为不失一般性，你可以适当地（用人工指定地方法或用随机数产生器）生成这个序列，使得 50％的指令是顺序执行的。
25％的指令均匀地散布在前地址部分，25％的地址是均匀地散布在后地址部分。
为简单起见。
页面淘汰算法采用 FIFO页面淘汰算法，并且在淘汰一页时，只将该页在页表中抹去。
而不再判断它是否被改写过，也不将它写回到辅存。
具体的做法可以是：
产生一个需要访问的指令地址流；
指令合适的页面尺寸（例如以 1K或2K为1页）；
指定内存页表的最大长度，并对页表进行初始化；
每访问一个地址时，首先要计算该地址所在的页的页号，然后查页表，判断该页是否在主存——如果该页已在主存，则打印页表情况；如果该页不在主存且页表未满，则调入一页并打印页表情况；如果该页不足主存且页表已满，则按FIFO页面淘汰算法淘汰一页后调入所需的页，打印页表情况；
逐个地址访问，直到所有地址访问完毕。