操作系统-实验六虚拟存储器实验报告
操作系统实验实验报告 虚拟内存
操作系统实验实验报告虚拟内存一、实验目的本次操作系统实验的目的是深入理解虚拟内存的概念、原理和实现机制，通过实际操作和观察，掌握虚拟内存的相关技术，包括页面置换算法、内存分配策略等，并分析其对系统性能的影响。
二、实验环境操作系统：Windows 10 专业版开发工具：Visual Studio 2019编程语言：C+＋三、实验原理1、虚拟内存的概念虚拟内存是一种计算机系统内存管理技术，它使得应用程序认为自己拥有连续的可用内存（一个连续完整的地址空间），而实际上，这些内存可能是被分散存储在物理内存和外部存储设备（如硬盘）中的。
虚拟内存通过将程序使用的内存地址映射到物理内存地址，实现了内存的按需分配和管理。
2、页面置换算法当物理内存不足时，操作系统需要选择一些页面（内存中的固定大小的块）换出到外部存储设备，以腾出空间给新的页面。
常见的页面置换算法有先进先出（FIFO）算法、最近最少使用（LRU）算法、时钟（Clock）算法等。
3、内存分配策略操作系统在分配内存时，需要考虑如何有效地利用有限的物理内存资源。
常见的内存分配策略有连续分配、分页分配和分段分配等。
四、实验内容与步骤1、实现简单的虚拟内存系统使用 C+＋编写一个简单的虚拟内存模拟程序，包括内存页面的管理、地址映射、页面置换等功能。
2、测试不同的页面置换算法在虚拟内存系统中，分别实现 FIFO、LRU 和 Clock 算法，并对相同的访问序列进行测试，比较它们的页面置换次数和缺页率。
3、分析内存分配策略的影响分别采用连续分配、分页分配和分段分配策略，对不同大小和类型的程序进行内存分配，观察系统的性能（如内存利用率、执行时间等）。
具体步骤如下：（1）定义内存页面的结构，包括页面号、标志位（是否在内存中、是否被修改等）等。
（2）实现地址映射函数，将虚拟地址转换为物理地址。
（3）编写页面置换算法的函数，根据不同的算法选择要置换的页面。
（4）创建测试用例，生成随机的访问序列，对不同的算法和分配策略进行测试。
操作系统实验报告6
操作系统实验报告6一、实验目的本次操作系统实验的主要目的是深入了解和掌握操作系统中进程管理、内存管理、文件系统等核心概念和相关技术，通过实际操作和观察，增强对操作系统工作原理的理解，并提高解决实际问题的能力。
二、实验环境本次实验使用的操作系统为 Windows 10，实验工具包括 Visual Studio 2019 等。
三、实验内容（一）进程管理实验1、创建多个进程，并观察它们的运行状态和资源占用情况。
通过编写简单的C+＋程序，使用Windows API 函数创建多个进程。
在程序中，设置不同的进程优先级和执行时间，观察操作系统如何调度这些进程，以及它们对 CPU 使用率和内存的影响。
2、进程间通信实现了进程间的管道通信和消息传递。
通过创建管道，让两个进程能够相互交换数据。
同时，还使用了 Windows 的消息机制，使进程之间能够发送和接收特定的消息。
（二）内存管理实验1、内存分配与释放使用 C+＋的动态内存分配函数（如｀malloc` 和｀free`），在程序运行时动态申请和释放内存。
观察内存使用情况，了解内存碎片的产生和处理。
2、虚拟内存管理研究了 Windows 操作系统的虚拟内存机制，通过查看系统的性能监视器，观察虚拟内存的使用情况，包括页面文件的大小和读写次数。
（三）文件系统实验1、文件操作进行了文件的创建、读取、写入、删除等基本操作。
通过编写程序，对不同类型的文件（如文本文件、二进制文件）进行处理，了解文件系统的工作原理。
2、目录操作实现了目录的创建、删除、遍历等功能。
了解了目录结构在文件系统中的组织方式和管理方法。
四、实验步骤（一）进程管理实验步骤1、打开 Visual Studio 2019，创建一个新的 C+＋控制台项目。
2、在项目中编写代码，使用｀CreateProcess` 函数创建多个进程，并设置它们的优先级和执行时间。
3、编译并运行程序，通过任务管理器观察进程的运行状态和资源占用情况。
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。
实验六 虚拟存储
Linux内核分析与实践（Intel课程项目资助）
设计页表的数据结构 （1/2）
页式虚拟存储管理方式中页表除了页号和该页对应 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）。 在实验中页表用数组模拟，定义数据结构。
linux内核分析与实践intel课程项目资助实验参考过程实现地址转换与缺页中断处理主要考虑三个问题第一设计页式虚拟存储管理方式中页表的数据结构第二地址转换算法的实现第三缺页中断处理算法的实现linux内核分析与实践intel课程项目资助设计页表的数据结构12页式虚拟存储管理方式中页表除了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
Linux内核分析与实践（Intel课程项目资助）
设计页表的数据结构（2/2）
struct{ int lnumber; //页号 int flag; //表示页是否在主存中，“1”表示在， “0”表示不在 int pnumber; // 该页所在主存块的块号 int write; //该页是否被修改过，“1”表示修改过 ，“0“表示没有修改过 int dnumber; //该页存放在磁盘上的位置，即磁盘 块号 }page[n]; //页表定义
Linux内核分析与实践（Intel课程项目资助）
Linux的页表
虚拟地址划分成四部分
Linux内核分析与实践（Intel课程项目资助）
虚地址与页表
虚拟地址被划分成以下四部分 页目录偏移：j.pgd 页中间目录偏移：j.pmd 页表偏移：j.pte 页内偏移：j.offset 转换公式(虚拟地址j转换成物理地址i)： i＝PTE*(PMD*(PGD*j.pgd+j.pmd)+j.pte)+j.offset
虚拟器存储实验报告
一、实验目的1. 了解虚拟器存储的基本概念和原理；2. 掌握虚拟器存储的安装和配置方法；3. 通过虚拟器存储实验，验证虚拟器存储在计算机系统中的作用和优势。
二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 虚拟器软件：VMware Workstation 153. 实验内容：创建虚拟机、配置虚拟机、安装操作系统、配置网络、使用虚拟机存储三、实验步骤1. 创建虚拟机（1）打开VMware Workstation，点击“创建新的虚拟机”；（2）选择“自定义（高级）”，点击“下一步”；（3）选择虚拟机兼容性，点击“下一步”；（4）选择操作系统类型和版本，点击“下一步”；（5）输入虚拟机名称和安装路径，点击“下一步”；（6）分配内存大小，点击“下一步”；（7）创建虚拟硬盘，选择硬盘文件类型和容量，点击“下一步”；（8）选择虚拟机网络类型，点击“下一步”；（9）选择I/O设备设置，点击“下一步”；（10）完成创建虚拟机。
2. 配置虚拟机（1）双击打开虚拟机；（2）选择“自定义设置”；（3）在“硬件”选项卡中，调整虚拟机CPU核心数、内存大小等；（4）在“选项”选项卡中，配置网络连接、USB控制器等；（5）在“虚拟硬盘”选项卡中，调整硬盘容量、存储模式等；（6）在“CD/DVD选项”选项卡中，添加安装操作系统所需的镜像文件；（7）在“其他设置”选项卡中，配置USB控制器、打印机等。
3. 安装操作系统（1）启动虚拟机，进入操作系统安装界面；（2）按照安装向导完成操作系统安装。
4. 配置网络（1）在虚拟机中打开网络管理工具；（2）选择合适的网络连接方式，如桥接模式；（3）配置IP地址、子网掩码、网关等信息。
5. 使用虚拟机存储（1）在虚拟机中安装文件管理器；（2）将需要存储的文件复制到虚拟机中；（3）在虚拟机中打开文件管理器，查看存储的文件。
四、实验结果与分析1. 实验结果通过本次实验，成功创建了一个虚拟机，并安装了操作系统。
操作系统实验六-虚拟存储器实验报告
实验六虚拟存储器一、实验内容模拟分页式虚拟存储管理中硬件的地址转换和缺页中断，以及选择页面调度算法处理缺页中断。
二、实验目的在计算机系统中，为了提高主存利用率，往往把辅助存储器（如磁盘）作为主存储器的扩充，使多道运行的作业的全部逻辑地址空间总和可以超出主存的绝对地址空间。
用这种办法扩充的主存储器称为虚拟存储器。
通过本实验帮助同学理解在分页式存储管理中怎样实现虚拟存储器。
三、实验题目本实验有三道题目，其中第一题必做，第二，三题中可任选一个。
第一题：模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断。
[提示]（1）分页式虚拟存储系统是把作业信息的副本存放在磁盘上，当作业被选中时，可把作业的开始几页先装入主存且启动执行。
为此，在为作业建立页表时，应说明哪些页已在主存，哪些页尚未装入主存，页表的格式为：其中，标志----用来表示对应页是否已经装入主存，标志位=1，则表示该页已经在主存，标志位=0，则表示该页尚未装入主存。
主存块号----用来表示已经装入主存的页所占的块号。
在磁盘上的位置----用来指出作业副本的每一页被存放在磁盘上的位置。
（2）作业执行时，指令中的逻辑地址指出了参加运算的操作存放的页号和单元号，硬件的地址转换机构按页号查页表，若该页对应标志为“1”，则表示该页已在主存，这时根据关系式：绝对地址=块号×块长+单元号计算出欲访问的主存单元地址。
如果块长为2的幂次，则可把块号作为高地址部分，把单元号作为低地址部分，两者拼接而成绝对地址。
若访问的页对应标志为“0”，则表示该页不在主存，这时硬件发“缺页中断”信号，有操作系统按该页在磁盘上的位置，把该页信息从磁盘读出装入主存后再重新执行这条指令。
（3）设计一个“地址转换”程序来模拟硬件的地址转换工作。
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，而用输出转换后的地址来代替一条指令的执行。
当访问的页不在主存时，则输出“* 该页页号”，表示产生了一次缺页中断。
操作系统虚拟内存调优实验报告
操作系统虚拟内存调优实验报告摘要：本实验通过对操作系统中虚拟内存的调优进行研究，旨在优化内存管理策略，提高系统性能。
实验采用了xxx方法，通过对不同参数的调节和对比分析，得出了一系列实验结果。
实验结果表明，在xxx场景下，调整虚拟内存的配置可以显著改善系统性能，从而提高用户体验。
1. 引言在当今多任务操作系统中，虚拟内存是一种重要的内存管理技术。
它允许系统在有限的物理内存资源下运行更多的应用程序，有效提高了系统的利用率。
然而，在虚拟内存的设计和配置上存在一定的挑战，因此本实验旨在通过调优虚拟内存的配置，进一步提升系统性能。
2. 实验环境本实验使用了xxx虚拟机软件，搭建了xxx操作系统环境。
实验过程中，我们采用了xxx指标来评估系统的性能，并通过对比分析得出结论。
3. 实验设计3.1 实验步骤本实验共包括以下几个步骤：1) 步骤一：搜集虚拟内存的相关信息，包括物理内存的大小、虚拟内存的大小、页面大小等。
2) 步骤二：根据实验需要，选择合适的测试场景和工作负载。
3) 步骤三：记录系统的初始性能数据，作为比较的基准。
4) 步骤四：根据实验需求，调整虚拟内存的相关参数。
5) 步骤五：运行相同的测试场景和工作负载，并记录性能数据。
6) 步骤六：对比初始性能数据和调优后的性能数据，分析调优效果。
3.2 实验指标本实验主要评估以下指标：1) 指标一：系统的响应时间。
2) 指标二：系统的吞吐量。
3) 指标三：页面错误率。
4) 指标四：页面置换算法的效果。
4. 实验结果与分析4.1 实验结果一在调整虚拟内存参数X的情况下，我们观察到系统性能的变化，如表1所示：（表格内容省略）通过对比表1中的数据，我们可以看出，在参数X等于xx的情况下，系统的性能得到了明显的提升。
具体而言，系统的响应时间减少了xx％，吞吐量增加了xx％。
4.2 实验结果二除了参数X，我们还对参数Y进行了调优。
实验结果如表2所示：（表格内容省略）根据表2中的数据分析，我们可以发现，在参数Y等于xx的情况下，系统的性能得到了进一步的改善。
虚拟储存管理实验报告
一、实验目的1. 理解虚拟存储管理的基本概念和原理。
2. 掌握分页式虚拟存储管理的地址转换和缺页中断处理过程。
3. 学习并分析几种常见的页面置换算法，如FIFO、LRU、OPT等。
4. 比较不同页面置换算法的性能，提高对虚拟存储管理的认识。
二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 编程语言：Python3. 虚拟存储器模拟工具：虚拟机（VirtualBox）三、实验内容1. 模拟分页式虚拟存储器（1）定义分页式虚拟存储器的参数，如页大小、内存大小、虚拟地址空间大小等。
（2）创建页表，记录每个页在内存中的位置和是否已加载。
（3）模拟进程的指令序列，生成虚拟地址。
（4）根据虚拟地址进行地址转换，得到物理地址。
（5）处理缺页中断，选择合适的页面置换算法。
2. 页面置换算法模拟（1）实现FIFO（先进先出）页面置换算法。
（2）实现LRU（最近最少使用）页面置换算法。
（3）实现OPT（最优页面置换）算法。
3. 比较不同页面置换算法的性能（1）设置不同的页面置换算法，模拟进程运行。
（2）记录每次缺页中断时的页面命中率。
（3）比较不同页面置换算法的页面命中率，分析其性能。
四、实验结果与分析1. 分页式虚拟存储器模拟（1）通过模拟，成功实现了分页式虚拟存储器的地址转换和缺页中断处理过程。
（2）实验结果表明，分页式虚拟存储器能够有效地提高内存利用率，减少内存碎片。
2. 页面置换算法模拟（1）实现了FIFO、LRU和OPT三种页面置换算法。
（2）通过模拟，比较了三种算法在不同进程下的页面命中率。
3. 页面置换算法性能比较（1）FIFO算法的页面命中率较低，适用于进程较稳定的情况。
（2）LRU算法的页面命中率较高，适用于进程频繁访问同一页面的情况。
（3）OPT算法的页面命中率最高，但实现复杂度较高，适用于进程访问序列可预测的情况。
五、实验结论1. 通过本次实验，加深了对虚拟存储管理的基本概念和原理的理解。
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计算机与信息工程学院实验报告一、实验内容实验一：模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断。
[提示]（1）分页式虚拟存储系统是把作业信息的副本存放在磁盘上，当作业被选中时，可把作业的开始几页先装入主存且启动执行。
为此，在为作业建立页表时，应说明哪些页其中，标志----用来表示对应页是否已经装入主存，标志位=1，则表示该页已经在主存，标志位=0，则表示该页尚未装入主存。
主存块号----用来表示已经装入主存的页所占的块号。
在磁盘上的位置----用来指出作业副本的每一页被存放在磁盘上的位置。
（2）作业执行时，指令中的逻辑地址指出了参加运算的操作存放的页号和单元号，硬件的地址转换机构按页号查页表，若该页对应标志为“1”，则表示该页已在主存，这时根据关系式：绝对地址=块号×块长+单元号计算出欲访问的主存单元地址。
如果块长为2的幂次，则可把块号作为高地址部分，把单元号作为低地址部分，两者拼接而成绝对地址。
若访问的页对应标志为“0”，则表示该页不在主存，这时硬件发“缺页中断”信号，有操作系统按该页在磁盘上的位置，把该页信息从磁盘读出装入主存后再重新执行这条指令。
（3）设计一个“地址转换”程序来模拟硬件的地址转换工作。
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，而用输出转换后的地址来代替一条指令的执行。
当访问的页不在主存时，则输出“* 该页页号”，表示产生了一次缺页中断。
该模拟程序的算法（4）假定主存的每块长度为128个字节；现有一个共七页的作业，其中第0页至第3页已经装入主存，其余三页尚未装入主存；该作业的页表为：如果作业依次执行的指令序列为：（5）运行设计的地址转换程序，显示或打印运行结果。
因仅模拟地址转换，并不模拟指令的执行，故可不考虑上述指令序列中的操作。
实验二：用先进先出（FIFO）页面调度算法处理缺页中断。
[提示]：（1）在分页式虚拟存储系统中，当硬件发出“缺页中断”后，引出操作系统来处理这个中断事件。
如果主存中已经没有空闲块，则可用FIFO页面调度算法把该作业中最先进入主存的一页调出，存放到磁盘上，然后再把当前要访问的页装入该块。
调出和装入后都要修改页表页表中对应页的标志。
（2）FIFO页面调度算法总是淘汰该作业中最先进入主存的那一页，因此可以用一个数组来表示该作业已在主存的页面。
假定作业被选中时，把开始的m个页面装入主存，则数组的元素可定为m个。
例如：P[0]，P[1]，….，P[m-1]其中每一个P[i]（i=0，1，….，m-1）表示一个在主存中的页面号。
它们的初值为：P[0]:=0，P[1]:=1，….，P[m-1]:=m-1用一指针k指示当要装入新页时，应淘汰的页在数组中的位置，k的初值为“0”。
当产生缺页中断后，操作系统选择P[k]所指出的页面调出，然后执行：P[k]:=要装入页的页号k:=(k+1) mod m再由装入程序把要访问的一页信息装入到主存中。
重新启动刚才那条指令执行。
（3）编制一个FIFO页面调度程序，为了提高系统效率，如果应淘汰的页在执行中没有修改过，则可不必把该页调出（因在磁盘上已有副本）而直接装入一个新页将其覆盖。
因此在页表中增加是否修改过的标志，为“1”表示修改过，为“0”表示未修改过，格式为：由于是模拟调度算法，所以，不实际启动输出一页和装入一页的程序，而用输出调出的页号和装入的页号来代替一次调出和装入的过程。
把第一题中程序稍作修改，与本题结合起来，FIFO页面调度模拟算法如图6-2。
（4）磁盘上，在磁盘上的存放地址以及已装入主存的页和作业依次执行的指令序列都同第一题中（4）所示。
于是增加了“修改标志”后的初始页表为：按依次执行的指令序列，运行你所设计的程序，显示或打印每次调出和装入的页号，以及执行了最后一条指令后的数组P的值。
（5）为了检查程序的正确性，可再任意确定一组指令序列，运行设计的程序，核对执行的结果。
二、实验步骤1. 实验内容1的步骤（#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#define size 128#define N 12typedef struct{int pagenum;int flag;int block;int location;}table;typedef struct{char ope[10];int pagenum;int address;}list;table p1[7] ={{0,1,5,11},{1,1,8,12},{2,1,9,13},{3,1,1,21},{4,0,NULL,22},{5,0,NULL,23},{6,0,NULL,121}};void main(){list p2[N];int i,page,flag,memaddress;printf("the Operating command has(+,-*,int,out,displace)\n");for(i=0;i<N;i++){printf("Enter the command:\nope= ");scanf("%s",&p2[i].ope);printf("pagename= ");scanf("%d",&p2[i].pagenum);printf("Unitnum= ");scanf("%d",&p2[i].address);page=p2[i].pagenum;flag=p1[page].flag;if(flag==0&&p2[i].pagenum<7){printf("*pagenum=%d Page fault generated\n\n",p2[i].pagenum);}else if(p2[i].pagenum<7){memaddress=p1[page].block*size+p2[i].address;printf(" memaddress=block(%d)*size(%d)+address(%d);\n memaddress== %1d\n\n",p1[page].block,size,p2[i].address,memaddress);}elseprintf("page over! again\n\n");}}2 实验内容2的步骤#include "stdio.h"#define N 15#define M 4void main(){int a[N],i,j,q,b[M]={0},c[M][N],count=0;char flag,f[N];printf("请输入页面访问序列:\n");for(i=0;i<N;i++)scanf("%d",&a[i]);for(i=0;i<N;i++) //查页表，看是否缺页{q=0;while((a[i]!=b[q])&&(q!=M)){q++;}if(q==M){flag='*';count++;}//缺页，则置标志flag为'*'else flag=' ';if(flag=='*'){for(j=M-1;j>0;j--) //淘汰最先调入的页面调入当前访问的b[j]=b[j-1];b[0]=a[i];//printf("发生缺页的页面是：%3d\n",b[j]);}for(j=0;j<M;j++)c[j][i]=b[j];f[i]=flag;if(c[j][3]==0){printf(" ");}else{printf("被淘汰的页面是：%3d\n",c[j][3]);}}printf("输出结果为下表（0代表为空，*代表有缺页）：\n");printf("*********************************************************\n");printf("页面走向：");//输出页面走向for(i=0;i<N;i++)printf("%3d",a[i]);printf("\n");printf("*********************************************************\n");for(i=0;i<M;i++)//每块内的页面变化{printf(" %d号块：",i);for(j=0;j<N;j++)printf("%3d",c[i][j]);printf("\n");}printf("*********************************************************\n");printf("缺页情况：");for(i=0;i<N;i++)//缺页的情况printf("%3c",f[i]);printf("\n");printf("*********************************************************\n");printf("\n发生缺页的次数=%d\n",count);printf("缺页中断率=%.2f%%%\n",(float)count/N*100);}三、实验数据记录1. 实验内容1的数据记录2. 实验内容2的数据记录。