实验四 页式虚拟存储管理中地址转换和页式中断 FIFO LRU OPT C 版本

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 把当前所需要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。
模拟地址转换流程度 3） 缺页中断处理算法的实现 缺页处理过程简单阐述如下： a) 根据当前执行指令中逻辑地址的页号查找页表，判断该页是否在主存储 器中，若该页标志为“0”，形成缺页中断。中断装置通过交换 PSW 让操作系统 的中断处理程序占用处理器。 b) 操作系统处理缺页中断的方法及时查主存分配表，找一个空闲主存块； 若无空闲块，查页表，选择一个已在主存的页面，把它暂时调出主存。若在执行 过程中该页被修改过，则需将该页信息写回磁盘，否则不比写回； c) 找出该页的位置，启动磁盘读出该页的信息，把磁盘上读出的信息装入第 2 不找到的主存块，修改页表中该页的标志为“1”； d) 由于产生缺页中断的那条指令还没有执行完，所以页面装入后应该重新 执行被中断的指令。当重新执行该指令时，由于要访问的页面已在主存中，所以 可以正常执行。 关于第二步的查找装入新页面的主存块处理方式，不同系统采用的策略可能 有所不同，这里采用局部置换算法，就是每个作业分得一定的主存块，只能在分 得的主存块内查找空闲块，若无空闲主存块，则从该作业中选择一个页面淘汰出 主存。实验中采用局部置换算法。 使用局部置换算法时，存在这样一个问题：就是在分配给作业主存空间时， 装入哪些页？有的系统采取不装入任何一页，当执行过程中需要时才将其调入。 有点系统采用页面预置的方法，事先估计可能某些页面会先用到，在分配主存块 后将这些页面装入。在本实验中采用第二种方法，分配主存空间时将前几页调入 主存，假定系统中每个作业分得主存块 m 块，则将第 0~m-1 页装入主存。 因为是模拟硬件工作，所有在实验中如果访问的页不再主存中时，则输入该 页页号，表示硬件产生缺页中断，然后直接转去缺页中断处理；由于采用页面预 置方法，在给定的主存块中一定无空闲块，只能淘汰已在主存的一页；没有启动 磁盘的工作，淘汰的页面需要写回磁盘时，用输入页号表示，调入新的一页时， 将该页在页表中的存在标志置为“1”，输出页号表示将该页调入主存。 当主存中无空闲块时，为装入一个页面，必须按照某种算法从已在主存的页 中选择一页，将它暂时调出主存，让出主存空间，用来存放装入的页面，这个工 作称为“页面调度”。常用的页面调度算法有：先进现出、最近最少用算法、和 最近最不常用算法。在本实验中采用先进现出调度算法。先进现出算法总是选择 驻留在主存时间最长的一页调出。实验中把主存储器的页的页号按照进入主存的 先后次序拍成队列，每次总是调出对首的页，当装入一个新页后，把新页的页号 排入对尾。实验中，用一个数组存放页号的队列。假定分配给作业的主存块数为 m，数组可由 m 个元素组成，p[0],p[1],p[2]……p[m-1];对首指针 head;采用页面预 置的方法，页号队列的长度总是 m，tail 等于(head+1)%m。因此可以使用一个指
cin.ignore (); if(write!=0&&write!=1) break; cout<<"输入逻辑地址："; cin>>laddress; cin.ignore (); }//while }//main /*中断处理函数，采用先进先出的页面调度算法*/ void page_interrupt(int lnumber) { int j; cout<<"发生缺页中断"<<lnumber<<endl; j=p[head]; p[head]=lnumber; head=(head+1)%m; if(page[j].write==1) cout<<"将页 "<<j<<" 写回磁盘第 "<<page[j].dnumber<<" 块！\n"; page[j].flag=0; page[lnumber].pnumber=page[j].pnumber; page[lnumber].flag=1; page[lnumber].write=0; cout<<"淘汰主存块 "<<page[j].pnumber<<" 中的页 "<<j<<" ,从磁盘第 " <<page[lnumber].dnumber<<" 块中调入页 "<<lnumber<<endl; } /*地址转换函数，将逻辑地址转换成物理地址，如果要查找的页不在主存当中则 产生缺页中断*/ void command(unsigned laddress,int write) { unsigned paddress,ad,pnumber; int lnumber; kk: lnumber=laddress>>10; //取逻辑地址高 6 位，页号 ad=laddress&0x3ff; //页内地址 cout<<"该逻辑地址的页号为："<<lnumber<<" 页内地址为："<<ad<<endl; if(lnumber>=page_length) { //页号大于页表的长度，则无效页号 cout<<"该页不存在！\n"; return; } if(page[lnumber].flag==1){ //页号为 lnumber 在内存当中 pnumber=page[lnumber].pnumber; paddress=pnumber<<10|ad; cout<<"逻辑地址是："<<laddress<<" 对应物理地址是： "<<paddress<<endl;
i++;
cout<<"请输入页号和辅存地址:";
cin>>lnumber>>dnumber;
}
//预先将输入的页调入主存块中
page_length=i;
cout<<"输入主存块号(输入少于或者等于"<<i<<"个数据，若块号数为－1，
则结束输入):";
cin>>pnumber;
cin.ignore ();
cin.ignore ();
cout<<"输入逻辑地址：";
cin>>laddress;
cin.ignore ();
while(write==0||write==1)
{
command(laddress,write); //将输入的逻辑地址转换成物理地址
cout<<"输入指令性质：";
cin>>write;
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。
三、实验原理
1）地址转换过程：
首先从逻辑地址中的高位取得页号，然后根据页号查页表，得到块号；然后
从逻辑地址中的低位取得页内地址，将块号和页内地址合并即得到物理地址。
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
2）地址转换算法的实现 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。在实
if(write==1)
//该页被修改过
page[lnumber].write=1;
}
else
{ //页号为 lnumbee<iostream.h>
#define n 64
//页表的最大长度
#define length 4 //系统为每个作业分配的主存块数
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
输入）\n";
cout<<"请输入页号和辅存地址：";
cin>>lnumber>>dnumber;
cin.ignore ();
i=0;
while(lnumber!=-1)
{
page[i].lnumber=lnumber;
page[i].flag=0;
page[i].write=0;
page[i].dnumber=dnumber;
m=0;
head=0;
while(m<length&&pnumber!=-1)
{
if(m<i)
{
page[m].pnumber=pnumber;
page[m].flag=1;//调入主存后，标志为置 1
p[m]=m;
//记录主存中的页号
m++;
}
cout<<"输入主存块号(输入少于或者等于"<<i<<"个数据，若块号数为－
针，只用 head 即可。在装入一个新的页时，装入页和淘汰页同时执行，当装入
一个新的页时，将其页号存入数组：
淘汰页的页号＝p[head];
p[head]=新装入页的页号；