朱文涛分页系统模拟实验

1《操作系统》课程设计任务书题目：模拟分页系统的实现学生姓名：朱文涛学号：13480145班级：物联网工程一班题目类型：软件工程（R）指导教师：贾娟娟/杨书鸿一、设计目的学生通过该题目的设计过程，掌握虚拟存储器管理的原理、软件开发方法并提高解决实际问题的能力。二、设计任务1、了解UNIX的命令及使用格式，熟悉UNIX/LINUX的常用基本命令，练习并掌握UNIX提供的vi编辑器来编译C程序，学会利用gcc、gdb编译、调试C程序。2、模拟请求分页虚拟存储管理中的硬件地址变化过程，并采用先进现出或LRU算法实现分页管理的缺页调度。三、设计要求1、分析设计要求，给出解决方案（要说明设计实现所用的原理、采用的数据结构）。2、设计合适的测试用例，对得到的运行结果要有分析。3、设计中遇到的问题，设计的心得体会。4、文档：课程设计打印文档每个学生一份，并装在统一的资料袋中。5、光盘：每个学生的文档和程序资料建在一个以自己学号和姓名命名的文件夹下，刻录一张光盘，装入资料袋中。四、提交的成果1.设计说明书一份，内容包括：1)中文摘要100字；关键词3-5个；22)设计思想；3）各模块的伪码算法；4）函数的调用关系图；5）测试结果；6）源程序（带注释）；7）设计总结；8)参考文献、致谢等。2.刻制光盘一张。五、主要参考文献1.汤子瀛，哲凤屏.《计算机操作系统》.西安电子科技大学学出版社.2.王清，李光明.《计算机操作系统》.冶金工业出版社.3.孙钟秀等.操作系统教程.高等教育出版社4.曾明.Linux操作系统应用教程.陕西科学技术出版社.5.张丽芬，刘利雄.《操作系统实验教程》.清华大学出版社.6.孟静，操作系统教程－－原理和实例分析.高等教育出版社7.周长林，计算机操作系统教程.高等教育出版社8.张尧学，计算机操作系统教程，清华大学出版社9.任满杰，操作系统原理实用教程，电子工业出版社10.张坤.操作系统实验教程，清华大学出版社六、各阶段时间安排（共2周）周次日期内容地点第1周星期一~二教师讲解设计要求查找参考资料教室图书馆星期三~五算法设计，编程实现教室3第2周星期一~三调试测试，撰写文档教室星期四~五检查程序，答辩教室2015年12月9日4摘要为配合《计算机操作系统》课程的教学，加深对整个课程体系的理解，领会操作系统工作原理和理解操作系统的实现方法，提高学生的实践动手能力，提高学生科技论文写作能力，特开设此课程设计。本模拟系统是先进先出页面淘汰算法FIFO，最近最少使用LRU页面淘汰算法.同时系统可以随意设置当前分配给作业的物理块数。系统运行时任意输入一个页面访问序列可以设置不同的页面置换算法和物理块数，输出其页面淘汰的的情况，计算其缺页次数和缺页率。系统结束后，比较同一个页面访问序列，可以都处在不同的页面置换算法和物理块数的情况下，其产生的缺页次数和缺页率。使用FIFO算法，由于测试数据相同的页面比较少，所以采用FIFO算法时，需要置换的页面多，比较繁琐，因此说FIFO算法的性能不是很好。使用LRU的算法，此算法显示LRU算法的使用比较繁琐，总的来说，LRU算法优于FIFO算法。在实际应用中一般使用LRU算法实现其页面的置换。关键词：FIFO;LRU;页面置换算法；缺页次数；缺页率5目录1绪论........................................................................................................................11.2设计思想.....................................................................................................21.2.1先进先出法......................................................................................21.2.2最近最久未使用..............................................................................21.3基础知识.....................................................................................................21.3.1请求分页中的硬件支持..................................................................31.3.2内存分配策略和分配算法..............................................................31.3.3请求分页策略..................................................................................41.3.4硬件地址的变换过程......................................................................42相关的各模块的伪码算法......................................................................................62.1voidchangeaddr(structPagep[],intlogaddr).......................................62.2voidchushihua().....................................................................................72.3FIFO算法的实现..................................................................................82.4LRU算法的实现....................................................................................113函数的调用关系图................................................................................................144调试结果................................................................................................................154.1分页系统主界面.....................................................................................154.2硬件地址变换算法界面.........................................................................154.3选择输入指令.........................................................................................164.4逻辑地址向物理地址转换.....................................................................164.5由于缺页而产生的中断.........................................................................174.6进入页面置换算法界面.........................................................................184.7页面置换算法(FIFO、LRU)M=3..........................................................184.8页面置换算法(FIFO、LRU)M=4..........................................................195源程序代码..........................................................................................................216总结..................................................................................................................336参考文献.................................................................................................................34致谢.....................................................................................................................3511绪论分页式虚拟存储系统将作业信息的副本存放在磁盘中，不把作业的程序和数据全部装入主存，仅装入立即使用的页面，在执行过程中访问到不在主存的页面时，产生缺页中断，再把它们动态地装入。虚拟存储的基本思想是基于程序的局部性原理，仅把目前需要的部分程序加载到内存，其余暂时不用的程序及数据还保留在辅存中。在进程运行过程中，如果所要执行的程序不在内存，系统要将要执行的程序段自动调入内存。此时如果内存已满，则要通过置换操作将暂时不用的程序段先调出到辅存，然后将所需的程序段调入内存，继续执行该进程。虚拟存储器的引入，实际上是利用了存储管理中逻辑地址空间和物理地址空间的关系，将计算机的内存和辅存结合起来，使得用户感觉具有大容量的内存，虚拟内存在将逻辑地址转换成物理地址时，必须通过一个内存管理单元MMU（MemoryManagementUnit）来完成。存储管理一直是操作系统中的重要组成部分，因为冯·诺依曼体系结构就是建立在存储程序概念上的，访问存储器的操作占CPU时间的70%左右。计算机系统中的存储器一般分为主存储器（简称主存、内存）和辅助存储器（简称辅存）。由于CPU只能直接与内存进行通信，因此计算机系统的程序以及与该程序相关的数据，只有被装入到内存中才能有效地执行。计算机系统能否高效地管理内存空间，不仅直接反映存储器的利用率，还会影响整个操作系统的性能。21.1设计任务1了解UNIX的命令及使用格式，熟悉UNIX/LINUX的常用基本命令，练习并掌握UNIX提供的vi编辑器来编译C程序，学会利用gcc、gdb编译、调试C程序。模拟请求分页虚拟存储管理中的硬件地址变化过程，并采用先进现出或LRU算法实现分页管理的缺页调度。1.2设计思想1.2.1先进先出法（FIFO）该算法总是淘汰最先进入内存的页面，既选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。在该算法的模拟过程中，每当页面需要被置换进入内存时，最先进入内存的内容都依次向底移一位，需要访问的内容存入数组0号单元，即最顶部，这时缺页数加1；当不需要进行页面置换，即所需访问的内容在内存中时，不需要操