计算机虚拟页式存储管理系统的仿真实现

操作系统课程设计实践报告题目:计算机虚拟页式存储管理系统的仿真实现姓名:******学院:信息科技学院专业:计算机科学技术系班级:************学号:*********指导教师:******职称:******2017年3月12日１目录摘要……………………………………………………………………………………………3关键词………………………………………………………………………………………3Abstract………………………………………………………………………………………3Keywords…………………………………………………………………………………31绪论…………………………………………………………………………………………41.1选题目的……………………………………………………………………………41.2选题意义……………………………………………………………………………42设计思路与完成功能说明…………………………………………………………………42.1课程设计思路………………………………………………………………………42.1.1模拟多进程并发环境…………………………………………………………42.1.2页面访问请求与异常处理………………………………………………………52.1.3过程可视化……………………………………………………………………52.1.4整体思路流程图……………………………………………………………62.2完成功能说明………………………………………………………………………73裸机硬件部件仿真设计……………………………………………………………83.1存储空间的设计与抽象………………………………………………………83.2存储管理部件MMU的抽象与设计……………………………………………93.3中央处理器CPU的抽象与设计………………………………………………94通用数据结构设计……………………………………………………………………94.1后备作业队列抽象设计……………………………………………………………94.1.1数据结构设计………………………………………………………………94.1.2基础操作…………………………………………………………………94.2进程状态队列抽象设计………………………………………………………104.2.1数据结构设计………………………………………………………………104.2.2基础操作…………………………………………………………………104.3快表抽象设计…………………………………………………………………114.3.1数据结构设计………………………………………………………………114.3.2基础操作…………………………………………………………………114.4页表项抽象设计………………………………………………………………124.4.1数据结构设计……………………………………………………………………124.4.2基础操作……………………………………………………………………………124.5外页表项抽象设计……………………………………………………………124.5.1数据结构设计……………………………………………………………………124.5.2基础操作…………………………………………………………………134.6页表基址寄存器抽象设计………………………………………………………134.6.1数据结构设计……………………………………………………………………134.6.2基础操作………………………………………………………………………134.7程序状态字抽象设计……………………………………………………………134.7.1数据结构设计…………………………………………………………………134.7.2基础操作………………………………………………………………………134.8驻留集抽象设计…………………………………………………………………134.8.1数据结构设计……………………………………………………………………134.8.2基础操作………………………………………………………………………144.9内存抽象设计……………………………………………………………………14２4.9.1数据结构设计…………………………………………………………………144.9.2基础操作………………………………………………………………………154.10外存抽象设计……………………………………………………………………154.10.1数据结构设计………………………………………………………………154.10.2基础操作…………………………………………………………………155软件系统设计………………………………………………………………………………155.1系统结构……………………………………………………………………………155.1.1底层硬件抽象…………………………………………………………………155.1.2功能模拟……………………………………………………………………155.1.3模块整合……………………………………………………………………165.1.4系统结构图…………………………………………………………………175.2系统类图与顺序图…………………………………………………………………185.2.1系统类图…………………………………………………………………185.2.2系统顺序图………………………………………………………………195.3功能实现流程……………………………………………………………………205.3.1实现作业生成、进程创建与资源分配……………………………205.3.2实现进程调度与进程上下文切换………………………………………215.3.3实现对快表和驻留集的管理……………………………………………225.3.4实现快表和慢表的搜索…………………………………………………235.3.5实现缺页异常处理与命中率的计算…………………………………245.3.6实现过程可视化…………………………………………………………246关键操作……………………………………………………………………………………256.1模拟并发环境…………………………………………………………………………256.1.1进程阻塞原语…………………………………………………………………256.1.2进程唤醒原语…………………………………………………………………256.1.3进程上下文切换……………………………………………………………256.2页面替换算法………………………………………………………………………266.2.1先入先出FIFO页面替换算法……………………………………………266.2.2最久未被访问LRU页面替换算法…………………………………………276.2.3时钟CLOCK页面替换算法…………………………………………………286.3过程可视化…………………………………………………………………………297技术问题分析与解决方案…………………………………………………………………307.1存在问题与解决方案……………………………………………………………307.2其他设想……………………………………………………………………………318实践体会…………………………………………………………………………………31参考文献……………………………………………………………………………………32附件1…………………………………………………………………………………………33附件2…………………………………………………………………………………………38附件3…………………………………………………………………………………………39３计算机虚拟页式存储管理系统的仿真实现***专业学生***指导教师***摘要：任何程序和数据必须占用内存空间才能得以执行和处理，但让进程全部信息驻留于内存是对内存资源的极大浪费，因此利用“部分装入，部分替换”来实现存储空间在逻辑上的扩充是提高内存利用率的有效手段，虚拟页式存储管理是将程序信息副本存放在外存中，当它被调度投入运行时仅装入当前使用页面；进程执行过程中访问到不在内存的页面时，再由系统自动调入，根据页面替换算法选择淘汰页面。它依靠底层硬件MMU支撑来完成地址转换和存储保护的功能，从逻辑上为用户提供一个比物理内存容量大得多的、可寻址的存储器。本次课程设计目标是利用c++程序设计语言抽象硬件部件，模拟系统软件功能，完成并行环境下计算机虚拟页式存储管理系统的仿真实现。在实现过程中，采用QtCreator集成开发环境，利用c++面向对象的思想，用对象类对硬件部件进行抽象模拟，用成员函数作为接口，模拟各部件API完成功能的集成，基本完成了预期功能；实现了并发环境下的页面访问请求，利用多种页面替换算法实现缺页异常处理中的页面替换；实现了进程调度、内外存实时占用情况及页面替换的过程可视化，并最终将过程中涉及到的数据变化保存至指定文档。关键词：虚拟页式存储管理；内存；外存；页面替换算法；MMU；c++；可视化TheComputerSimulationofVirtualPageStorageManagementSystemStudentmajoringin******Tutor***Abstract：.Anyprogramordatamustoccupymemoryspacecanbeimplementedandprocessing,butletalloftheinformationprocessresidesinthememoryistothememoryresourceswaste,thereforepartoftheload,partialsubstitutionisusedtorealizethestoragespaceonthelogicofexpansionisaneffectivemethodforimprovingmemoryutilization,virtualstoragemanagementpagetypeistheprogramacopyoftheinformationstoredinCRT,whenitisdispatchingoperationuseonlyintothecurrentpage;Theexecutionofaprocesstoaccesstothepagethatisnotinthememory,againbythesystemautomaticallytransferinto,accordingtothepagereplacementalgorithmselectionpage.ItreliesontheunderlyinghardwareMMUsupporttocompletetheaddresstranslationandstorageprotectionfunction,logicallyprovidesuserswithamuchlargerthanphysicalmemorycapacity,addressablememory.Thiscoursewasdesignedbyusingc++programdesignlanguageabstracthardwarecomponents,functionofsimulationsystemsoftware,completetheparallelcomputervirtualpagestoragemanagementsystemundertheenvironmentofthesimulationimplementation.Intheprocessofimplementation,usingQtCreatorintegrateddevelopmentenvironment,usingtheideasofobject-orientedc++,useobjectclassestoabstractsimu