分页存储实验报告

分页存储实验报告

分页存储实验报告

一、引言

分页存储是计算机系统中一种常见的内存管理技术。它将主存分成固定大小的

页框，并将进程的地址空间划分为相同大小的页面。本实验旨在通过设计和实

现一个简单的分页存储系统，深入理解分页存储的原理和实现方式。

二、实验目标

1. 设计并实现一个简单的分页存储系统；

2. 理解分页存储的工作原理；

3. 掌握分页存储的实现方法。

三、实验内容

1. 设计页表结构

页表是分页存储系统中的关键数据结构，用于记录页框与页面之间的映射关系。在本实验中，我们可以使用一个简单的二维数组来表示页表。其中，每一行表

示一个页框，每一列表示一个页面，数组元素的值表示页面所在的页框号。

2. 实现地址转换

地址转换是分页存储系统中的核心操作，它将逻辑地址转换为物理地址。在本

实验中，我们可以通过将逻辑地址的高位作为页号，低位作为页内偏移量，根

据页表中的映射关系计算出物理地址。

3. 模拟页面置换算法

页面置换算法是分页存储系统中解决内存不足问题的关键。在本实验中，我们

可以选择一种简单的页面置换算法，如FIFO（先进先出）算法或LRU（最近最

少使用）算法，并在实验中模拟其运行过程。

四、实验步骤

1. 设计页表结构

根据实验要求，设计一个合适的页表结构，并初始化页表。

2. 实现地址转换

根据页表的映射关系，实现逻辑地址到物理地址的转换函数。

3. 编写测试程序

编写一个简单的测试程序，生成一系列逻辑地址，并通过地址转换函数将其转换为物理地址。

4. 模拟页面置换算法

选择一种页面置换算法，并在测试程序中模拟其运行过程。记录每次页面置换的情况，包括被置换出的页面和被置换入的页面。

五、实验结果与分析

通过实验，我们可以得到一系列的物理地址，并根据页面置换算法的运行情况进行分析。可以观察到不同页面置换算法对系统性能的影响，如命中率、缺页率等指标的变化。

六、实验总结

通过本次实验，我们深入理解了分页存储的原理和实现方式。通过设计和实现一个简单的分页存储系统，我们掌握了页表的结构和地址转换的方法，并熟悉了页面置换算法的运行过程。这些知识对于我们理解和应用分页存储技术具有重要的意义。

七、实验感想

本次实验让我对分页存储有了更深入的了解。在实验过程中，我遇到了一些问题，如页表的设计和地址转换的实现，但通过查阅资料和与同学的讨论，最终成功完成了实验。这次实验不仅提高了我的动手实践能力，也增强了我对计算机系统的理解。

八、参考文献

[1] 《操作系统概念》

[2] 《计算机组成原理》

[3] 《计算机操作系统》

九、致谢

在实验过程中，我要感谢我的实验指导老师和同学们对我的帮助和支持。他们的指导和鼓励让我顺利完成了这次实验。同时，我也要感谢实验室提供的良好的学习环境和设备。

分页存储管理

非连续分配方式 1．基本内容：页式存储管理基本思想、数据结构、地址转换过程。段式存储管理以及段页式存储管理。 2．学习要求：；掌握页式存储管理、段式存储管理以及段页式存储管理的实现原理、数据结构、地址转换机构等内容。 3．教学要求：本单元共安排4学时。采用教员课堂讲授方法实施教学。该部分内容抽象，是本章学习重点与难点。课后可通过课程设计使学员加深对于抽象理论的理解和掌握。 4．重点：各种管理实现原理、数据结构、地址转换机构。 5．难点：段式存储管理。 分页存储管理 可重定位分区分配虽然可以解决碎片和共享问题，但由于信息的大量移动而损失了许多宝贵的CPU时间，且存储用户的作业受到实际存储容量的限制。多重分区分配虽在一定程度上解决了这些问题，但由于要求各分区设置分段的重定位寄存器，存储分配策略较复杂，且需较多的硬件支持。 分页式管理技术通过地址转换机制，能明显消除内、外存之间的差别，将外存看作内存的扩充和延伸。并能很好解决“外零头”的问题。 一、分页在储管理实现的基本思想： 在分页存储管理中，将每个作业的逻辑地址空间分为大小相同的块，称为虚页面或页（page）,通常页面大小为2的整数次幂（512K~4K）。同样地，将物理空间也划分为与页面大小相等的块，称之为存储块或页框（page frame），为作业分配存储空间时，总是以页框为单位。例如：一个作业的地址空间有M页，那么只要分配给它M个页框，每一页分别装入一个页框即可。 纯分页系统的定义：指在调度一个作业时，必须把它的所有页一次装入到主存的矾框。若当时页框数不足，则该作业必须等待，系统再调度其他作业。 这里，并不要求这些页框是相邻的。即连续逻辑地址空间的页面，通过页面地址转换机构可以映射到不连续的内存块中。 对地址空间的分页是由系统自动进行的，其逻辑地址由相对页号和页内位移量（页内地址）两部分组成（下面a）。图中设逻辑地址长度为16位，可表示64K的逻辑地址空间。物理地址也由块号及块内移量（块内地址）两部分组成（下图b）。 （ 图·逻辑地址与物理地址 （a）逻辑地址（LA）（b）物理地址 页式存储管理通常是由页表实现逻辑地址到物理地址的转换。 二、页面地址转换 在分页式管理系统中，作业装入时，以页为单位分配存储块。由于虚存管理的主要技术是部分装入和部分交换，在作业运行前，不是装入全部页面，而是只装入部分页面，在执行过程中再根据需要动态调入其他页面，当内存占满时要按某种算法进行某种算法进行页面的置换。 为了实理将作业的逻辑地址转换为实际内存地址，需建立以下数据结构： 1.存储分块表MBT(Memory Block Table) 表中记录内存中每个存储块的使用情况，其中状态是指存储块是否空闲（下图a）

第16讲 存储器管理之请求分页存储管理方式

第十六讲存储器管理之请求分页存储管理方式 1 基本概述 请求分页管理是建立在基本分页基础上的，为了能支持虚拟存储器而增加了请求调页功能和页面置换功能。 基本原理：地址空间的划分同页式；装入页时，可装入作业的一部分(运行所需)页即可运行。 2 请求分页的硬件支持 为实现请求分页，需要一定的硬件支持，包括：页表机制、缺页中断机构、地址变换机构。 2.1 页表机制 作用：将用户地址空间的逻辑地址转换为内存空间的物理地址。 因为请求分页的特殊性，即程序的一部分调入内存，一部分仍在外存，因此页表结构有所不同。如图： 说明： （1）状态位P：指示该页是否已调入内存。 （2）访问字段A：记录本页在一段时间内被访问的次数或最近未被访问的时间。 （3）修改位M：表示该页在调入内存后是否被修改过。若修改过，则换出时需重写至外存。（4）外存地址：指出该页在外存上的地址。 2.2 缺页中断机构 在请求分页系统中，每当所要访问的页面不在内存时，便产生缺页中断，请求OS将所缺的页调入内存。 缺页中断与一般中断的区别： （1）在指令执行期间产生和处理中断信号 （2）一条指令在执行期间，可能产生多次缺页中断 2.3 地址变换机构 请求分页系统的地址变换机构。是在分页系统地址变换机构的基础上，又增加了一些功能。

例：某虚拟存储器的用户空间共有32个页面，每页1KB，主存16KB。假定某时刻系统为用户的第0、1、2、3页分别分配的物理块号为5、10、4、7，试将虚拟地址0A5C和093C 变换为物理地址。 解：虚拟地址为：页号（2^5=32）5位页内位移（1K =2^10=1024）10位物理地址为物理块号（2^4=16）4位因为页内是10 位，块内位移（1K =2^10=1024）10位 虚拟地址OA5C对应的二进制为： 00010 1001011100 即虚拟地址OA5C的页号为2，页内位移为1001011100，由题意知对应的物理地址为：0100 1001011100即125C 同理求093C。略 3 内存分配策略和分配算法 在请求分页系统中，为进程分配内存时，将涉及以下三个问题： 最小物理块数的确定；物理块的分配策略；物理块的分配算法。 3.1最小物理块数的确定 概念：最小物理块数：是指能保证进程正常运行所需的最小物理块数。 确定方法：与计算机的硬件结构有关，取决于指令的格式、功能和寻址方式。 3.2物理块的分配策略 内存分配策略：固定和可变分配策略 置换策略：全局置换和局部置换 三种合适的策略如下： （1）固定分配局部置换（Fixecd Allocation,Local replacement）：为每个进程分配固定数目n的物理块，在整个运行中都不改变。如出现缺页，则从中置换一页。 （2）可变分配全局置换(VariableAllocatio,Global Repalcement)：分配固定数目的物理块，

分页氏存储管理实验报告

分页存储管理实验报告 姓名：何绍金 班级：自动化1202 学号：201203870408 指导教师:张健 2014年12月30日

一．实验题目 编写程序模拟操作系统的基本分页存储管理方式，进一步理解这种内存分配方式的原理和特点，加深对理论知识的掌握。 二. 实验内容 1.实验要求 （1）编写模拟操作系统对内存分页存储管理方式的程序。 （2）程序能正确对主存空间进行“分配”和“回收”。 （3）能接受用户的输入，显示内存的分配情况，并有一定的容错能力。 2.实现功能： （1）内存初始化 （2）程序应该能接受用户输入的进程信息，并为之分配内存，返回分配结果注意：此处考虑到不合法的输入并进行相应处理。 （3）程序能回收用户指定的进程所占用的内存空间 程序需要为每个进程分配一个唯一的进程号并给出详细的提示信息。（4）能直观合理地显示内存分配情况 三.实验流程图

四.程序运行结果 运行程序得到如下结果：

五.实验小结 这次实验让我清楚地认识到分页存储管理的基本原理和实现流程，特别是对主存空间的分配与回收的深层次理解，在编制程序是只需使用顺序的地址而不必去考虑如何去分页，因为分页存储管理时作业的地址是连续的。更让我体会了页氏存储管理方式的优点就是没有外部碎片，程序不必连续存放在内存空间，而缺点是程序要全部装入内存。此外，还增强了动手编程和分析解决问题的能力。 附：程序源代码 按流程图编制的源代码如下所示： #include #include #define N 100 // 共有100个内存块 int process[N][N+1]; // 存放每个进程的页表 int block[N]; // 内存块状态标志数组，0：空闲，1：使用 int blockCount; // 记录当前内存剩余空间 int processCount; // 记录当前进程数 bool flag = true; void init(); void output(); bool createProcess(); bool endProcess(); void init() { int i, j; // 初始化内存状态标志数组 for (i=0; i

存储管理实验报告

昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告 （2012 —2013 学年第二学期） 课程名称：操作系统开课实验室：年月日 一、实验目的 存储管理的主要功能之一是合理地分配空间。请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。通过本次实验，要求学生通过编写和调试地址转换过程的模拟程序以加强对地址转换过程的了解，通过请求页式存储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。 二、实验原理及基本技术路线图（方框原理图） 用C或C++语言模拟实现请求式分页管理。要求实现：页表的数据结构、分页式内存空间的分配及回收（建议采用位图法）、地址重定位、页面置换算法（从FIFO,LRU,NRU中任选一种）。

int subareaSize[num]={8,12,16,32,24,16,64,128,40,64};//分区大小Process *pro=NULL;//保持进程信息 int ProcessNum=0;//进程数目 int applyProcessNum=0;//每次申请进程数目 int maxApplyNum=0;//最大可申请数目 int *applyIndex=NULL;//申请进程队列 int totalApplyNum=0;//申请总数

int *assignPointer=NULL;//已分配内存的进程队列 int assignFlag=0;//分配索引，表示已申请队列已分配的进程数 int exeIndex;//执行的进程号 Node *subareaNode=new Node[3];//分区回收时，进程所在分区及其前，后分区信息 LinkList createLinkList(int n );//建立空闲分区链 Node firstFit(LinkList &head,Process pro);//首次适应算法 Node nestFit(LinkList &head,Process pro,Node flag);//循环适应算法 Node bestFit(LinkList &head,Process pro);//最佳适应算法 Node worstFit(LinkList &head,Process pro);//最坏适应算法 Node assign(LinkList &head,int orderIndex,int index,Node flagNode);//一次分区分配 int assignMemory(LinkList &head);//内存分配 void insertNode(LinkList &head,Node q,int index);//插入节点 Node deleteNode(LinkList &head,int index);//删除节点 int display(LinkList &head);//打印分区分配情况 int lowAttemper(int *excursionPointer);//低级调度 int findSubarea(LinkList &head,int index);//回收内存 int creatProcess();//创建进程 Process* randomCreatPro(int n);//随机产生进程 下面是各种方法简述： (1) 最优替换算法，即OPT算法。上面介绍的几种页面替换算法主要是以主存储器中页面调度情况的历史信息为依据的，它假设将来主存储器中的页面调度情况与过去一段时间内主存储器中的页面调度情况是相同的。显然，这种假设不总是正确的。最好的算法应该是选择将来最久不被访问的页面作为被替换的页面，这种替换算法的命中率一定是最高的，它就是最优替换算法。要实现OPT算法，唯一的办法是让程序先执行一遍，记录下实际的页地址流情况。根据这个页地址流才能找出当前要被替换的页面。显然，这样做是不现实的。因此，OPT算法只是一种理想化的算法，然而，它也是一种很有用的算法。实际上，经常把这种算法用来作为评价其它页面替换算法好坏的标准。在其它条件相同的情况下，哪一种页面替换算法的命中率与OPT算法最接近，那么，它就是一种比较好的页面替换算法。 (2)先进先出算法，即FIFO算法（First-In First-Out algorithm）。这种算法选择最先调入主存储器的页面作为被替换的页面。它的优点是比较容易实现，能够利用主存储器中页面调度情况的历史信息，但是，没有反映程序的局部性。因为最先调入主存的页面，很可能也是经常要使用的页面。 (3) 最久没有使用算法，即LRU算法（Least Recently Used algorithm）。这种算法把近期最久没有被访问过的页面作为被替换的页面。它把LFU算法中要记录数量上的多"与"少简化成判断"有"与"无"，因此，实现起来比较容易。

-存储管理

实验正文： 【实验目的】 存储管理的主要功能之一是合理地分配空间。请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。本实验的目的是通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的技术特点，掌握请求页式存储管理的页面置换算法。 【实验环境】 Red Hat Enterprise Linux。 【预习内容】 1、请求淘汰换页算法有哪些？ 2、分页存储管理要解决的问题有哪些？ 【实验原理】 1．请求页式存储管理 分区存储管理尽管实现方式简单，但存在着严重的碎片问题使得内存的利用率不高。再者，分区管理时，由于各作业或进程对应不同的分区以及在分区内各作业或进程连续存放，进程的大小仍受分区大小或内存可用空间的限制。为此提出了页式存储管理。页式存储管理可分为静态页式管理和动态页式管理，而动态页式管理又分为请求页式管理和预调入页式管理。本章介绍动态页式管理的请求页式管理，实现原理如下： 1.1划分实页 将物理内存划分成位置固定、大小相同的“块”（实页面）。其特点是： 分页是为了管理，物理内存没有按用户作业分区的概念，分页仅仅是为了信息管理构造用，为了便于提高工作效率；用户不可见，物理内存也没有真正隔离，即“虚拟”的隐分页，一页中的地址必须连续；页是一种物理划分而不是逻辑划分单位，因此，页的共享有困难。 1.2划分虚页 将用户逻辑地址空间也分成同样大小的页面，成为虚拟空间的虚页面，其特点是： 用户可用地址大小受物理地址大小以及地址总线的限制；虚页号可大于实页号；从概率来看有半页浪费，因为可能遇到只有一个字节也要占一页。 1.3建立页表 建立页表，有时称为页面表或页面映射表（PMT）。每个作业一张，按虚页号进行登记，其基本的内容有特征位（表示该页是否在内存、实页号以及对应外存的地址。 1.4地址变换 将虚页面的逻辑地址转化为实页面的物理地址，在程序执行时改变为物理地址，属于作业的动态重定位，一般由地址转换机构（硬件）完成。 1.5页表的设计 分区存储管理技术提供三种表格进行存储管理，分别为存储分块表、作业表和页表。存储分块表：整个系统一张，记录整个内存的使用情况，如，内存目前空白块总块数以及指向第一空白块的指针。主要有位示图和空白块链两种方法。页表：整个系统一张，每个作业占一个表项。 2．请求淘汰换页算法 2.1．分页存储管理要解决的问题 分页存储管理只让进程或作业的部分程序和数据驻留在内存中，因此，在执行过程中，不可避免地会出现某些虚页不在内存中的问题。请求页式管理必须解决的两个基本问题是：1.怎样发现这些不在内存中的虚页；2.怎样处理这种情况（采用何种方法把所缺的页调入内存，以及当内存中没

操作系统管理-虚拟存储器-实验报告-代码7页

操作系统管理-虚拟存储器-实验报告-代码7页 一、实验目的 学习操作系统中虚拟存储器的概念，掌握虚拟存储器的实现思路和方式。 二、实验要求 在C语言环境下，实现基于分页机制的虚拟存储和页表管理。 三、实验内容 1.实现一个虚拟存储器，其中分页大小为4KB，虚拟地址空间大小为4GB（每个进程可以使用的虚拟地址空间）。物理内存大小为512MB，即实际内存中有128个物理页面。 2.实现页表管理，将虚拟地址映射到物理地址。 3.实现页面替换算法，当物理内存不足时，需要将某些页面从内存中置换出来。 4.实现程序的运行，能够根据页面缺失率输出性能参数。 四、实验步骤 1.确定程序设计思路和数据结构。 2.实现虚拟存储器和页表管理。 3.实现页面替换算法。 五、实验代码及解析 对于程序设计思路，首先需要确定虚拟存储器和物理内存的大小，以及页面大小。虚拟存储器大小默认为4GB，物理内存大小为512MB，页面大小为4KB。 其次，需要设计页表数据结构。页表可以使用一个二维数组表示，其中第一维表示页表项，第二维表示页内地址。页表项有四个字段，分别为标志位（是否在内存中）、页框号（页面所在的物理页框号）、保护（页面的读写权限）、计数（页面使用情况的计数器）。 第三，需要设计页面替换算法。本程序采用最近最少使用算法（LRU）作为页面替换算法，当物理内存不足时，选择使用最近最少使用的页面进行替换。 #define PAGE_SIZE 4096 // 页面大小 #define VIRTUAL_MEM_SIZE 4 * 1024 * 1024 * 1024 // 虚拟存储器大小

#define PHYSICAL_MEM_SIZE 512 * 1024 * 1024 // 物理内存大小 #define PAGE_NUM (VIRTUAL_MEM_SIZE / PAGE_SIZE) // 页面总数 #define PHYSICAL_PAGE_NUM (PHYSICAL_MEM_SIZE / PAGE_SIZE) // 物理页面数 struct page_table_entry { int present; // 是否在内存中（1为在，0为不在） int page_frame; // 页面所在的物理页框号 int protect; // 页面的读写权限 int count; // 页面使用情况的计数器 } struct page_table_entry page_table[PAGE_NUM][PAGE_SIZE]; // 页表 虚拟存储器和页表管理需要掌握的是页表的相关数据结构，还有一个重要的点，就是如何将虚拟地址映射到物理地址。 在代码实现中，使用了一个虚拟地址到物理地址的映射函数va_to_pa()，该函数通过页表将虚拟地址映射到物理地址。具体实现方式为：首先获取虚拟地址的页表项，如果该页表项中的present字段为1，则说明该页在物理内存中，返回物理地址；如果该页表项中的present字段为0，则说明该页不在物理内存中，需要进行页面置换，同时在页表中标记该页已经在内存中，并分配一个物理页框，将该虚拟页拷贝到物理页中，并返回物理地址。 unsigned long va_to_pa(unsigned long virt_addr) { unsigned long page_index = virt_addr / PAGE_SIZE; unsigned long offset = virt_addr % PAGE_SIZE; struct page_table_entry *pentry = &page_table[page_index][offset]; int offset_in_frame = virt_addr % PAGE_SIZE; return (pentry->page_frame * PAGE_SIZE) + offset_in_frame; } 实现方式如下： // 初始化物理页面空闲链表

虚拟存储器实验报告

一、实验题目 虚拟存储器——模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断。 二、实验目的及要求 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、环境（软、硬件平台） 软件：c++6.0 硬件：pc机 四、实验内容和步骤 （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：页号标志主存块 在磁盘上的位置 号 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。该模拟程序的算法如图2-1。 图2-1 地址转换模拟算法 （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： 0 1 5 011 1 1 8 012 2 1 9 013 3 1 1 021 4 0 022 5 0 023 6 0 121 取一条指令 开始 取指令中访问的页号 查页表 输出“*”页号表 示发生缺页中断 形成绝对地址 输出绝对地址 有后继指令？ 结束 取下一条指令 否 是 该页标志=1？

页面淘汰算法实验报告

操作系统实验报告 课题：页面淘汰算法 专业： 班级： 学号： 姓名： 年月日

目录 一实验目的............................................................错误!未定义书签。二实验要求 (3) 三背景知识 (3) 四总体设计 (4) 五详细设计............................................................错误!未定义书签。六运行结果分析 (9) 七心得体会 (13) 八参考文献 (14) 附：源代码 (15)

一、实验目的 本实验主要对操作系统中请求分页式内存管理及其应用的一些关键算法进行模拟。学生通过设计与实现Clock算法，能够加强对相应理论的理解，并对了解操作系统内部的基本处理原理与过程也有很多益处。利用简单的数据结构，模拟实现操作系统中的页面置换机制，通过写程序模拟实现上述三种内存页面置换算法，使学生进一步掌握内存页面置换的方法。对操作系统中内存的管理有一个实践上的认识。 1、用C语言编写OPT、FIFO、LRU三种置换算法。 2、熟悉内存分页管理策略。 3、了解页面置换的算法。 4、掌握一般常用的调度算法。 5、根据方案使算法得以模拟实现。 6、锻炼知识的运用能力和实践能力。 二、实验要求 ●设计随机页面序号产生程序，并说明随机的性能和其性能可能对算法的 影响 ●编写页面淘汰算法(FIFO、OPT、LRU) ●结果数据的显示或提取

●结果数据的分析 几点说明： ●设计并绘制算法流程，附加说明所需的数据结构 ●如何标记时间的先后、最久的将来、最久未被使用 ●描述Clock算法的基本原理、必要的数据结构、算法执行流程图、编码实 现。 1）初始化：输入作业可占用的总页框数，初始化置空。 2）输入请求序列：输入一个作业页号访问请求序列，依次占用相应页框，直至全部占用； 3）Clock算法：当页框全部占用后，对于后续新的页号访问请求，执行Clock 算法，淘汰1个页面后装入新的页号。 4）显示当前分配淘汰序列：显示淘汰的页号序列。 三、背景知识： 在操作系统当中，在进程运行过程中，若其访问的页面不在内存中而需把他们调入内存，但内存已无空闲空间时，为了保证该进程能够正常的运行，系统必须从内存中调出一页程序或数据送到磁盘的兑换区中，但是应该是哪个页面被调出，需根据一定的算法来确定。通常，我们把这一类的算法称为“页面置换算法”，页面置换算法执行效率的高低，往往直接影响到操作系统的性能。 内存页面置换算法： 1、<1> 先进先出调度算法（FIFO） 先进先出调度算法根据页面进入内存的时间先后选择淘汰页面。本算法实现时需要将页面按进入内存的时间先后组成一个队列，每次置换掉最早进入的页面。这是最早出现的置换算法，该算法总是淘汰最先进入内存的页面，即选择在

操作系统实验3--请求分页式存储管理

请求分页式存储管理 一、问题描述 设计一个请求页式存储管理方案，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，只将该页在页表中修改状态位。而不再判断它是否被改写过，也不将它写回到辅存。 二、基本要求 页面尺寸1K，输入进程大小（例如5300bytes），对页表进行初始化 页表结构如下： 系统为进程分配： 任意输入一个需要访问的指令地址流（例如：3635、3642、1140、0087、1700、5200、4355，输入负数结束），打印页表情况。 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框未满（查空闲块表，找到空闲块），则调入该页并修改页表，打印页表情况；如果该页不在主存且页框已满，则按FIFO页面淘汰算法淘汰一页后调入所需的页，修改页表，打印页表情况。 存储管理算法的流程图见下页。 三、实验要求 完成实验内容并写出实验报告，报告应具有以下内容： 1、实验目的。 2、实验内容。 3、程序及运行情况。 4、实验过程中出现的问题及解决方法。 #include #include int PUB[20][3]; int ABC[3][2]={{0,1},{1,1},{2,1}};//物理块 int key=0;

void output(int size){ //打印 int i,j; printf("页号\t\t物理块号\t\t状态位\n\n"); for(i=0;i20000) { printf("进程大小超出范围\n"); exit(0); } size%1000==0 ? size=size/1000 : size=size/1000+1; for(i=0;i

操作系统存储管理

操作系统存储管理 存储管理是操作系统中的重要组成部分，它负责管理计算机系统中的存储资源，包括内存、硬盘、闪存等。存储管理的主要任务是提高存储空间的利用率，方便用户对存储资源进行访问和管理。本文将介绍操作系统中常见的存储管理技术。 一、分页存储管理 分页存储管理是一种常见的存储管理技术，它将一个程序分成若干个大小固定的页，每个页可以看作是一个独立的逻辑单位。在内存中，每个页对应一个物理块，当程序需要执行时，操作系统会将程序需要的页加载到内存中，如果内存已经满了，操作系统会将一些不需要的页从内存中移出，以便为新的页提供空间。分页存储管理技术可以有效地提高内存的利用率，并且可以使得程序的访问更加灵活。 二、分段存储管理 分段存储管理是将程序分成若干个大小可变的段，每个段可以看作是一个独立的逻辑单位。在内存中，每个段对应一个物理块。分段存储管理技术使得程序可以根据需要动态地分配内存空间，同时也可以方便地对程序进行模块化处理。分段存储管理还可以实现代码和数据的

隔离，从而提高了程序的安全性。 三、虚拟存储管理 虚拟存储管理是一种高级的存储管理技术，它可以将内存和外存结合起来使用，从而使得内存的空间可以扩大到外存的范围内。虚拟存储管理技术采用了页式管理和段式管理的思想，将程序分为多个页面或段，并将它们保存在外存中。当程序需要执行时，操作系统会将程序需要的页面或段加载到内存中，从而使得程序可以像在真实的内存中一样运行。虚拟存储管理技术可以有效地提高内存的利用率，并且可以使得程序的访问更加灵活和方便。 四、缓存技术 缓存技术是一种常见的存储管理技术，它可以将经常访问的数据保存在高速缓存中，从而使得对数据的访问速度更快。缓存技术可以应用于磁盘 I/O操作、内存管理、处理器调度等领域。在磁盘 I/O操作中，可以将经常访问的数据保存在高速缓存中，从而减少对磁盘的访问次数，提高系统的性能。在内存管理中，可以将经常访问的页面保存在高速缓存中，从而减少对内存的访问次数，提高系统的性能。在处理器调度中，可以将经常使用的指令保存在高速缓存中，从而减少对内存的访问次数，提高处理器的执行效率。

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。实验结果如下表所示： 算法页面置换次数缺页率命中率 FIFO 20 0.2 0.8

简述分页存储管理的基本原理

简述分页存储管理的基本原理 分页存储管理是一种常见的虚拟存储器管理技术，它将物理内存划分为固定大小的页框，将逻辑地址空间划分为固定大小的页，实现了逻辑地址和物理地址之间的映射关系。它的基本原理是将进程的逻辑地址分为页号和页内偏移两部分，通过页表来查找并将逻辑地址映射到物理地址上。 分页存储管理的基本原理包括页表、页表项和地址转换三个重要组成部分。 页表是一个记录逻辑页与物理页对应关系的表格。每个进程都有自己的页表，页表中的每一项都对应着进程逻辑地址空间的一个页。页表项记录了逻辑页号和物理页框号之间的映射关系，以及一些控制位信息，如有效位、保护位等。 地址转换是指将逻辑地址转换为物理地址的过程。当进程访问一个逻辑地址时，操作系统会根据逻辑页号在页表中查找对应的页表项，如果页表项的有效位为1，表示该页表项有效，可以进行地址转换；如果有效位为0，表示该页表项无效，说明该逻辑页还没有被装入内存，需要进行页面置换操作。如果页表项有效，则将页表项中的物理页框号与页内偏移拼接成物理地址，供CPU访问。 分页存储管理的好处是实现了逻辑地址和物理地址的分离，进程可

以使用连续的逻辑地址空间编程，而不需要关心物理内存的实际分布情况。同时，分页存储管理也提供了更大的地址空间，使得进程可以使用更多的逻辑地址。 然而，分页存储管理也存在一些问题。首先，由于页的大小固定，可能会出现内部碎片的问题，即一个页中只有部分空间被利用，导致内存利用率下降。其次，地址转换的过程需要访问页表，增加了访问内存的开销。此外，页表的大小和页的大小也会影响地址转换的效率。 为了解决分页存储管理的问题，还有一些相关的技术和方法。例如，可以采用多级页表来减小页表的规模，提高地址转换的效率。还可以引入页面置换算法来解决内存不够用的问题，例如最常见的LRU （最近最久未使用）算法和FIFO（先进先出）算法。 分页存储管理是一种重要的内存管理技术，通过将物理内存划分为固定大小的页框，将进程的逻辑地址划分为固定大小的页，实现了逻辑地址和物理地址之间的映射关系。它的基本原理包括页表、页表项和地址转换三个重要组成部分。分页存储管理提供了逻辑地址和物理地址分离、更大的地址空间等优势，但也存在内部碎片、地址转换开销等问题。为了解决这些问题，可以采用多级页表和页面置换算法等相关技术和方法。

分页存储管理实验报告

分页存储管理实验报告 分页存储管理实验报告 引言 在计算机科学领域，存储管理是一个重要的课题。随着计算机应用的不断发展，对存储管理的要求也越来越高。本实验旨在通过实践，深入了解分页存储管理 的原理和实现方式，以及其在计算机系统中的应用。 一、实验目的 本实验的主要目的是通过实践，加深对分页存储管理的理解。具体目标如下： 1. 理解分页存储管理的原理和概念； 2. 掌握分页存储管理的实现方式； 3. 熟悉分页存储管理在计算机系统中的应用。 二、实验原理 分页存储管理是一种将物理内存划分为固定大小的页框，并将逻辑地址空间划 分为相同大小的页的存储管理方式。其主要原理如下： 1. 将逻辑地址划分为页号和页内偏移两部分； 2. 通过页表将逻辑地址映射到物理地址； 3. 利用页表中的页表项实现地址映射。 三、实验过程 1. 初始化页表：根据系统的物理内存大小和页框大小，计算出页表的大小，并 进行初始化。 2. 地址映射：根据逻辑地址的页号，查找页表中对应的页表项，获取物理页框号，并将页内偏移与物理页框号组合得到物理地址。

3. 存储管理：根据物理地址，将数据存储到物理内存中的相应位置，或从物理 内存中读取数据。 4. 内存分配：根据应用程序的需要，分配合适大小的物理内存页框，并更新页表。 四、实验结果 通过实验，我们成功实现了分页存储管理，并进行了一系列测试。实验结果表明，分页存储管理具有以下优点： 1. 提高了内存利用率：通过将逻辑地址划分为固定大小的页，可以更好地利用 物理内存空间。 2. 简化了内存管理：通过页表的使用，可以方便地进行地址映射和内存分配。 3. 提高了系统的稳定性：分页存储管理可以有效隔离不同进程之间的内存空间，提高了系统的稳定性和安全性。 五、实验总结 本实验通过实践，深入了解了分页存储管理的原理和实现方式，并通过一系列 测试验证了其在计算机系统中的应用效果。实验结果表明，分页存储管理是一 种高效、稳定的内存管理方式，可以提高系统的性能和稳定性。通过本实验的 学习，我们对计算机系统的存储管理有了更深入的理解，并为以后的学习和研 究打下了坚实的基础。 六、参考文献 [1] 陈海波, 王晓红. 操作系统原理与设计[M]. 清华大学出版社, 2015. [2] Silberschatz A, Galvin P B, Gagne G. 操作系统概念[M]. 机械工业出版社, 2013.

简述分页存储管理的基本原理

简述分页存储管理的基本原理分页存储管理是操作系统中一种常见的存储管理方式，其基本原理就是将进程的地址空间分割成固定大小的页，然后再将物理内存也分割成与之相同的大小的物理页框，通过建立页表来实现进程地址空间和物理内存之间的映射关系。 具体来说，分页存储管理将进程的地址空间划分为固定大小的页（通常大小为4KB），每个页都有一个唯一的页号。而物理内存也被划分为与之相同大小的物理页框，每个物理页框同样有一个唯一的物理页号。当进程运行时，每个页面都会被映射到一个物理页框上。 为了实现这种映射关系，操作系统会为每个进程维护一个页表，页表记录了每个页面所对应的物理页框的信息。当进程访问某个页面时，操作系统会根据页表将该页面映射到对应的物理页框，并将访问权限加以控制。 分页存储管理具有以下几个优点： 1. 灵活性：分页存储管理使得地址空间的分配和回收更加灵活。由于页是固定大小的，操作系统可以根据需要动态分配和回收页，从而更好地利用内存资源。 2. 保护性：分页存储管理通过页表将进程地址空间与物理内存隔离开来，保护了不同进程之间的地址空间不被侵入。操作系统可以通

过控制页表中的访问权限，确保进程只能访问自己被分配的物理页框，增强了系统的安全性。 3. 共享性：分页存储管理使得内存的页面可以被多个进程共享使用。当多个进程需要访问同一个页面时，操作系统只需将它们的页表 指向同一个物理页框即可，无需多次拷贝，节省了内存空间。 当然，分页存储管理也存在一些问题和挑战。其中最主要的是内 存碎片问题。由于分页是固定大小的，当进程请求的内存不是页的整 数倍时，就会产生内部碎片。而外部碎片则是指由于内存分配和回收 造成的不连续的空闲内存片段。解决这些问题需要采用一些算法和策略，如置换算法来处理内存不足时的页替换问题，同时也需要合理规 划内存分配和回收策略，以减少碎片的产生。 综上所述，分页存储管理是一种基于页表映射的存储管理方式， 通过将进程地址空间划分为固定大小的页面，并通过页表将页面映射 到物理页框上，实现了进程的存储管理。它具有灵活性、保护性和共 享性等优点，但也需要注意解决碎片问题。在实际应用中，操作系统 需要根据具体需求和资源情况选择适合的分页存储管理策略，以提高 系统性能和资源利用率。

分页式存储管理中,页的大小是可以不相等的

分页式存储管理中,页的大小是可以不相等的分页式存储管理中，页的大小是可以不相等的 存储管理是计算机科学中的一个重要领域，它关注如何将大型文件分割成适当的大小，以便通过有效的管理方法进行存储和检索。分页式存储管理是其中一种，它把文件分割成多个较小的单位，并把它们组织在同一个页面中。这些分页单元可以大小不一，因此不同页面具有不同大小的分页单元。 页的大小可以不相等的原因在于，用户可以自由选择每页的大小，并调整分页的速度和数量，以适应系统的容量。此外，当使用不同类型的文件时，只要有相应的页尺寸，就可以为不同类型的文件定义不同的页尺寸，从而获得更高的性能。 在分页存储管理中，文件被分割成许多页，每页有自己的大小和功能，而页的大小是可以不相等的。这是由于分页存储管理能够利用多种不同类型的文件，通过调整页的大小来提高存储效率。因此，不管文件的大小是多少，系统都可以得到有效的存储与检索，而使用相同的大小的页更容易分配空间但却不能有效的检索文件。 页的大小不一对存储管理有着重要的意义，它能够提高存储前的管理活动的效率，使文件的读取和存储更加高效。比如，当查找文件时，只需要定位到某个页上，然后只需要检查该页上的文件，就可以更快速的查找结果。而正是由于页的大小可以不相等，才能获得更高的检索效率，便于更快速地定位文件。 此外，页的大小不一还能帮助改善分页管理系统组织文件的方式。

通过使用不同大小的页可以缩小文件的大小，提高文件的紧凑性，从而使用更少的空间满足存储要求。这也为管理系统提供了更多的灵活性，使其能够更有效地管理文件，查找和存储文件。 因此，分页式存储管理中，页的大小是可以不相等的。它不仅能够提高管理系统的性能，而且能帮助改善存储效率，使文件的读取和存储更加有效率。同时，它能使用更少的存储空间来满足文件的存储要求，进而带来更高的性能和效率。

主存储器空间的分配和回收实验报告

主存储器空间的分配和回收 一、实验题目： （1）在可变分区管理方式下采用最先适应算法实现主存分配和实现主存回收 （2）在分页式管理方式下采用位示图来表示主存分配情况，实现主存空间的分配和回收 二、实验目的： 通过本实习帮助理解在不同的存储管理方式下应怎样实现主存空间的分配和回收。 三、实验原理： 第一题：在可变分区管理方式下采用最先适应算法实现主存分配和实现主存回收 (1)可变分区方式是按作业需要的主存空间大小来分割分区的。当要装入一个作 业时，根据作业需要的主存量查看是否有足够的空闲空间，若有，则按需要 量分割一个分区分配给该作业；若无，则作业不能装入。随着作业的装入、 撤离，主存空间被分成许多个分区，有的分区被作业占用，而有的分区是空 闲的。例如：

为了说明哪些区是空闲的，可以用来装入新作业，必须要有一张空闲区说明表，格式如下： （2）当有一个新作业要求装入主存时，必须查空闲区说明表，从中找出一个足够大的空闲区。有时找到的空闲区可能大于作业需要量，这时应把原来的空闲区变成两部分：一部分分给作业占用；另一部分又成为一个较小的空闲区。为了尽量减少由于分割造成的空闲区，而尽量保存高地址部分有较大的连续空闲区域，以利于大型作业的装入。为此，在空闲区说明表中，把每个空闲区按其地址顺序登记，即每个后继的空闲区其起始地址总是比前者大。为了方便查找还可使表格“紧缩”，总是让“空表目”栏集中在表格的后部。

（3）采用最先适应算法（顺序分配算法）分配主存空间。按照作业的需要量，查空闲区说明表，顺序查看登记栏，找到第一个能满足要求的空闲区。当空闲区大于需要量时，一部分用来装入作业，另一部分仍为空闲区登记在空闲区说明表中。最先适应分配算法如图： （4）当一个作业执行结束撤离时，作业所占的区域应该归还，归还的区域如果与其它空闲区相邻，则应合成一个较大的空闲区，登记在空闲区说明表中。例如，在提示(1)中列举的情况下，如果作业2撤离，归还所占主存区域时，应与上、下相邻的空闲区一起合成一个大的空闲区登记在空闲区说明表中。归还主存时的回收算法如图：