虛擬存儲器課程設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　(學(xué) 院)系: 信息工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè): 軟件工程 </p><p>　　姓 名: </p><p>　　班 級:

2、 </p><p>　　學(xué) 號: </p><p>　　指導(dǎo)教師: </p><p>　　2012年 1 月 15 日</p><p>　　實習(xí)一 虛擬存儲器</p><p><b>　　一、實習(xí)內(nèi)容</b&

3、gt;</p><p>　　模擬分頁式虛擬存儲管理中硬件的地址轉(zhuǎn)換和缺頁中斷，以及選擇頁面調(diào)度算法處理缺頁中斷。</p><p><b>　　二、實習(xí)目的</b></p><p>　　在計算機系統(tǒng)中，為了提高主存利用率，往往把輔助存儲器（如磁盤）作為主存儲器的擴充，使多道運行的作業(yè)的全部邏輯地址空間總和可以超出主存的絕對地址空間。用這種辦法擴充

4、的主存儲器稱為虛擬存儲器。通過本實習(xí)幫助同學(xué)理解在分頁式存儲管理中怎樣實現(xiàn)虛擬存儲器。</p><p><b>　　三、實習(xí)題目</b></p><p>　　本實習(xí)有三個題，其中第一題必做，第二、第三題中可任選一個。</p><p>　　第一題：模擬分頁式存儲管理中硬件的地址轉(zhuǎn)換和產(chǎn)生缺頁中斷。</p><p><

5、b>　　[提示]：</b></p><p>　　(1) 分頁式虛擬存儲系統(tǒng)是把作業(yè)信息的副本存放在磁盤上，當(dāng)作業(yè)被選中時，可把作業(yè)的開始幾頁先裝入主存且啟動執(zhí)行。為此，在為作業(yè)建立頁表時，應(yīng)說明哪些頁已在主存，哪些頁尚未裝入主存，頁表的格式為：</p><p>　　其中，標(biāo)志——用來表示對應(yīng)頁是否已經(jīng)裝入主存，標(biāo)志位=1，則表示該頁已經(jīng)在主存，標(biāo)志位=0，則表示該頁尚未裝

6、入主存。</p><p>　　主存塊號——用來表示已經(jīng)裝入主存的頁所占的塊號。</p><p>　　在磁盤上的位置——用來指出作業(yè)副本的每一頁被存放在磁盤上的位置。</p><p>　　(2) 作業(yè)執(zhí)行時，指令中的邏輯地址指出了參加運算的操作數(shù)存放的頁號和單元號，硬件的地址轉(zhuǎn)換機構(gòu)按頁號查頁表，若該頁對應(yīng)標(biāo)志為“1”，則表示該頁已在主存，這時根據(jù)關(guān)系式：</p

7、><p>　　絕對地址=塊號塊長+單元號</p><p>　　計算出欲訪問的主存單元地址。如果塊長為2的冪次，則可把塊號作為高地址部分，把單元號作為低地址部分，兩者拼接而成絕對地址。按計算出的絕對地址可以取到操作數(shù)，完成一條指令的執(zhí)行。若訪問的頁對應(yīng)標(biāo)志為“0”，則表示該頁不在主存，這時硬件發(fā)“缺頁中斷”信號，由操作系統(tǒng)按該頁在磁盤上的位置，把該頁信息從磁盤讀出裝入主存后再重新執(zhí)行這條指令。&

8、lt;/p><p>　　(3) 設(shè)計一個“地址轉(zhuǎn)換”程序來模擬硬件的地址轉(zhuǎn)換工作。當(dāng)訪問的頁在主存時，則形成絕對地址，但不去模擬指令的執(zhí)行，而用輸出轉(zhuǎn)換后的地址來代替一條指令的執(zhí)行。當(dāng)訪問的頁不在主存時，則輸出“*該頁頁號”，表示產(chǎn)生了一次缺頁中斷。該模擬程序的算法如圖1-1。</p><p>　　(4) 假定主存的每塊長度為128個字節(jié)；現(xiàn)有一個共七頁的作業(yè)，其中第0頁至第3頁已經(jīng)裝入主存，

9、其余三頁尚未裝入主存；該作業(yè)的頁表為：</p><p>　　圖1-1 地址轉(zhuǎn)換模擬算法</p><p>　　如果作業(yè)依次執(zhí)行的指令序列為：</p><p>　　運行設(shè)計的地址轉(zhuǎn)換程序，顯示或打印運行結(jié)果。因僅模擬地址轉(zhuǎn)換，并不模擬指令的執(zhí)行，故可不考慮上述指令序列中的操作。</p><p>　　第二題：用先進(jìn)先出（FIFO）頁面調(diào)度算法處理

10、缺頁中斷。</p><p><b>　　[提示]：</b></p><p>　　(1) 在分頁式虛擬存儲系統(tǒng)中，當(dāng)硬件發(fā)出“缺頁中斷”后，引出操作系統(tǒng)來處理這個中斷事件。如果主存中已經(jīng)沒有空閑塊，則可用FIFO頁面調(diào)度算法把該作業(yè)中最先進(jìn)入主存的一頁調(diào)出，存放到磁盤上。然后再把當(dāng)前要訪問的頁裝入該塊。調(diào)出和裝入后都要修改頁表中對應(yīng)頁的標(biāo)志。</p>&l

11、t;p>　　(2) FIFO頁面調(diào)度算法總是淘汰該作業(yè)中最先進(jìn)入主存的那一頁，因此可以用一個數(shù)組來表示該作業(yè)已在主存的頁面。假定作業(yè)被選中時，把開始的m個頁面裝入主存，則數(shù)組的元素可定為m個。例如：</p><p>　　P[0]，P[1]…，P[m-1]</p><p>　　其中每一個P[i] (I=0, 1, …, m-1) 表示一個在主存中的頁面號。它們的初值為：</p&g

12、t;<p>　　P[0]： =0, P[1]： =1, …, P[m-1]： =m-1</p><p>　　用一指針K指示當(dāng)要裝入新頁時，應(yīng)淘汰的頁在數(shù)組中的位置，K的初值為“0”。</p><p>　　當(dāng)產(chǎn)生缺頁中斷后，操作系統(tǒng)選擇P[k]所指出的頁面調(diào)出，然后執(zhí)行：</p><p>　　P[k]： =要裝入頁的頁號</p>&l

13、t;p>　　k： = (k+1) mod m</p><p>　　再由裝入程序把要訪問的一頁信息裝入到主存中。重新啟動剛才那條指令執(zhí)行。</p><p>　　(3) 編制一個FIFO頁面調(diào)度程序，為了提高系統(tǒng)效率，如果應(yīng)淘汰的頁在執(zhí)行中沒有修改過，則可不必把該頁調(diào)出（因在磁盤上已有副本）而直接裝入一個新頁將其覆蓋。因此在頁表中增加是否修改過的標(biāo)志，為“1”表示修改過，為“0”表示未修

14、改過，格式為：</p><p>　　由于是模擬調(diào)度算法，所以，不實際地啟動調(diào)出一頁和裝入一頁的程序，而用輸出調(diào)出的頁號和裝入的頁號來代替一次調(diào)出和裝入的過程。</p><p>　　把第一題中程序稍作改動，與本題結(jié)合起來，F(xiàn)IFO頁面調(diào)度模擬算法如圖1-2。</p><p>　　(4) 如果一個作業(yè)的副本已在磁盤上，在磁盤上的存放地址以及已裝入主存的頁和作業(yè)依次執(zhí)行的

15、指令序列都同第一題中（4）所示。于是增加了“修改標(biāo)志”后的初始頁表為：</p><p>　　按依次執(zhí)行的指令序列，運行你所設(shè)計的程序，顯示或打印每次調(diào)出和裝入的頁號，以及執(zhí)行了最后一條指令后的數(shù)組P的值。</p><p>　　(5) 為了檢查程序的正確性，可再任意確定一組指令序列，運行設(shè)計的程序，核對執(zhí)行的結(jié)果。</p><p>　　圖1-2 FIFO頁面調(diào)度模擬

16、算法</p><p>　　第三題：用最近最少用（LRU）頁面調(diào)度算法處理缺頁中斷。</p><p><b>　　[提示]：</b></p><p>　　(1) 在分頁式虛擬存儲系統(tǒng)中，當(dāng)硬件發(fā)出“缺頁中斷”后，引出操作系統(tǒng)來處理這個中斷事件。如果主存中已經(jīng)沒有空閑塊，則可用LRU頁面調(diào)度算法把該作業(yè)中距現(xiàn)在最久沒有被訪問過的一頁調(diào)出，存放到磁盤

17、上。然后再把當(dāng)前要訪問的頁裝入該塊。調(diào)出和裝入后都要修改頁表中對應(yīng)頁的標(biāo)志。</p><p>　　(2) LRU頁面調(diào)度算法總是淘汰該作業(yè)中距現(xiàn)在最久沒被訪問過的那頁，因此可以用一個數(shù)組來表示該作業(yè)已在主存的頁面。數(shù)組中的第一個元素總是指出當(dāng)前剛訪問的頁號，因此最久沒被訪問過的頁總是由最后一個元素指出。如果主存只有四塊空閑塊且執(zhí)行第一題中提示（4）假設(shè)的指令序列，采用LRU頁面調(diào)度算法，那么在主存中的頁面變化情況

18、如下：</p><p>　　當(dāng)產(chǎn)生缺頁中斷后，操作系統(tǒng)總是淘汰由最后一個元素所指示的頁，再把要訪問的頁裝入淘汰頁所占的主存塊中，頁號登記到數(shù)組的第一個元素中，重新啟動剛才那條指令執(zhí)行。</p><p>　　(3) 編制一個LRU頁面調(diào)度程序，為了提高系統(tǒng)效率，如果淘汰的頁在執(zhí)行中沒有修改過，則可不必把該頁調(diào)出。參看第二題中提示（3）。模擬調(diào)度算法不實際地啟動調(diào)出一頁和裝入一頁的程序而用輸出

19、調(diào)出的頁號和裝入的頁號來代替。把第一題中程序稍作改動，與本題結(jié)合起來，LRU頁面調(diào)度模擬算法如圖1-3。</p><p>　　圖1-3 LRU頁面調(diào)度模擬算法</p><p>　　(4) 按第一題中提示（4）的要求，建立一張初始頁表，頁表中為每一頁增加“修改標(biāo)志”位（參考第二題中提示（4））。然后按依次執(zhí)行的指令序列，運行設(shè)計的程序，顯示或打印每次調(diào)出和裝入的頁號，以及執(zhí)行了最后一條指令

20、后數(shù)組中的值。</p><p>　　(5) 為了檢查程序的正確性，可再任意確定一組指令序列，運行設(shè)計的程序，核對執(zhí)行的結(jié)果。</p><p><b>　　四、實習(xí)報告</b></p><p>　　(1) 實習(xí)題目（第二題或第三題）。</p><p>　　(2) 程序中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及符號說明。</p>&l

21、t;p>　　(3) 打印一份源程序并附上注釋。</p><p>　　(4) 打印初始頁表、每次調(diào)出（要調(diào)出一頁時）和裝入的頁號、執(zhí)行最后一條指令后在主存中的頁面號（即數(shù)組的值）。</p><p><b>　　五、思考題</b></p><p>　　如果您有興趣的話，可把兩種頁面調(diào)度算法都做一下，比較兩種調(diào)度算法的效率（哪種調(diào)度算法使產(chǎn)生缺