用Java语言模拟实现虚拟存储器的地址变换过程并且执行

虚拟存储器是计算机系统中的一种存储技术，它将主存与辅存结合起来，使得程序能够访问比主存更大的内存空间。在虚拟存储器中，每个进程都有一个独立的虚拟地址空间，这个虚拟地址空间被映射到物理地址空间上。虚拟地址空间和物理地址空间之间的映射是通过地址转换过程来实现的。在这个过程中，需要使用页表来将虚拟地址转换成物理地址。

以下是一个用Java语言模拟实现虚拟存储器的地址变换过程并且执行的示例代码：

public class VirtualMemory {
    private int pageSize; // 页大小
    private int pageTableSize; // 页表大小
    private int memorySize; // 内存大小
    private int[] memory; // 内存
    private int[] pageTable; // 页表

    public VirtualMemory(int pageSize, int pageTableSize, int memorySize) {
        this.pageSize = pageSize;
        this.pageTableSize = pageTableSize;
        this.memorySize = memorySize;
        memory = new int[memorySize];
        pageTable = new int[pageTableSize];
    }

    public void read(int address) {
        int pageNum = address / pageSize; // 获取页号
        int offset = address % pageSize; // 获取页内偏移量
        if (pageNum >= pageTableSize) {
            System.out.println("错误：访问越界");
            return;
        }
        int frameNum = pageTable[pageNum]; // 获取页表项中的帧号
        if (frameNum == -1) {
            System.out.println("错误：页面不存在");
            return;
        }
        int physicalAddress = frameNum * pageSize + offset; // 计算物理地址
        int value = memory[physicalAddress]; // 从内存中读取数据
        System.out.println("虚拟地址：" + address + "，物理地址：" + physicalAddress + "，值：" + value);
    }

    public void write(int address, int value) {
        int pageNum = address / pageSize; // 获取页号
        int offset = address % pageSize; // 获取页内偏移量
        if (pageNum >= pageTableSize) {
            System.out.println("错误：访问越界");
            return;
        }
        int frameNum = pageTable[pageNum]; // 获取页表项中的帧号
        if (frameNum == -1) {
            // 如果页面不存在，则需要分配一个新的帧
            frameNum = allocateFrame();
            if (frameNum == -1) {
                System.out.println("错误：内存已满");
                return;
            }
            pageTable[pageNum] = frameNum; // 将帧号写入页表项
        }
        int physicalAddress = frameNum * pageSize + offset; // 计算物理地址
        memory[physicalAddress] = value; // 将数据写入内存
        System.out.println("虚拟地址：" + address + "，物理地址：" + physicalAddress + "，值：" + value);
    }

    private int allocateFrame() {
        for (int i = 0; i < memorySize / pageSize; i++) {
            boolean used = false;
            for (int j = 0; j < pageTableSize; j++) {
                if (pageTable[j] == i) {
                    used = true;
                    break;
                }
            }
            if (!used) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    public static void main(String[] args) {
        VirtualMemory vm = new VirtualMemory(4096, 1024, 4194304); // 创建一个页大小为4KB，页表大小为1024项，内存大小为4GB的虚拟存储器
        vm.write(0x1000, 0x1234); // 将值0x1234写入虚拟地址0x1000对应的物理地址
        vm.read(0x1000); // 从虚拟地址0x1000对应的物理地址读取数据
    }
}

在上面的代码中，我们使用了一个 `VirtualMemory` 类来模拟虚拟存储器。在类的构造函数中，我们需要指定页大小、页表大小和内存大小。在 `read` 方法中，我们需要将虚拟地址转换成物理地址，并从内存中读取数据。在 `write` 方法中，我们需要将虚拟地址转换成物理地址，并将数据写入内存。在 `allocateFrame` 方法中，我们需要找到一个未使用的帧来分配给新的页面。

在 `main` 方法中，我们创建了一个页大小为4KB，页表大小为1024项，内存大小为4GB的虚拟存储器，并在虚拟地址0x1000对应的物理地址中写入了值0x1234，并从虚拟地址0x1000对应的物理地址读取了数据。运行程序后，输出如下：

虚拟地址：4096，物理地址：0，值：4660
虚拟地址：4096，物理地址：0，值：4660

其中，第一行输出的是写入数据时打印的信息，第二行输出的是读取数据时打印的信息。可以看到，虚拟地址0x1000被映射到了物理地址0，写入的值为0x1234，读取的值也为0x1234。