编写程序完成页式虚拟存储管理中地址转换过程和模拟缺页中断的处理。实验具体包括:首先对给定的地址进行地址转换工作,若发生缺页则先进行缺页中断处理,然后再进行地址转换;最后编写主函数对所作工作进程测试。 假定主存64KB,每个主存块1024字节,作业最大支持到64KB,系统中每个作业分得主存块4块。
时间: 2024-03-24 22:41:35 浏览: 122
好的,这是一个比较复杂的问题,需要涉及到页式虚拟存储管理中的地址转换和缺页中断处理。我会尽力解答,但是由于回答的篇幅较长,建议您先了解一下页式虚拟存储管理的基本概念。
首先,我们需要了解页式虚拟存储管理的地址转换过程。在页式虚拟存储管理中,主存被分成大小相等的块,称为页框。每个页框都有一个唯一的标识符,称为页框号。作业被分成大小相等的块,称为页。每个页都有一个唯一的标识符,称为页号。作业中的每个页都被映射到主存中的一个页框中,这样就可以实现虚拟存储管理。
页式虚拟存储管理的地址转换过程可以分为两个步骤。首先,将虚拟地址分成两个部分:页号和页内偏移量。然后,使用页表将页号转换成页框号,然后将页内偏移量添加到页框号的起始地址中,得到物理地址。
接下来是模拟缺页中断的处理。当程序访问一个不在主存中的页时,就会发生缺页中断。此时,操作系统需要将这个页从磁盘中读入主存,并且更新页表,将页号映射到新的页框中。
根据题目的要求,我们可以编写一个程序,模拟页式虚拟存储管理中的地址转换过程和缺页中断的处理。下面是一个简单的 C++ 代码实现:
```cpp
#include <iostream>
#include <cmath>
#include <vector>
#include <unordered_map>
using namespace std;
const int PAGE_SIZE = 1024; // 每页大小
const int PAGE_NUM = 64; // 总页数
const int FRAME_SIZE = 1024; // 每帧大小
const int FRAME_NUM = 16; // 总帧数
const int JOB_SIZE = 65536; // 作业大小
const int JOB_PAGES = ceil((double)JOB_SIZE / PAGE_SIZE); // 作业页数
vector<int> memory(FRAME_NUM, -1); // 主存
unordered_map<int, int> page_table; // 页表
// 转换虚拟地址为物理地址
int translate_address(int address) {
int page_num = address / PAGE_SIZE; // 页号
int offset = address % PAGE_SIZE; // 页内偏移量
if (page_table.find(page_num) == page_table.end()) {
// 缺页中断处理
cout << "Page fault at address " << address << endl;
int victim_frame = -1;
for (int i = 0; i < FRAME_NUM; i++) {
if (memory[i] == -1) { // 找到空闲帧
victim_frame = i;
break;
}
}
if (victim_frame == -1) { // 找不到空闲帧,进行页面置换
cout << "Page replacement needed." << endl;
victim_frame = rand() % FRAME_NUM; // 随机选择牺牲帧
int victim_page = memory[victim_frame];
cout << "Replace page " << victim_page << " in frame " << victim_frame << endl;
page_table.erase(victim_page); // 从页表中删除
}
// 从磁盘中读入页
cout << "Load page " << page_num << " into frame " << victim_frame << endl;
memory[victim_frame] = page_num; // 将页放入主存
page_table[page_num] = victim_frame; // 更新页表
}
int frame_num = page_table[page_num]; // 页框号
return frame_num * FRAME_SIZE + offset; // 物理地址
}
int main() {
srand(time(nullptr)); // 随机数种子
// 生成随机虚拟地址
for (int i = 0; i < 100; i++) {
int address = rand() % JOB_SIZE;
int physical_address = translate_address(address);
cout << "Virtual address " << address << " -> Physical address " << physical_address << endl;
}
return 0;
}
```
这个程序首先定义了一些常量,包括每页大小、总页数、每帧大小、总帧数、作业大小和作业页数。然后定义了一个长度为 FRAME_NUM 的 vector,表示主存中的每个帧是否被占用,初始值都为 -1,表示空闲。还定义了一个 unordered_map,表示页表,用于将页号映射到页框号。
在 translate_address 函数中,首先将虚拟地址分成页号和页内偏移量。然后判断页表中是否存在该页号的映射。如果存在,直接返回物理地址。如果不存在,说明发生了缺页中断,需要将该页从磁盘中读入主存,并且更新页表。如果主存中有空闲帧,直接将该页放入空闲帧中。如果没有空闲帧,需要进行页面置换。这里我们采用了随机页面置换算法,随机选择一个帧进行置换。
在主函数中,我们模拟了访问 100 个随机虚拟地址。对于每个虚拟地址,调用 translate_address 函数将其转换为物理地址,并输出结果。
当程序运行时,会输出每个虚拟地址对应的物理地址。如果发生了缺页中断,会输出相应的信息,包括缺页中断地址、牺牲帧号、读入的页号和放入的帧号。如果需要进行页面置换,还会输出相应的信息,包括被置换的页号和帧号。
总的来说,这个程序实现了页式虚拟存储管理中的地址转换和缺页中断处理,可以用于模拟虚拟存储管理的工作过程。
阅读全文