C++:模拟分页式虚拟存储管理中硬件的地址转换和缺页中断
时间: 2023-11-12 19:29:09 浏览: 75
好的,关于模拟分页式虚拟存储管理中硬件的地址转换和缺页中断,我可以给您一些简单的介绍和代码示例。
在分页式虚拟存储管理中,内存被分成固定大小的块,称为页(page),每个页都有一个唯一的页号(page number)。同时,程序也被分成固定大小的块,称为页框(page frame),每个页框都有一个唯一的物理地址。
当程序需要访问一个虚拟地址(virtual address)时,CPU会将虚拟地址分成两部分:页号和页内偏移量(page offset)。CPU会将页号与页表(page table)中的对应表项进行比对,以确定对应的页框号(page frame number)。然后,CPU会使用页框号和页内偏移量来计算物理地址(physical address)。这个过程就是地址转换(address translation)。
如果CPU在页表中找不到对应的表项,说明所需的页不在内存中,此时会发生缺页中断(page fault)。操作系统会将所需的页从虚拟内存中读入内存,并更新页表中的表项,然后重新执行之前的指令。
下面是一个简单的C++代码示例,用于模拟地址转换和缺页中断:
```
#include <iostream>
#include <unordered_map>
using namespace std;
const int PAGE_SIZE = 4096; // 页大小为4KB
const int PAGE_TABLE_SIZE = 1024; // 页表大小为1024项
const int PHYSICAL_MEMORY_SIZE = 1024 * 1024; // 物理内存大小为1MB
const int PAGE_FRAME_SIZE = PHYSICAL_MEMORY_SIZE / PAGE_SIZE; // 页框数为256个
unordered_map<int, int> page_table; // 页表
int physical_memory[PHYSICAL_MEMORY_SIZE]; // 物理内存
int main() {
int virtual_address;
cin >> virtual_address;
int page_number = virtual_address / PAGE_SIZE; // 计算页号
int page_offset = virtual_address % PAGE_SIZE; // 计算页内偏移量
if (page_table.find(page_number) == page_table.end()) {
// 如果页不在内存中,发生缺页中断
cout << "Page fault!" << endl;
// 从虚拟内存中读入所需的页
// ...
// 更新页表
page_table[page_number] = PHYSICAL_MEMORY_SIZE - PAGE_SIZE; // 分配一个未使用的页框
// 更新物理内存
// ...
}
int page_frame_number = page_table[page_number]; // 获取页框号
int physical_address = page_frame_number * PAGE_SIZE + page_offset; // 计算物理地址
cout << "Virtual address: " << virtual_address << endl;
cout << "Physical address: " << physical_address << endl;
return 0;
}
```
该代码示例中,我们使用一个unordered_map来模拟页表,使用一个数组来模拟物理内存。当发生缺页中断时,我们假设操作系统会从虚拟内存中读入所需的页,并将其存储在物理内存中。同时,我们假设操作系统会分配一个未使用的页框来存储所需的页,并更新页表中对应的表项。当CPU需要访问一个虚拟地址时,我们使用页号和页表来查找对应的页框号,然后使用页框号和页内偏移量来计算物理地址。