操作系统课程设计——存储管理与页面置换算法模拟

资源摘要信息:"该资源为操作系统课程设计的存储管理部分，涉及请求分页管理技术、页面置换算法以及相关数据结构的设计和实现。本课程设计目的在于通过模拟请求分页存储管理，使学生能够深入理解虚拟存储技术的原理与特点，并熟练掌握请求分页存储管理中常用到的页面置换算法。 存储管理是操作系统中至关重要的一个组成部分，它负责内存资源的分配和回收，确保系统和程序高效、有序地运行。存储管理的主要功能包括内存分配、内存保护、地址转换、内存共享和内存扩充等。其中，内存分配要解决如何高效地为进程分配内存，以及如何处理进程的动态内存需求等问题。本设计特别关注虚拟存储技术中的请求分页管理。 请求分页管理是一种虚拟存储管理技术，它允许将程序的逻辑地址空间映射到物理内存的任意位置，提高了内存的利用率。在请求分页管理中，当进程访问一个不在内存中的页面时，会发生页面故障（缺页中断），操作系统将把需要的页面从外存调入内存。如果内存已满，则必须选择一个页面进行置换。页面置换算法的选择对系统性能有重要影响。 页面置换算法是请求分页存储管理中解决内存容量不足问题的核心。本次设计要求实现三种基本的页面置换算法： 1. 先进先出算法（FIFO）：按照页面进入内存的顺序进行置换，最早进入的页面最先被置换。该算法实现简单，但在某些情况下会产生较低的命中率。 2. 最近最少使用算法（LRU）：置换最长时间未被访问的页面。该算法基于局部性原理，可以较好地反映程序的运行状态，但实现复杂度较高。 3. 最近最不经常使用算法（NUR/NRU/CLOCK）：结合了FIFO和LRU的优点，使用某种方式记录页面的访问情况，然后选择最不常用的页面进行置换。这种算法在某些系统中被实现为CLOCK算法，通过一个循环列表（时钟）记录页面的使用情况。 在本次设计中，使用Linux/UNIX系统提供的srand()和rand()函数来产生随机数，用于模拟产生指令序列并进一步变换为页地址流。这些地址流将用于模拟页面访问过程，并计算不同内存容量下的命中率。 此外，页面映射表（页表）是请求分页系统中的重要数据结构，它记录了进程逻辑地址到物理地址的映射信息，是实现地址转换的关键。每个进程都有一张独立的页表，页表中每一条记录（页表项）对应了进程的一个页面及其在内存中的物理块号。 通过本课程设计，学生不仅可以加深对操作系统存储管理特别是虚拟存储技术的理解，而且能够实际操作和分析不同页面置换算法的性能，为今后深入学习和研究操作系统打下坚实的基础。"