页式虚拟存储：地址转换与缺页中断详解

页式虚拟存储管理是现代操作系统中常用的一种内存管理技术，它通过逻辑地址到物理地址的转换，使得程序能够超越实际内存容量的限制，从而提高内存利用率。在本实验中，主要关注两个核心环节：地址转换和缺页中断处理。 首先，地址转换是页式虚拟存储管理的关键步骤。在这个过程中，操作系统将用户程序中的逻辑地址分解成页号和页内偏移量。每个进程被划分为若干个等大小的页，逻辑地址通过查找页表，将页号映射到相应的物理地址。如果逻辑地址不在当前内存中，即发生缺页，这个阶段并不立即终止，而是进入中断处理流程。 缺页中断是虚拟内存管理中的常见现象，当处理器尝试访问一个不在主存中的页时，就会引发中断。实验要求设计并实现一个程序，模拟这种过程。当发生缺页时，首先，程序会检查当前执行指令的逻辑页是否在主存储器中。若不在，就会设置一个中断信号，操作系统的中断处理程序接管控制权。接着，操作系统会检查内存分配表，寻找一个空闲的内存块，如果没有可用空间，会选择一个已经驻留在内存但未使用的页面进行替换，如果页面已被修改，可能需要将其写回到外存。 在找到空闲或替换页面后，操作系统会从磁盘读取页面内容并将其加载到新分配或替换的内存块中，更新页表以标记该页为已加载。然后，由于中断导致的指令执行被打断，需要恢复执行，此时由于目标页面已经在内存中，程序可以继续运行。 实验环境选择了Windows XP操作系统和Visual Studio 2005作为开发工具，这表明学生可能需要熟悉这些环境下的编程接口来实现上述功能。实验结果部分展示了用于跟踪页状态的数据结构，包括页的编号、是否在内存中、是否被写入磁盘以及磁盘位置等信息。 总结来说，本实验通过实践让学生深入理解页式虚拟存储管理的内部机制，包括地址转换原理和缺页中断处理流程，有助于增强他们对操作系统内存管理理论和实际操作的理解。通过编写和测试程序，学生可以锻炼编程能力和问题解决能力，同时也体验到虚拟内存管理在现代计算机系统中的重要性。