分页式虚拟存储管理模拟与FIFO页面调度

"分页式存储管理与虚拟存储器" 在计算机系统中，存储管理扮演着至关重要的角色，尤其是在多道程序设计环境中，有效利用有限的主存资源至关重要。分页式存储管理是一种常见的内存分配策略，它将进程的地址空间划分为固定大小的页，同时主存也被划分为相同大小的块。这种划分方式有助于提高存储器的利用率和便于内存的管理和调度。 分页式虚拟存储系统是将进程的部分或全部信息存储在磁盘上，形成进程的副本，只将必要的部分加载到主存中。当一个进程被选中执行时，其开始的几页会被装入主存，然后开始执行。页表在这个过程中起到关键作用，它不仅记录了每个逻辑页在主存中的位置，还标记了哪些页已存在于主存，哪些页尚未装入。如果页表中的某个页标志为"1"，表示该页在主存中，可以通过地址转换机构计算出对应的物理地址。相反，如果标志为"0"，则意味着该页不在主存，触发缺页中断，由操作系统负责将该页从磁盘读入主存。 缺页中断是分页式虚拟存储系统中的一个重要概念。当处理器尝试访问一个不在主存中的页时，硬件会检测到这一情况并发出缺页中断信号。操作系统接收到这个信号后，会根据页表找到该页在磁盘上的位置，并将其读入主存。然后，中断处理程序会重新执行导致缺页的指令。在模拟地址转换程序中，如果页在主存，就形成绝对地址；如果不在，就输出“*该页页号”表示缺页中断的发生。 FIFO（先进先出）页面调度算法是处理缺页中断的一种策略。当主存无空闲块时，FIFO算法会选择最早进入主存的页进行替换。通过一个数组记录在主存中的页面，数组的大小等于最初装入主存的页面数。在模拟FIFO算法时，如果待替换的页未被修改，可以避免将其写回磁盘，直接用新页覆盖。这样可以提高系统效率，因为磁盘上的副本已经是最新的。 在实际操作中，FIFO算法可能会导致Belady's异常，即增加分配给进程的页数反而导致更高的缺页率。不过，这里我们仅关注模拟过程，不会涉及实际的页面调入调出操作，而是通过输出调出页来表示页面调度的结果。 分页式存储管理和虚拟存储器的运用旨在优化内存资源的使用，通过地址转换和缺页中断机制，以及页面调度算法如FIFO，确保进程的高效执行。这些概念和技术是现代操作系统的核心组成部分，对于理解和设计高性能的计算机系统至关重要。