虚拟存储器原理与实现：页式系统解析

"操作系统原理实验.pdf" 本实验报告主要围绕操作系统中的虚拟存储器展开，旨在让学生理解和掌握虚拟存储器的基本原理和实现方式，以及几种页面置换算法。虚拟存储器是计算机系统中解决内存不足问题的关键技术，它通过将部分硬盘空间模拟为内存，使程序得以在物理内存有限的情况下正常运行。 实验内容主要涉及设计和模拟不同页面调度算法，以计算缺页率。缺页率是衡量虚拟存储器性能的重要指标，它反映了在执行过程中因页面不在内存而引发的I/O操作频率。 虚拟存储器的工作机制是基于请求调入和置换功能，通过地址映射技术，使得程序可以认为拥有比实际更大的内存空间。它的容量由计算机的地址结构和可用磁盘空间决定，而非物理内存的大小。 在页式虚拟存储系统中，程序被划分为固定大小的页，同时虚拟存储器也被划分为相同大小的页。程序的虚拟地址由虚页号和页内地址组成，通过页表进行地址转换。页表存储在主存中，包含每个虚页对应的实页信息，如虚页号、装入位和实页号。页表基址寄存器用于保存当前程序页表的起始地址，通过虚页号与页表基址结合找到页表中的相应条目。如果装入位为1，表示页面已加载到主存，可以直接形成实际地址；反之，如果装入位为0，需要通过I/O系统将页面从磁盘调入内存。 实验中可能涉及的页面置换算法包括最佳置换算法（OPT）、LRU（最近最久未使用）算法、FIFO（先进先出）算法等。这些算法各有优缺点，例如，最佳置换算法理论上最优但难以实现，LRU算法较为实用但硬件支持复杂，FIFO算法简单但可能导致Belady's异常。 通过本实验，学生不仅能理解虚拟存储器的概念，还能亲手实践并分析不同调度策略对系统性能的影响，这对于深入理解操作系统内存管理和提高问题解决能力至关重要。此外，实验报告的撰写有助于培养学生的逻辑思维和表达能力，使其能够清晰地阐述和解释复杂的计算机科学概念。