27-請(qǐng)求頁式管理缺頁中斷模擬設(shè)計(jì)--fifo、opt

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1、武漢理工大學(xué)《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程》課程設(shè)計(jì)報(bào)告書課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：周歡專業(yè)班級(jí)：計(jì)算機(jī)0903班指導(dǎo)教師：杜薇工作單位：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院題目:請(qǐng)求頁式管理缺頁中斷模擬設(shè)計(jì)--FIFO、OPT初始條件：1．預(yù)備內(nèi)容：閱讀操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理章節(jié)內(nèi)容，了解有關(guān)虛擬存儲(chǔ)器、頁式存儲(chǔ)管理等概念，并體會(huì)和了解缺頁和頁面置換的具體實(shí)施方法。2．實(shí)踐準(zhǔn)備：掌握一種計(jì)算機(jī)高級(jí)語言的使用。要求完成的主要任務(wù):（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1．實(shí)現(xiàn)指定淘汰算法。能夠處理以下的情形：⑴能夠輸入給作業(yè)分配的內(nèi)存塊數(shù)；⑵能夠

2、輸入給定的頁面，并計(jì)算發(fā)生缺頁的次數(shù)以及缺頁率；⑶缺頁時(shí)，如果發(fā)生頁面置換，輸出淘汰的頁號(hào)。2．設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容應(yīng)說明：⑴課程設(shè)計(jì)目的與功能；⑵需求分析，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或模塊說明(功能與框圖)；⑶源程序的主要部分；⑷測試用例，運(yùn)行結(jié)果與運(yùn)行情況分析；⑸自我評(píng)價(jià)與總結(jié)：i）你認(rèn)為你完成的設(shè)計(jì)哪些地方做得比較好或比較出色；ii）什么地方做得不太好，以后如何改正；iii）從本設(shè)計(jì)得到的收獲（在編寫，調(diào)試，執(zhí)行過程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)）；iv）完成本題是否有其他的其他方法（如果有，簡要說明該方法）；v）對(duì)實(shí)驗(yàn)題的評(píng)價(jià)和改進(jìn)意見，請(qǐng)你推薦設(shè)計(jì)題目。時(shí)間安排：設(shè)計(jì)

3、安排一周：周1、周2：完成程序分析及設(shè)計(jì)。周2、周3：完成程序調(diào)試及測試。周4、周5：驗(yàn)收，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。（注意事項(xiàng)：嚴(yán)禁抄襲，一旦發(fā)現(xiàn)，抄與被抄的一律按0分記）指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日13武漢理工大學(xué)《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程》課程設(shè)計(jì)報(bào)告書請(qǐng)求頁式管理缺頁中斷模擬設(shè)計(jì)——FIFO、OPT1課程設(shè)計(jì)目的與功能1.1設(shè)計(jì)目的結(jié)合《操作系統(tǒng)》所學(xué)內(nèi)存頁式管理章節(jié)，掌握虛擬內(nèi)存設(shè)計(jì)的重要性，熟悉和掌握請(qǐng)求分頁式存儲(chǔ)管理的實(shí)現(xiàn)原理，通過分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)頁式虛擬存儲(chǔ)管理缺頁中斷的模擬系統(tǒng)，重點(diǎn)掌握當(dāng)請(qǐng)求頁面不在內(nèi)存而內(nèi)

4、存塊已經(jīng)全部被占用時(shí)的替換算法（主要通過FIFO和OPT實(shí)現(xiàn)），并考察替換算法的評(píng)價(jià)指標(biāo)——缺頁次數(shù)和缺頁率，得到淘汰的頁面次序。高級(jí)語言設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)出的結(jié)果程序要能夠很好地顯示頁面調(diào)入和替換詳細(xì)信息。1.2初始條件及可發(fā)環(huán)境1.2.1初始條件1．預(yù)備內(nèi)容：閱讀操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理章節(jié)內(nèi)容，了解有關(guān)虛擬存儲(chǔ)器、頁式存儲(chǔ)管理等概念，并體會(huì)和了解缺頁和頁面置換的具體實(shí)施方法。2．實(shí)踐準(zhǔn)備：掌握一種計(jì)算機(jī)高級(jí)語言的使用。1.2.2開發(fā)環(huán)境（1）使用系統(tǒng)：WindowsXP（2）使用語言：C++（3）開發(fā)工具：VisualC++6.01.3功能實(shí)現(xiàn)

5、設(shè)計(jì)的結(jié)果程序能實(shí)現(xiàn)FIFO、OPT算法模擬頁式存儲(chǔ)管理缺頁中斷，主要能夠處理以下的情形：(1)用戶能夠輸入給定分配的內(nèi)存塊數(shù)；(2)用戶輸入給定的頁面，并計(jì)算發(fā)生缺頁的次數(shù)、缺頁率及淘汰頁面次序；13武漢理工大學(xué)《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程》課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(3)程序可隨機(jī)生成頁面序列，或用戶輸入；2需求分析及設(shè)計(jì)說明2.1需求分析由于純頁式存儲(chǔ)管理提高了內(nèi)存的利用效率，但并不為用戶提供虛存，并且會(huì)產(chǎn)生磁盤碎片問題。用戶程序?qū)⑹艿轿锢韮?nèi)存大小的限制。而虛存的存儲(chǔ)管理技術(shù)——請(qǐng)求分頁存儲(chǔ)管理技術(shù)和請(qǐng)求分段技術(shù)，則很好的解決了這個(gè)問題。該設(shè)計(jì)虛擬實(shí)

6、現(xiàn)請(qǐng)求分頁管理（只實(shí)現(xiàn)FIFO和OPT）。請(qǐng)求分頁系統(tǒng)是在分頁系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了請(qǐng)求調(diào)頁功能和頁面置換功能所形成的頁式虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)。它允許只裝入部分頁面的程序和數(shù)據(jù)，便啟動(dòng)運(yùn)行。以后，再通過調(diào)頁功能和頁面置換功能，陸續(xù)把即將要運(yùn)行的頁面調(diào)入內(nèi)存，同時(shí)把暫時(shí)不運(yùn)行的頁面換出到外存上，置換時(shí)以頁面為單位。實(shí)現(xiàn)將程序正在運(yùn)行時(shí)所需的但尚未在內(nèi)存的頁面調(diào)入內(nèi)存，再將內(nèi)存中暫時(shí)不用的頁面從內(nèi)存置換到外存磁盤上。為了實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求分頁技術(shù)，頁表應(yīng)增加相應(yīng)的內(nèi)容，反映該頁是否在內(nèi)存，在外存的位置，和在內(nèi)存的時(shí)間的長短。請(qǐng)求分頁中的頁表如表1：表1虛擬頁號(hào)

7、物理塊號(hào)狀態(tài)位輔存地址訪問字段修改位各字段說明如下：狀態(tài)位：指示該頁是否已調(diào)入內(nèi)存。訪問字段：記錄本頁在被訪問的次數(shù)，或記錄最近已有多長時(shí)間未被訪問。修改位：表示該頁面在調(diào)入內(nèi)存后是否被修改過。若未被修改，在替換該頁時(shí)就不需要再將該頁寫回到外存上，以減少系統(tǒng)的開銷和啟動(dòng)磁盤的次數(shù)；若已被修改，則必須將該頁重寫到外存上，以保證外存中所保留的始終是最新副本。外存地址：指出該頁在外存上的地址，通常是物理塊號(hào)。在本設(shè)計(jì)中模擬FIFO、OPT系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，只需要用到虛擬頁號(hào)，物理塊號(hào)和中斷位。頁表可用一個(gè)結(jié)構(gòu)體的數(shù)組實(shí)現(xiàn)。請(qǐng)求分頁的具體實(shí)現(xiàn)過程如

8、圖113武漢理工大學(xué)《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程》課程設(shè)計(jì)報(bào)告書圖1請(qǐng)求分頁流程圖2.2設(shè)計(jì)說明2.2.1算法分析在進(jìn)程運(yùn)行過程中，若其所要訪問的頁面不在內(nèi)存，需要把它們調(diào)入內(nèi)存，但已無空閑已空閑空間時(shí)，為了保證該