處理缺頁中斷

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1、實驗四處理缺頁中斷1．實驗?zāi)康纳钊肓私忭撌酱鎯芾砣绾螌崿F(xiàn)地址轉(zhuǎn)換；進一步認(rèn)識頁式虛擬存儲管理中如何處理缺頁中斷。2．實驗預(yù)備知識頁式存儲管理中的地址轉(zhuǎn)換的方法；頁式虛擬存儲的缺頁中斷處理方法。3．實驗內(nèi)容編寫程序完成頁式虛擬存儲管理中地址轉(zhuǎn)換過程和模擬缺頁中斷的處理。實驗具體包括：首先對給定的地址進行地址轉(zhuǎn)換工作，若發(fā)生缺頁則先進行缺頁中斷處理，然后再進行地址轉(zhuǎn)換；最后編寫主函數(shù)對所作工作進程測試。假定主存64KB，每個主存塊1024字節(jié)，作業(yè)最大支持到64KB，系統(tǒng)中每個作業(yè)分得主存塊4塊。4

2、．提示與講解頁式存儲管理中地址轉(zhuǎn)換過程很簡單，假定主存塊的大小為2n字節(jié)，主存大小為2m'字節(jié)和邏輯地址m位，則進行地址轉(zhuǎn)換時，首先從邏輯地址中的高m-n位中取得頁號，然后根據(jù)頁號查頁表，得到塊號，并將塊號放入物理地址的高m'-n位，最后從邏輯地址中取得低n位放入物理地址的低n位就得到了物理地址，過程如圖1所示。頁號頁內(nèi)地址塊號塊內(nèi)地址頁號…塊號…　　…　　…物理地址邏輯地址m'nn-10mnn-10圖1頁式存儲管理系統(tǒng)地址轉(zhuǎn)換示意圖地址轉(zhuǎn)換是由硬件完成的，實驗中使用軟件程序模擬地址轉(zhuǎn)換過程，模擬

3、地址轉(zhuǎn)換的流程圖如圖2所示（實驗中假定主存64KB，每個主存塊1024字節(jié)，即n=10,m'=16，物理地址中塊號6位、塊內(nèi)地址10位；作業(yè)最大64KB，即m=16，邏輯地址中頁號6位、頁內(nèi)地址10位）。在頁式虛擬存儲管理方式中，作業(yè)信息作為副本放在磁盤上，作業(yè)執(zhí)行時僅把作業(yè)信息的部分頁面裝入主存儲器，作業(yè)執(zhí)行時若訪問的頁面在主存中，則按上述方式進行地址轉(zhuǎn)換，若訪問的頁面不在主存中，則產(chǎn)生一個“缺頁中斷”，由操作系統(tǒng)把當(dāng)前所需的頁面裝入主存儲器后，再次執(zhí)行時才可以按上述方法進行地址轉(zhuǎn)換。頁式虛擬存

4、儲管理方式中頁表除頁號和該頁對應(yīng)的主存塊號外，至少還要包括存在標(biāo)志（該頁是否在主存），磁盤位置（該頁的副本在磁盤上的位置）和修改標(biāo)志（該頁是否修改過）。這樣，在實驗中頁表格式如圖2所示。頁表用數(shù)組模擬，在實驗中頁表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義為(同學(xué)們可自行定義其它功能等價的結(jié)構(gòu))：definen32/*實驗中假定的頁表長度，頁表的長度實際上是由系統(tǒng)按照作業(yè)長度決定的*/struct{intlnumber;/*頁號*/intflag;/*表示該頁是否在主存，“1”表示在主存，“0”表示不在主存*/intpnumb

5、er;/*該頁所在主存塊的塊號*/intwrite;/*該頁是否被修改過，“1”表示修改過，“0”表示沒有修改過*/intdnumber;/*該頁存放在磁盤上的位置，即磁盤塊號*/}page[n];/*頁表定義*/圖2模擬地址轉(zhuǎn)換的流程圖缺頁處理過程簡單闡述如下：①根據(jù)當(dāng)前執(zhí)行指令中邏輯地址中的頁號查頁表，判斷該頁是否在主存儲器中，若該頁標(biāo)志為“0”，形成缺頁中斷。中斷裝置通過交換PSW讓操作系統(tǒng)的中斷處理程序占用處理器；②操作系統(tǒng)處理缺頁中斷的方法就是查主存分配表，找一個空閑主存塊；若無空閑塊，

6、查頁表，選擇一個已在主存的頁面，把它暫時調(diào)出主存。若在執(zhí)行過程中該頁被修改過，則需將該頁信息寫回磁盤，否則不必寫回；③找出該頁的磁盤位置，啟動磁盤讀出該頁信息，把磁盤上讀出的信息裝入第2步找到的主存塊，修改頁表中該頁的標(biāo)志為“1”；④由于產(chǎn)生缺頁中斷的那條指令沒有執(zhí)行完，所以頁面裝入后應(yīng)重新執(zhí)行被中斷的指令。當(dāng)重新執(zhí)行該指令時，由于要訪問的頁面已在主存中，所以可正常執(zhí)行。關(guān)于第②步的查找裝入新頁面的主存塊的處理方式，不同系統(tǒng)采用的策略可能有所不同，這里采用局部置換算法，就是每個作業(yè)分得一定的主存塊

7、，只能在分得的主存塊內(nèi)查找空閑塊，若無空閑主存塊，則從該作業(yè)中選擇一個頁面淘汰出主存。實驗中使用局部置換算法。使用局部置換算法時，存在這樣一個問題：就是在分配給作業(yè)主存空間時，裝入哪些頁？有的系統(tǒng)采取不裝入任何一頁，當(dāng)執(zhí)行過程中需要時才將其調(diào)入。有的系統(tǒng)采用頁面預(yù)置的方法，就是估計可能某些頁面會先用到，在分配主存塊后將這些頁面裝入。實驗中，采用第二種方法，分配主存空間時將前幾頁調(diào)入主存，假定系統(tǒng)中每個作業(yè)分得主存塊m（m=4）塊，則將第0~m-1頁裝入主存。因為是模擬硬件工作，所以實驗中如果訪問的

8、頁不在主存時，則輸出該頁頁號，表示硬件產(chǎn)生缺頁中斷，然后直接轉(zhuǎn)去缺頁中斷處理；由于采用頁面預(yù)置方法，在給定的主存塊中一定無空閑塊，只能淘汰已在主存的一頁；沒有啟動磁盤的工作，淘汰的頁需要寫回磁盤時，用輸出頁號表示，調(diào)入新的一頁時，將該頁在頁表中的存在標(biāo)志置為“1”，輸出頁號表示將該頁調(diào)入主存。圖3采用先進先出頁面置換算法的缺頁中斷流程圖主存中無空閑塊時，為裝入一個頁面，必須按某種算法從已在主存的頁中選擇一頁，將它暫時調(diào)出主存，讓出主存空間，用來存放需裝入的頁面，這個工作稱為“頁面調(diào)