OS实验指导四——虚拟存储器管理
实习五 虚拟存储器实验报告
实习五虚拟存储器实验报告一、实验目的本次虚拟存储器实验旨在深入理解计算机系统中虚拟存储器的工作原理和机制，通过实际操作和观察，掌握虚拟存储器的相关概念和技术，包括页式存储管理、地址转换、页面置换算法等。
同时，培养我们的实践能力和问题解决能力，为今后学习和工作中涉及到的计算机系统相关知识打下坚实的基础。
二、实验环境本次实验使用的操作系统为 Windows 10，开发工具为 Visual Studio 2019，编程语言为 C+＋。
三、实验原理1、虚拟存储器的概念虚拟存储器是一种利用硬盘等辅助存储器来扩充主存容量的技术。
它将程序和数据按照一定的页面大小划分，并在需要时将页面从硬盘调入主存，从而实现了使用有限的主存空间运行较大规模的程序。
2、页式存储管理页式存储管理将主存和辅存空间都划分为固定大小的页面。
程序的地址空间被分成若干页，主存也被分成相同大小的页框。
通过页表来记录页面和页框的对应关系，实现地址转换。
3、地址转换当 CPU 执行指令时，给出的是逻辑地址。
通过页表将逻辑地址转换为物理地址，才能在主存中访问相应的数据。
4、页面置换算法当主存空间不足时，需要选择一个页面换出到硬盘，以腾出空间调入新的页面。
常见的页面置换算法有先进先出（FIFO）算法、最近最少使用（LRU）算法等。
四、实验内容与步骤1、设计并实现一个简单的页式存储管理系统定义页面大小和主存、辅存的容量。
实现页表的数据结构，用于记录页面和页框的对应关系。
编写地址转换函数，将逻辑地址转换为物理地址。
2、实现页面置换算法分别实现 FIFO 和 LRU 页面置换算法。
在页面调入和调出时，根据相应的算法选择置换的页面。
3、测试和分析实验结果生成一系列的访问序列，模拟程序的运行。
统计不同页面置换算法下的缺页次数和命中率。
分析实验结果，比较不同算法的性能。
五、实验过程与结果1、页式存储管理系统的实现我们将页面大小设置为 4KB，主存容量为 16MB，辅存容量为 1GB。
虚拟存储器管理实验报告
淮海工学院计算机科学系实验报告书课程名：《操作系统》题目：虚拟存储器管理页面置换算法模拟实验班级：学号：姓名：一、实验目的与要求1.目的：请求页式虚存管理是常用的虚拟存储管理方案之一。
通过请求页式虚存管理中对页面置换算法的模拟，有助于理解虚拟存储技术的特点，并加深对请求页式虚存管理的页面调度算法的理解。
2.要求：本实验要求使用C语言编程模拟一个拥有若干个虚页的进程在给定的若干个实页中运行、并在缺页中断发生时分别使用FIFO和LRU算法进行页面置换的情形。
其中虚页的个数可以事先给定（例如10个），对这些虚页访问的页地址流（其长度可以事先给定，例如20次虚页访问）可以由程序随机产生，也可以事先保存在文件中。
要求程序运行时屏幕能显示出置换过程中的状态信息并输出访问结束时的页面命中率。
程序应允许通过为该进程分配不同的实页数，来比较两种置换算法的稳定性。
二、实验说明1．设计中虚页和实页的表示本设计利用C语言的结构体来描述虚页和实页的结构。
在虚页结构中，pn代表虚页号，因为共10个虚页，所以pn的取值范围是0—9。
pfn代表实页号，当一虚页未装入实页时，此项值为-1；当该虚页已装入某一实页时，此项值为所装入的实页的实页号pfn。
time项在FIFO算法中不使用，在LRU中用来存放对该虚页的最近访问时间。
在实页结构中中，pn代表虚页号，表示pn所代表的虚页目前正放在此实页中。
pfn代表实页号，取值范围（0—n-1）由动态指派的实页数n所决定。
next是一个指向实页结构体的指针，用于多个实页以链表形式组织起来，关于实页链表的组织详见下面第4点。
2．关于缺页次数的统计为计算命中率，需要统计在20次的虚页访问中命中的次数。
为此，程序应设置一个计数器count，来统计虚页命中发生的次数。
每当所访问的虚页的pfn项值不为-1，表示此虚页已被装入某实页内，此虚页被命中，count加1。
最终命中率=count/20*100%。
操作系统---虚拟存储器管理
作业1
空闲区 作业1 运行 进驻内存 空闲区
作业2
作业1被系统调 空闲区 出，进入外存， 作业2调入内存 运行 作业3 作业2 空闲区
出 ， 调 入 作 业 3 运 行 将 作 业 2 的 部 分 内 容 换
作业1 作业3 作业3 作业2 作业1运行完毕， 将作业3的换出 部分重新装入 空闲区 将作业3的部分 内容换出，再 次调入作业1 运行
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请求分页存储管理的实现
问题一：如何知道作业中的某一部分所在的位置？
【解答】 修改数据结构——页表。 需要在页表中添加相应的字段： 若页面在内存：给出物理块号； 若页面在外存：应给出在外存中的位臵； 为每个作业设臵新的页表，记录作业中的某一页在 虚拟存储空间的位臵。如图所示： 页号 号 物理块号 状态位 访问字段 修改位 外存地址
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内存扩充技术
授课内容：
覆盖技术
对换技术
虚拟存储技术
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教学目的和要求
通过本讲的学习，学生将能够：
了解内存扩充技术 描述常规存储管理方式的特征和程序局部性原理 给出虚拟存储器的定义，并理解虚拟存储器的特征 了解请求分页存储管理方式及实现 了解请求分段存储管理方式及实现 了解请求段页存储管理方式及实现 了解LINUX系统的存储器管理策略
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课堂练习：对换
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一、选择题
1. 对外存对换区的管理应以（A）为主要目标；对外存 文件区的管理应以（B）为主要目标。
A，B：（1）提高系统吞吐量；（2）提高存储空间 的利用率；（3）降低存储费用；（4）提高换入换出速度； 二、问答题 1. 在系统中引入对换会带来哪些好处？
2. 为实现对换，系统应具备哪几方面的功能？
虚拟存储管理实验报告
虚拟存储管理实验报告实验概述虚拟存储管理实验是操作系统课程中的一项重要实验，旨在通过模拟内存管理中的分页机制和页面置换算法，深入理解操作系统中的虚拟内存管理技术。
本实验主要包括以下几个关键点：- 模拟内存的分页机制- 实现页面置换算法- 分析不同页面置换算法的性能指标实验环境本次实验基于C语言和Linux操作系统进行实现，使用gcc编译器进行编译和调试。
实验过程及实现细节在本次实验中，我们实现了一个简单的虚拟内存系统，主要包括以下几个模块：页面管理、页面分配、页面置换和性能分析。
下面对每个模块的实现细节进行详细描述。
页面管理页面管理模块主要负责管理虚拟内存和物理内存之间的映射关系。
我们采用了分页机制进行管理，将虚拟内存和物理内存划分为固定大小的页面。
页面的大小由实验设置为4KB。
页面分配页面分配模块负责分配物理内存空间给进程使用。
我们使用一个位图作为物理内存管理的数据结构，记录每个页面的使用情况。
在每次页面分配时，我们会查找位图中第一个空闲的页面，并将其分配给进程。
页面置换页面置换模块是虚拟存储管理中的核心算法，主要用于解决内存中页面不足时的页面置换问题。
本次实验中我们实现了两种常用的页面置换算法：FIFO（先进先出）和LRU（最近最少使用）算法。
FIFO算法是一种简单的页面置换算法，它总是选择最早被加载到物理内存的页面进行置换。
LRU算法是一种基于页面访问历史的算法，它总是选择最长时间未被访问的页面进行置换。
性能分析性能分析模块主要用于评估不同的页面置换算法的性能指标。
我们使用了缺页率（Page Fault Rate）和命中率（Hit Rate）作为评价指标。
缺页率表示物理内存中的页面不能满足进程请求的比例，命中率表示进程请求的页面已经在物理内存中的比例。
实验结果为了评估不同的页面置换算法的性能，在实验过程中，我们通过模拟进程的页面访问序列，统计页面置换次数、缺页率和命中率等指标。
以一个包含100个页面访问请求的序列为例，我们分别使用FIFO算法和LRU 算法进行页面置换。
虚拟存储器管理
沈阳工程学院学生实验报告（课程名称：操作系统）实验题目：虚拟存储器管理班级计算机131 学号2013414126 姓名杨光成地点实训F608 指导教师吕海华王黎明实验日期: 2015 年 5 月26 日一、实验题目模拟分页式虚拟存储管理实验。
二、实验要求编写一段程序来模拟页面置换算法。
要求能分别显示最佳(Optimal)置换算法、先进先出(FIFO)页面置换算法和最近最久未使用(LRU)置换算法的置换过程。
三、实验目的通过本实验帮助学生理解虚拟存储器的工作方法。
了解分页式存储管理里中各页面置换算法是怎样实现的，各算法有怎样的优缺点。
四、实验原理分析⑴页面置换算法是在分页存储管理方式中为了合理的将进程运行所需的页面调入内存而产生的算法。
一个好的页面转换算法，应具有较低的页面更换频率。
最常见的页面置换算法有最佳(Optimal)置换算法、先进先出(FIFO)页面置换算法和最近最久未使用(LRU)置换算法。
⑵算法的说明最佳置换算法：选择以后永不使用或是在最长时间内不再被访问的页面作为被淘汰的页面。
这种算法通常可保证获得最低的缺页率，但因为内存中哪个页面是以后永不使用的是无法预知的，所以该算法是无法实现的。
先进先出页面置换算法：选择内存中驻留时间最长的页面作为被淘汰的页面。
该算法实现简单，只需将调入内存中的页面链成一个队列，并设置一个指针指向最老的页面即可。
最近最久未使用置换算法：选择最近最久未使用的页面作为被淘汰的页面。
该算法需要为每个页面设置一个访问字段用来记录页面上次被访问的时间，通过这个时间来决定淘汰哪一个页面。
⑶主要变量及函数说明如表1所示表1 主要变量及函数说明表PRA(void) 初始化int findSpace(void) 查找是否有空闲内存int findExist(int curpage) 查找内存中是否有该页面int findReplace(void) 查找应予置换的页面void display(void) 显示void FIFO(void) FIFO算法void LRU(void) LRU算法void Optimal(void) OPTIMAL算法void BlockClear(void) BLOCK恢复struct pageInfor * block 物理块struct pageInfor * page 页面号串五、实验代码清单1、主函数（如图1）int main(){int c;int m=0,t=0;float n=0;Pro p[L];m=Input(m,p);//调用input函数，返回m值cout<<"请输入可用内存页面数m(3～5): ";do{cin>>M;if(M>5||M<3)cout<<"内存块m须在3～5之间，请重新输入m： ";else break;}while(1);Pro *page=new Pro[M];do{for(int i=0;i<M;i++)//初试化页面基本情况{page[i].num=0;page[i].time=m-1-i;}i=0;cout<<"1:FIFO"<<endl;cout<<"2:LRU"<<endl;cout<<"3:OPT"<<endl;cout<<"按其它键结束程序；"<<endl; cin>>c;return 0;}图1 2、FIFO页面置换（如图2）if(c==1)//FIFO页面置换{n=0;cout<<" ****************************************** "<<endl;cout<<endl;cout<<" FIFO算法情况如下: "<<endl;cout<<endl;cout<<" ****************************************** "<<endl;while(i<m){if(Search(p[i].num,page)>=0)//当前页面在内存中{ cout<<p[i].num<<" ";//输出当前页p[i].numcout<<"不缺页"<<endl;i++;//i加1}else //当前页不在内存中{if(t==M)t=0;else{n++;//缺页次数加1page[t].num=p[i].num;//把当前页面放入内存中cout<<p[i].num<<" ";print(page);//打印当前页面t++;//下一个内存块i++;//指向下一个页面}}}cout<<"缺页次数："<<n<<" 缺页率："<<n/m<<endl;}图23、LRU页面置换（如图3）if(c==2)//LRU页面置换{n=0;cout<<" ****************************************** "<<endl;cout<<endl;cout<<" LRU算法情况如下: "<<endl;cout<<endl;cout<<" ****************************************** "<<endl; while(i<m){int a;t=Search(p[i].num,page);if(t>=0)//如果已在内存块中{page[t].time=0;//把与它相同的内存块的时间置0for(a=0;a<M;a++)if(a!=t)page[a].time++;//其它的时间加1cout<<p[i].num<<" ";cout<<"不缺页"<<endl;}else//如果不在内存块中{n++; //缺页次数加1t=Max(page);//返回最近最久未使用的块号赋值给tpage[t].num=p[i].num;//进行替换page[t].time=0;//替换后时间置为0cout<<p[i].num<<" ";print(page);for(a=0;a<M;a++)if(a!=t)page[a].time++;//其它的时间加1}i++;}cout<<"缺页次数："<<n<<" 缺页率："<<n/m<<endl;}图34、OPT页面置换（如图4）if(c==3)//OPT页面置换{n=0;cout<<" ****************************************** "<<endl;cout<<endl;cout<<" OPT算法情况如下:"<<endl;cout<<endl;cout<<" ****************************************** "<<endl;while(i<m){if(Search(p[i].num,page)>=0)//如果已在内存块中{cout<<p[i].num<<" ";cout<<"不缺页"<<endl;i++;}else//如果不在内存块中{int a=0;for(t=0;t<M;t++)if(page[t].num==0)a++;//记录空的内存块数if(a!=0)//有空内存块{int q=M;for(t=0;t<M;t++)if(page[t].num==0&&q>t)q=t;//把空内存块中块号最小的找出来page[q].num=p[i].num;n++;cout<<p[i].num<<" ";print(page);i++;}else{int temp=0,s;for(t=0;t<M;t++)//寻找内存块中下次使用离现在最久的页面if(temp<Count(page,i,t,p)){temp=Count(page,i,t,p);s=t;}//把找到的块号赋给spage[s].num=p[i].num;n++;cout<<p[i].num<<" ";print(page);i++;}}}cout<<"缺页次数："<<n<<" 缺页率："<<n/m<<endl;}图4五、成绩评定优良中及格不及格出勤内容格式分析总评指导教师：年月日。
操作系统原理虚拟存储器管理资料
光存储技术
通过垂直堆叠存储单元，提供更 高的存储密度和更低的延迟，有 望改变虚拟存储器的架构和设计。
利用激光在介质上刻写数据，具 有极高的存储密度和长达数百年 的数据保存期限，为虚拟存储器 提供了前所未有的容量和可靠性。
云计算与虚拟存储器的关系
云计算资源池化
分布式存储系统
云原生技术
云计算通过虚拟化技术将物理资源抽 象成逻辑资源，实现资源的动态分配 和共享，虚拟存储器是云计算资源池 化的重要组成部分。
物理地址空间
实际内存中的地址空间，与逻辑地址空间不一定连续。物理地址是内存单元的 实际地址，由硬件直接访问。
地址映射机制
1 2
动态重定位
程序执行时，将逻辑地址转换为物理地址的过程。 通过查页表或段表实现地址映射。
请求调页/请求分段
当所需页面/段不在内存中时，发出缺页/缺段中 断，将所需页面/段调入内存。
05
虚拟存储器与操作系统的关系
虚拟存储器对操作系统的影响
扩大内存容量
虚拟存储器通过内外存交换技术， 使得程序可以使用比实际内存更 大的容量。
内存保护
每个程序都在自己的虚拟地址空 间中运行，互不干扰，提高了系 统的安全性。
内存管理灵活
虚拟存储器实现了内存的逻辑扩 充，使得内存管理更加灵活，方 便用户和程序员使用。
03
内存回收策略
当进程不再需要某些内存空间时，操 作系统需要将这些空间回收并重新利 用。常见的内存回收策略包括引用计 数法、标记清除法和复制法等。
缓存技术
要点一
缓存命中与缺失
当CPU访问数据时，如果数据已经在 缓存中，则称为缓存命中；否则需要 从主存中读取数据到缓存中，称为缓 存缺失。
操作系统原理虚拟存储器管理
总结词
将内存划分为大小不等的段，每段存放 一个程序的段，以段为单位进行交换。
VS
详细描述
段式存储管理将内存空间划分为大小不等 的段框，每个段框可以存放一个程序的段 。程序被划分为多个段，每个段可以有不 同的长度。在进行段交换时，以段为单位 进行数据的存取和替换。
段页式存储管理
总结词
结合段式和页式存储管理的特点，将内存划分为固定大小的页框，程序分割为多个段，每段再分割为 固定大小的页。
虚拟存储器提供了一个统一的地址空间，使得应用程序可以 像访问内存一样访问硬盘上的数据，从而提高了程序的运行 效率。
虚拟存储器的实现方式
内存管理单元（MMU）
负责将虚拟地址转换为物理地址，实现虚拟存储器到物理存储器的 映射。
交换区
当物理内存不足时，操作系统会将部分内存数据交换到硬盘的交换 区中，以释放物理内存空间。
实现进程隔离
通过虚拟内存技术，每个进程都有独 立的内存空间，实现进程间的隔离， 防止数据冲突和相互干扰。
支持大内存程序
通过将内存分为物理内存和虚拟内存， 支持大内存程序的运行，满足不断增 长的程序需求。
02
虚拟存储器的基本概念
虚拟存储器的定义
虚拟存储器是一种将物理内存与硬盘存储相结合的技术，通 过将部分硬盘空间映射到物理内存中，实现内存的扩展。
操作系统原理虚拟存储器管 理
• 引言 • 虚拟存储器的基本概念 • 虚拟存储器的原理 • 虚拟存储器的管理策略 • 虚拟存储器的实现技术 • 虚拟存储器的性能优化
01
引言
主题简介
虚拟存储器是操作系统中用于管理物 理内存和磁盘存储的技术，通过将内 存分为物理内存和虚拟内存，实现进 程间的隔离和内存的动态分配。
虚拟储存管理实验报告
一、实验目的1. 理解虚拟存储管理的基本概念和原理。
2. 掌握分页式虚拟存储管理的地址转换和缺页中断处理过程。
3. 学习并分析几种常见的页面置换算法，如FIFO、LRU、OPT等。
4. 比较不同页面置换算法的性能，提高对虚拟存储管理的认识。
二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 编程语言：Python3. 虚拟存储器模拟工具：虚拟机（VirtualBox）三、实验内容1. 模拟分页式虚拟存储器（1）定义分页式虚拟存储器的参数，如页大小、内存大小、虚拟地址空间大小等。
（2）创建页表，记录每个页在内存中的位置和是否已加载。
（3）模拟进程的指令序列，生成虚拟地址。
（4）根据虚拟地址进行地址转换，得到物理地址。
（5）处理缺页中断，选择合适的页面置换算法。
2. 页面置换算法模拟（1）实现FIFO（先进先出）页面置换算法。
（2）实现LRU（最近最少使用）页面置换算法。
（3）实现OPT（最优页面置换）算法。
3. 比较不同页面置换算法的性能（1）设置不同的页面置换算法，模拟进程运行。
（2）记录每次缺页中断时的页面命中率。
（3）比较不同页面置换算法的页面命中率，分析其性能。
四、实验结果与分析1. 分页式虚拟存储器模拟（1）通过模拟，成功实现了分页式虚拟存储器的地址转换和缺页中断处理过程。
（2）实验结果表明，分页式虚拟存储器能够有效地提高内存利用率，减少内存碎片。
2. 页面置换算法模拟（1）实现了FIFO、LRU和OPT三种页面置换算法。
（2）通过模拟，比较了三种算法在不同进程下的页面命中率。
3. 页面置换算法性能比较（1）FIFO算法的页面命中率较低，适用于进程较稳定的情况。
（2）LRU算法的页面命中率较高，适用于进程频繁访问同一页面的情况。
（3）OPT算法的页面命中率最高，但实现复杂度较高，适用于进程访问序列可预测的情况。
五、实验结论1. 通过本次实验，加深了对虚拟存储管理的基本概念和原理的理解。
操作系统管理_-_虚拟存储器_实验报告_代码
淮海工学院计算机工程学院实验报告书课程名：《操作系统原理》题目：虚拟存储器班级：学号：姓名：评语：成绩：指导教师：批阅时间：年月日一、目的与要求（一）目的由于超大规模集成电器电路（ＶＬＳＩ）技术的发展，使存贮器的容量不断扩大，价格大幅度下降。
但从应用角度看，存贮器的容量和成本总会受到一定的限制。
所以，提高存贮器的使用效率始终是操作系统研究的重要课题之一，虚拟存贮器技术是用来扩大主存容量的一种重要的方法。
本实习要求学生独立地用高级语言编写几个常用的存贮器分配算法，并能设计一个存贮管理的模拟程序，能对各种算法进行分析比较，评测其性能优劣，从而加深对这些算法的了解。
（二）要求为了比较真实地模拟存贮器管理，可预先生成一个大致符合实际情况的指令地址流。
然后，通过模拟这样一种指令序列的执行来计算和分析比较各种算法的访问命中率。
二、示例１．题目本示例给出采用页式分配存贮器管理方案，并通过分析、计算不同页面淘汰算法情况下的访问命中率来比较各种算法的优劣，另外也考虑改变页面尺寸大小和实际存贮器容量对计算结果的影响，从而可为选择好的算法、合适的页面尺寸和存贮器实际容量提供依据。
本程序是按下述原则生成指令序列的：（１）５０％的指令是顺序执行的。
（２）２５％的指令是均匀分布在前地址部分。
（３）２５％的指令是均匀分布在后地址部分。
示例中选用最佳淘汰算法（OPT）和最近最少使用页面淘汰算法（ＬＲＵ）计算页面命中率。
公式为：页面失败次数命中率＝１－───────页地址流长度假定虚拟存贮容量为３２Ｋ，页面尺寸从１Ｋ到８Ｋ，实存容量从４页到３２页。
２.算法与框图（１）最佳淘汰算法（ＯＰＴ）。
这是一种理想的算法，可用来作为衡量其他算法优劣的依据，在实际系统中是难以实现的，因为它必须先知道指令的全部地址流。
由于本示例中已生成了全部地址流，故可计算最佳命中率。
该算法的准则是淘汰已满页表中以后不再访问或是最迟访问的页。
这就要求将页表中的页逐个与后继指令访问的所有页比较，如后继指令不再访问此页，则把此页淘汰，不然得找出后继指令中最迟访问的页面予以淘汰。
操作系统管理-虚拟存储器-实验报告-代码7页
操作系统管理-虚拟存储器-实验报告-代码7页一、实验目的学习操作系统中虚拟存储器的概念，掌握虚拟存储器的实现思路和方式。
二、实验要求在C语言环境下，实现基于分页机制的虚拟存储和页表管理。
三、实验内容1.实现一个虚拟存储器，其中分页大小为4KB，虚拟地址空间大小为4GB（每个进程可以使用的虚拟地址空间）。
物理内存大小为512MB，即实际内存中有128个物理页面。
2.实现页表管理，将虚拟地址映射到物理地址。
3.实现页面替换算法，当物理内存不足时，需要将某些页面从内存中置换出来。
4.实现程序的运行，能够根据页面缺失率输出性能参数。
四、实验步骤1.确定程序设计思路和数据结构。
2.实现虚拟存储器和页表管理。
3.实现页面替换算法。
五、实验代码及解析对于程序设计思路，首先需要确定虚拟存储器和物理内存的大小，以及页面大小。
虚拟存储器大小默认为4GB，物理内存大小为512MB，页面大小为4KB。
其次，需要设计页表数据结构。
页表可以使用一个二维数组表示，其中第一维表示页表项，第二维表示页内地址。
页表项有四个字段，分别为标志位（是否在内存中）、页框号（页面所在的物理页框号）、保护（页面的读写权限）、计数（页面使用情况的计数器）。
第三，需要设计页面替换算法。
本程序采用最近最少使用算法（LRU）作为页面替换算法，当物理内存不足时，选择使用最近最少使用的页面进行替换。
#define PAGE_SIZE 4096 // 页面大小#define VIRTUAL_MEM_SIZE 4 * 1024 * 1024 * 1024 // 虚拟存储器大小#define PHYSICAL_MEM_SIZE 512 * 1024 * 1024 // 物理内存大小#define PAGE_NUM (VIRTUAL_MEM_SIZE / PAGE_SIZE) // 页面总数#define PHYSICAL_PAGE_NUM (PHYSICAL_MEM_SIZE / PAGE_SIZE) // 物理页面数struct page_table_entry {int present; // 是否在内存中（1为在，0为不在）int page_frame; // 页面所在的物理页框号int protect; // 页面的读写权限int count; // 页面使用情况的计数器}struct page_table_entry page_table[PAGE_NUM][PAGE_SIZE]; // 页表虚拟存储器和页表管理需要掌握的是页表的相关数据结构，还有一个重要的点，就是如何将虚拟地址映射到物理地址。
虚拟存储管理实验总结
虚拟存储管理实验总结虚拟存储是一种计算机操作系统的存储管理技术。
通过虚拟存储技术，操作系统能够把正在运行的程序看成是存储在主存储器中的一部分。
当程序需要的数据暂时不存在于主存储器时，操作系统会自动把暂时不用的程序或数据存放在磁盘上，并在需要时再自动调入主存储器中，从而以较小的主存储器容量来运行大程序。
在本次虚拟存储管理实验中，我们学习了虚拟存储管理技术的实现原理以及相关算法。
通过该实验，我们深入理解了进程运行时的存储管理过程，并通过实际操作和调试，进一步巩固了对操作系统的理论知识和实践应用的掌握。
一、实验环境本次实验主要在Linux操作系统上进行。
Linux内核由于其源代码公开、开放平台、代码规范等优点，成为了广大计算机科学爱好者学习操作系统的首选。
我们还需要安装实验所需的MAM分配器和SSTF调度器等辅助工具。
二、实验过程实验的主要步骤包括：1.分配器的实现。
我们需要实现MAM分配器，该分配器要求能够自动将进程使用的内存块分配出去，且在进程退出时自动释放所使用的内存块。
2.虚拟地址转换实现。
实验中，我们需要使用页表来管理虚拟地址。
通过页表，可以将虚拟地址转换为物理地址，从而操作系统可以向硬盘中读写数据。
3.页面置换算法实现。
当内存不足时，虚拟存储会通过一些页面置换算法将部分进程在内存中的页面清除，以留下新的内存页面。
我们需要实现SSTF算法，即使用磁盘上最近访问时间最短的页面作为置换页面。
4.进程初始化和各种信号灯的设置。
进程初始化时，需要使用fork函数创建子进程并将进程挂入等待队列中，以等待分配内存同步完成。
信号灯的设置则是为了保证操作的原子性和同步性。
实验中，我们首先实现了MAM分配器，通过实现内存块分配和释放函数，它可以很好地帮助我们管理分配出去的内存块。
接着，我们着手实现虚拟地址转换功能，需要对物理内存和虚拟内存进行管理。
由于高速缓存可以从磁盘中不用重复读取数据，所以我们还需要实现页面管理算法，以保证内存的有效利用。
虚拟存储器实验报告
虚拟存储器实验报告一、实验目的本次虚拟存储器实验的目的在于深入理解虚拟存储器的工作原理，掌握其基本概念和关键技术，通过实际操作和观察，分析虚拟存储器对系统性能的影响，并能够运用所学知识解决在实验过程中遇到的问题。
二、实验环境本次实验使用的操作系统为 Windows 10，开发工具为 Visual Studio 2019，编程语言为 C+＋。
实验所使用的计算机配置为：Intel Core i7 处理器，16GB 内存，512GB 固态硬盘。
三、实验原理虚拟存储器是一种利用硬盘等辅助存储器来扩充主存容量的技术。
它将程序的逻辑地址空间与物理地址空间分开，使得程序可以使用比实际物理内存更大的地址空间。
当程序访问的地址不在物理内存中时，系统会通过页面置换算法将暂时不用的页面换出到硬盘，将需要的页面换入到物理内存中。
虚拟存储器的实现主要依赖于页式存储管理和地址转换机制。
页式存储管理将逻辑地址空间划分为固定大小的页面，物理地址空间也划分为相同大小的页框。
地址转换通过页表来完成，页表记录了逻辑页面与物理页框的对应关系。
四、实验内容1、页面置换算法的实现首先实现了先进先出（FIFO）页面置换算法。
创建一个固定大小的物理内存页框数组，模拟物理内存。
当需要装入新页面时，如果物理内存已满，按照先进入的页面先被置换的原则选择置换页面。
接着实现了最近最少使用（LRU）页面置换算法。
为每个页面设置一个访问时间戳，当需要置换页面时，选择访问时间最久远的页面进行置换。
2、虚拟地址到物理地址的转换设计了一个简单的页表结构，包括逻辑页号、物理页框号和有效位等字段。
输入一个虚拟地址，通过查找页表将其转换为物理地址。
如果页面不在物理内存中，触发页面置换算法进行页面调入。
3、性能分析对不同大小的程序和不同的页面置换算法，测量其页面缺失率和执行时间。
分析页面大小、物理内存大小等因素对虚拟存储器性能的影响。
五、实验步骤1、初始化实验环境设定物理内存大小、页面大小等参数。
操作系统实验六_虚拟存储器实验报告
操作系统实验六_虚拟存储器实验报告
实验目的：
通过本次实验，了解虚拟存储器的实现原理，以及如何分配虚拟地址和物理地址，实现虚拟存储器管理。
实验内容：
1.按照顺序完成程序代码，以实现对虚拟地址的映射，再间接实现对物理地址的访问。
2.完成不同的页面置换算法，并分析各自的特点。
实验步骤：
1.在实验中实现了给定的伪指令程序，其中包括了虚拟存储器的实现代码。
在页面大小为1K的情况下，每个进程的虚拟地址空间为64K，物理地址空间为16K。
2.在虚拟存储器的实现中，采用了分段式存储器管理模式，其中包括了段描述符表和页表。
其中段描述符表包括了段基址、段长、段类型等信息，而页表则记录了虚拟地址和物理地址的映射关系。
3.实现了三种页面置换算法：LRU、FIFO和随机算法。
其中，LRU算法会选择最近没有使用过的页面进行置换；FIFO算法会按照先进先出原则进行页面置换；随机算法则随机选取一个页面进行置换。
4.通过本次实验，学习了如何通过虚拟地址访问物理地址，并实现了对虚拟存储器的管理。
同时，在实现页面置换算法时，也对不同算法的特点进行了分析。
实验结果：。
操作系统实验指导-虚拟存储器管理
操作系统实验指导
实验四虚拟存储器管理
实验目的：
1 理解虚拟存储器的概念
2 掌握分页式存储管理地址转换和缺页中断
实验方法：上机操作
实验环境：编程语言不限
实验内容：
1 模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断
2 用先进先出页面调度算法处理缺页中断
实验要求：
实验报告只要求提交电子文档，不需要提交纸质打印文档。
电子文档按“学号-姓名-实验编号”统一命名，例如: 095043125-黄昌军-03.doc。
其中名字后的03为实验一的编号，依次类推。
提交时间：2011年11月21日24:00之前。
防灾科技学院实验报告。
虚拟器存储实验报告
一、实验目的1. 了解虚拟器存储的基本概念和原理；2. 掌握虚拟器存储的安装和配置方法；3. 通过虚拟器存储实验，验证虚拟器存储在计算机系统中的作用和优势。
二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 虚拟器软件：VMware Workstation 153. 实验内容：创建虚拟机、配置虚拟机、安装操作系统、配置网络、使用虚拟机存储三、实验步骤1. 创建虚拟机（1）打开VMware Workstation，点击“创建新的虚拟机”；（2）选择“自定义（高级）”，点击“下一步”；（3）选择虚拟机兼容性，点击“下一步”；（4）选择操作系统类型和版本，点击“下一步”；（5）输入虚拟机名称和安装路径，点击“下一步”；（6）分配内存大小，点击“下一步”；（7）创建虚拟硬盘，选择硬盘文件类型和容量，点击“下一步”；（8）选择虚拟机网络类型，点击“下一步”；（9）选择I/O设备设置，点击“下一步”；（10）完成创建虚拟机。
2. 配置虚拟机（1）双击打开虚拟机；（2）选择“自定义设置”；（3）在“硬件”选项卡中，调整虚拟机CPU核心数、内存大小等；（4）在“选项”选项卡中，配置网络连接、USB控制器等；（5）在“虚拟硬盘”选项卡中，调整硬盘容量、存储模式等；（6）在“CD/DVD选项”选项卡中，添加安装操作系统所需的镜像文件；（7）在“其他设置”选项卡中，配置USB控制器、打印机等。
3. 安装操作系统（1）启动虚拟机，进入操作系统安装界面；（2）按照安装向导完成操作系统安装。
4. 配置网络（1）在虚拟机中打开网络管理工具；（2）选择合适的网络连接方式，如桥接模式；（3）配置IP地址、子网掩码、网关等信息。
5. 使用虚拟机存储（1）在虚拟机中安装文件管理器；（2）将需要存储的文件复制到虚拟机中；（3）在虚拟机中打开文件管理器，查看存储的文件。
四、实验结果与分析1. 实验结果通过本次实验，成功创建了一个虚拟机，并安装了操作系统。
软件技术基础 虚拟存储器管理
抖动问题
页面
内存
22
段景山
页面置换带来的抖动问题
页面置换带来的问题
抖动问题
系统频繁地调进和调出页面，特别是被换出的 页面在短时间内又要被换入，系统开销显著增 加，以至于系统吞吐量大大下降
置换算法目标
减少抖动，降低同一页面的重复置换
系统吞吐量
抖动
t
23
段景山
请求式分页的页面置换算法
3、地址变换机构及过程
26
段景山
虚存管理系统信息例 利用Windows优化大师观察到的虚存信息
27
段景山
作业 虚拟存储管理的虚拟性体现在什么地方？ 在分页式管理方式基础上实现请求式分页管
理，需要增加哪些重要技术？
28
内0存 将用置暂的换产 户 实 大时 第 出生 感 际 的不 去01给 觉 空 虚页磁用 比 间 拟盘对换区 1 空间
2
2
3
3
8
虚拟存储的特征
虚存的特征
离散性 虚拟存储建立在离散内存管理基础上
多次性 程序页面会多次进/出内存
对换性 在置换页面时需要在外存建立对换区
虚拟性 程序部分装入就可以执行 给用户感觉比实际空间大的虚拟空间
原有存储管理方法中存在的问题 解决问题的动机 问题产生的原因 解决方法的探索 解决方案的可行性分析
4
段景山
虚拟ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ储的引入
1）原有存储管理中存在的问题
当作业很大，超过内存剩余时，无法装入
装入的作业对内存利用率不高
99%空间内的指令在短时间内都不会得到执行
2）解决问题的动机
解决装入作业受限 提高内存利用率
局部性 时间的局部性 在短时间内多次被访问 空间的局部性 在较短程序范围内多次访问
OS实验三虚拟存储器的管理
OS实验三虚拟存储器的管理虚拟存储器管理南京理工大学泰州科技学院实验报告书课程名称：《计算机操作系统》实验题目：实验三班级： 08计算机2班学号：姓名：叶萌指导教师：袁宝华虚拟存储器管理一实验目的1. 理解虚拟存储器概念；2. 掌握分页式存储管理地址转换和缺页中断。
二实验内容1．模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断分页式虚拟存储系统是把作业信息的副本存放在磁盘上，当作业被选中时，可把作业的开始几页先装入主存且启动执行。
为此，在为作业建立页表时，应说明哪些页已在主存，哪些页尚未装入主存。
作业执行时，指令中的逻辑地址指出了参加运算的操作存放的页号和单元号，硬件的地址转换机构按页号查页表，若该页对应标志为“1”，则表示该页已在主存，这时根据关系式“绝对地址=块号×块长+单元号”计算出欲访问的主存单元地址。
如果块长为2的幂次，则可把块号作为高地址部分，把单元号作为低地址部分，两者拼接而成绝对地址。
若访问的页对应标志为“0”，则表示该页不在主存，这时硬件发“缺页中断”信号，有操作系统按该页在磁盘上的位置，把该页信息从磁盘读出装入主存后再重新执行这条指令。
2．用先进先出（FIFO）页面调度算法处理缺页中断在分页式虚拟存储系统中，当硬件发出“缺页中断”后，引出操作系统来处理这个中断事件。
如果主存中已经没有空闲块，则可用FIFO页面调度算法把该作业中最先进入主存的一页调出，存放到磁盘上，然后再把当前要访问的页装入该块。
调出和装入后都要修改页表中对应页的标志。
FIFO页面调度算法总是淘汰该作业中最先进入主存的那一页，因此可以用一个数组来表示该作业已在主存的页面。
假定作业被选中时，把开始的m个页面装入主存，则数组的元素可定为m个。
三实验准备1. 设计一个“地址转换”程序来模拟硬件的地址转换工作当访问的页在主存时，则形成绝对地址，但不去模拟指令的执行，而用输出转换后的地址来代替一条指令的执行。
当访问的页不在主存时，则输出“* 该页页号”，表示产生了一次缺页中断，程序流程图如图4-1所示。
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OS实验指导四——虚拟存储器管理————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2《操作系统》实验指导四开课实验室：A207、A209 2015/11/23 、2015/11/24实验类型设计实验项目（四）虚拟存储器管理实验实验学时 4一、实验目的设计一个请求页式存储管理方案，并编写模拟程序实现。
二、设备与环境1. 硬件设备：PC机一台2. 软件环境：安装Windows操作系统或者Linux操作系统，并安装相关的程序开发环境，如C \C++\Java 等编程语言环境。
三、实验要求1) 上机前认真复习页面置换算法，熟悉FIFO算法和LRU页面分配和置换算法的过程；2) 上机时独立编程、调试程序；3) 根据具体实验要求，完成好实验报告（包括实验的目的、内容、要求、源程序、实例运行结果截图）。
四、实验内容1、问题描述：设计程序模拟FIFO和LRU页面置换算法的工作过程。
假设内存中分配给每个进程的最小物理块数为m，在进程运行过程中要访问的页面个数为n，页面访问序列为P1, … ,Pn，分别利用不同的页面置换算法调度进程的页面访问序列，给出页面访问序列的置换过程，并计算每种算法缺页次数和缺页率。
2、程序具体要求如下：编写程序用来模拟虚拟页式存储管理中的页面置换要求：1)快表页面固定为4块2)从键盘输入N个页面号3)输出每次物理块中的页面号和缺页次数，缺页率4)实现算法选择3、程序流程图3、源程序参考：（1）FIFO 算法部分#include "stdio.h"#define n 12#define m 4void main(){int ym[n],i,j,q,mem[m]={0},table[m][n];char flag,f[n];printf("请输入页面访问序列\n ");for(i =0;i <n;i ++) scanf("%d ",&ym[i]);printf("\n ");for(i =0;i <n;i ++) //查页表，看是否缺页{输入页面取访问查是否是置缺页标按不同算调入所访否q=0;while((ym[i]!=mem[q])&&(q!=m)) q++;if(q==m) flag='*'; //缺页，则置标志flag为‘*’else flag='';if(flag=='*'){for(j=m-1;j>0;j--) //淘汰最先调入的页面调入当前访问的mem[j]=mem[j-1];mem[0]=ym[i];}for(j=0;j<m;j++)table[j][i]=mem[j];f[i]=flag;}printf("输出结果为下表（0代表为空，*代表有缺页）：\n");for(i=0;i<m;i++){for(j=0;j<n;j++)printf("%3d",table[i][j]);printf("\n");}for(i=0;i<n;i++)printf("%3c",f[i]);}（2）LRU算法#include "stdio.h"#define n 12#define m 4void main(){int ym[n],i,j,q,mem[m]={0},table[m][n];char flag,f[n];printf("请输入页面访问序列\n");for(i=0;i<n;i++)scanf("%d",&ym[i]);printf("\n");for(i=0;i<n;i++) //查页表，看是否缺页{q=0;while((ym[i]!=mem[q])&&(q!=m)) q++;if(q==m) flag='*'; //缺页，则置标志flag为‘*’else flag=' ';for(j=q;j>0;j--)mem[j]=mem[j-1];mem[0]=ym[i];for(j=0;j<m;j++)table[j][i]=mem[j];f[i]=flag;}printf("输出结果为下表（0代表为空，*代表有缺页）：\n");for(i=0;i<m;i++){for(j=0;j<n;j++)printf("%3d",table[i][j]);printf("\n");}for(i=0;i<n;i++)printf("%3c",f[i]);}4.测试用例：见第四章课后习题第26题（P159），（注意用比较的方式对程序的运行结果加以分析，比如令M=3或M=4时，结果各有什么不同。
并注意FIFO算法实现时是否有抖动现象。
）同时要求输出物理块中的页面号和算法执行后的缺页次数和缺页率，页面置换次数和页面置换率。
五、思考提高（1）设计友好的界面，将两种算法集成在一个程序中。
（2）考虑不限定m值，而改由在程序执行时界面输入确定，页面引用序列采用随机函数产生。
#include "stdio.h"#define n 12#define m 4void FIFO(){int ym[n],i,j,q,mem[m]={0},table[m][n];char flag,f[n];printf("请输入页面访问序列\n");for(i=0;i<n;i++)scanf("%d",&ym[i]);printf("\n");for(i=0;i<n;i++) //查页表，看是否缺页{q=0;while((ym[i]!=mem[q])&&(q!=m)) q++;if(q==m) flag='*'; //缺页，则置标志flag为'*' else flag=' ';if(flag=='*'){for(j=m-1;j>0;j--) //淘汰最先调入的页面调入当前访问的mem[j]=mem[j-1];mem[0]=ym[i];}for(j=0;j<m;j++)table[j][i]=mem[j];f[i]=flag;}printf("输出结果为下表（0代表为空，*代表有缺页）：\n");for(i=0;i<m;i++){for(j=0;j<n;j++)printf("%3d",table[i][j]);printf("\n");}for(i=0;i<n;i++)printf("%3c",f[i]);}//（2）LRU算法void LRU(){int ym[n],i,j,q,mem[m]={0},table[m][n];char flag,f[n];printf("请输入页面访问序列\n");for(i=0;i<n;i++)scanf("%d",&ym[i]);printf("\n");for(i=0;i<n;i++) //查页表，看是否缺页{q=0;while((ym[i]!=mem[q])&&(q!=m)) q++;if(q==m) flag='*'; //缺页，则置标志flag为'*' else flag=' ';for(j=q;j>0;j--)mem[j]=mem[j-1];mem[0]=ym[i];for(j=0;j<m;j++)table[j][i]=mem[j];f[i]=flag;}printf("输出结果为下表（0代表为空，*代表有缺页）：\n");for(i=0;i<m;i++){for(j=0;j<n;j++)printf("%3d",table[i][j]);printf("\n");}for(i=0;i<n;i++)printf("%3c",f[i]);}int main(){int x;printf("1:FIFO算法,2:LRU算法");scanf("%d",&x);switch(x){case 1:FIFO();break;case 2:LRU();break;}return 0;}。