操作系统段表课程设计说明书

课程设计任务书学生：朱东各专业班级：计算机0604指导教师：蔡菁工作单位：计算机科学与技术学院题目: 模拟设计段页式虚拟存储管理中地址转换初始条件：1．预备容：阅读操作系统的存管理章节容，理解段页式存储管理的思想及相应的分配主存的过程。

2．实践准备：掌握一种计算机高级语言的使用。

要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1．实现段页式存储管理中逻辑地址到物理地址的转换。

能够处理以下的情形：⑴能指定存的大小，存块的大小，进程的个数，每个进程的段数及段页的个数；⑵能检查地址的合法性，如果合法进行转换，否则显示地址非法的原因。

2．设计报告容应说明：⑴需求分析；⑵功能设计（数据结构及模块说明）；⑶开发平台及源程序的主要部分；⑷测试用例，运行结果与运行情况分析；⑸自我评价与总结：错误!未找到引用源。

）你认为你完成的设计哪些地方做得比较好或比较出色；错误!未找到引用源。

）什么地方做得不太好，以后如何改正；错误!未找到引用源。

）从本设计得到的收获（在编写，调试，执行过程中的经验和教训）；错误!未找到引用源。

）完成本题是否有其他方法（如果有，简要说明该方法）；错误!未找到引用源。

）对实验题的评价和改进意见，请你推荐设计题目。

时间安排：设计安排一周：周1、周2：完成程序分析及设计。

周2、周3：完成程序调试及测试。

周4、周5：验收、撰写课程设计报告。

（注意事项：严禁抄袭，一旦发现，一律按0分记）指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日模拟段页式虚拟存储管理中地址转换1需求分析1.1段页式管理的基本思想1.1.1基本思想段式和页式存储管理各有优缺点，段页式存储管理系统，用分段的方法来分配和管理虚拟存储器，而用分页的方法来分配和管理主存。

既有段式系统便于实现段的共享，段的保护，动态和段的动态增长等一系列优点，又能像页式系统那样，很好地解决存的外碎片问题。

具体来说，把整个存分成大小相等存块，存块从0开始依次编号。

把用户程序分成若干段，每段有个段名。

页面的大小和存块相同，每段的各个页面都分别从0开始依次编号。

虚空间的最小单位是页而不是段，存就被分为若干个页，且每段所拥有的程序和数据在存中可以分开存放，分段大小也不再受存可用区的限制。

1.2段页式存储的原理1.2.1虚地址的构成逻辑地址有三部分构成：V=（S，P，d）即段号s，页号p和页相对地址d，如下所示：存分配：以块为单位进行存分配，为了实现从逻辑地址到物理地址的转换，为每个作业或进程建立一段表：段表中的段长即是页表长度，段表中的段始址即是页表地址，每个段拥有一页表，段的页号映射为物理地址中的物理块号。

1.2.2段表和页表的构成在段页式存储管理系统中，段表包含这样几个基本项：段号，状态，该段的页表长度，页表始址；页表包含的基本项是：页号，状态，块号。

段页式管理中段表，页表以及存的关系如下图：1.2.3 动态地址变换过程在段页式存储管理系统中，要对存中的指令或数据进行一次存取操作至少需要访问3次存。

第一次是由段表寄存器得到段表始址去访问段表，然后取出对应段的页表地址。

第二次则是访问页表得到所要访问的物理地址。

只有在访问了段表和页表之后，，第三次才能访问真正要访问的物理单元。

段页式存储管理系统地址变换如下所示：2 功能设计（数据结构及模块说明）2.1 存储结构说明在此段页式存储管理系统中，我们采用以下数据结构来存储数据，存储结构用结构体和结构体数组来实现：2.1.1段表段号s 状态flag 页表长度plen 页表始址psta//段表typedef struct Stackint num;//段号int flag;//段状态int plen;//页表长度int psta;//页表始址}Stack;其中状态为1代表在存，为0代表不在存。

2.1.2 页表//页表typedef struct Page{int num;//页号int flag;//页状态，即是否在存。

int block;//该页对应的块号}Page;2.1.3 数据区简单起见，我们没有把容初始化到每一个存地址，只给出每个作业块的容，并且用一串字符代替。

typedef struct Data{int num;//存的块数string str;//对应数据块的作业容，简化起见说明容为一串字符。

}Data;2.1.4 快表//快表typedef struct Quick {int qs;//快表段号int qp;//快表页号int qb;//快表段号}Quick;2.1.5 段表寄存器//段表寄存器typedef struct Stare {int ssta;//段表始址int slen;//段表长度}Stare;2.2程序流程图3 程序设计3.1 本程序平台本实验使用VC++ 6.0平台，使用基本的控制台应用程序，单文档结构，主要数据结构是结构体间的关系。

打开VC++6.0建立一个空工程，然后简历C++源文件，根据数据结构编写代码。

3.2变量和函数说明3.2.1 变量说明Stack ss[10];//全局变量，用来存放所有进程的段，数组下标就是段号。

Stare st;///////全局变量，用来存放段表寄存器表。

Data work[20];//全局变量，主存每一块的容，下标是块号。

Quick qu;//////全局变量，存放快表。

Page page[5][5];//存放每个块对应的页表。

bool menuflag=0;//菜单函数标志位，首次使用初始化表。

int bbs;//存块大小int bs;//存大小3.2.2函数说明void menu();//为用户提供菜单，详情见第四部分截图。

void start();//初始化表项。

详情见第四部分截图。

函数实现部分见附录。

void change();//地址转换函数。

详情见第四部分截图。

函数实现部分见附录。

3.2.3 菜单设计进入界面必须先对段表数据进行初始化，然后可以多次进行地址转换。

4 结果与运行情况分析运行程序，测试程序运行情况：本次程序设计中，进入界面必须先对段表数据进行初始化，然后可以多次进行地址转换，其中会出现段页越界，缺（段）页。

其中有一点和实际并不相同：由于C++里面单限制，不能实现快表和段表的同时查询，故模拟时采用先查询快表然后再查询段表的模式，另外，为每一段创建的页表，直接有页表二维数组组成，第一纬代表段号，第二维代表段页号。

整体数据和用例见下图：4.1 段表初始化按照上图，进入程序后进行段表初始化4.2 段号越界中断测试从上图中可以看到段号只有5个，0-4，所以越界中断。

逻辑地址不合法。

4.3 缺段中断测试第二段不在存，逻辑地址无法转化，需要把该段调入主存。

4.4 缺页中断测试第三段第0页不在存，逻辑地址无法转化，需要调入页面。

4.5 页表越界测试第三段没有第五页，页表越界，访问非法。

4.6 在段表中成功访问数据测试成功测试数据，第四段第0页对应块号为10，故物理地址是10*1024+500=10740第十块作业数据是：k5 自我评价与总结本次系统中，主要是利用简单的数据结构和VC的简单的控制台程序，采用自己定义数据模拟段页式存储管理的方式，简单明快的是给用户一个功能菜单，进入菜单必须进行段表数据初始化，然后只要不退出就可以进行各种地址转化测试，也可以重新初始化段表。

而数据结构部分，采用结构体数组比较容易掌握的格式，是的查询过程简单化。

总的来说，利用简单的思想较为完整的模拟了段页式存储的各个步骤，甚至把快表也考虑了进去。

对于各种非法访问非常直观的指出非法原因。

为了体现数据访问的真实性，我还简单的为存中每一个作业快初始化了作业数据，找到物理块号后可以直接读出块的作业容。

体现的本程序的根本目的。

当然，程序也有很多不足，例如可以考虑采用MFC窗口应用程序，结合C++自带的部模板函数MAP 函数，这样也可以较好的模拟段页式系统，本程序中对于段表的初始化过于繁琐，可以采取文本数据库的形式，利用读取TXT的方式给段表链表结构进行初始化，会增加程序的可视性，和简便性。

本次实验中，总体还算比较顺利，但是测试过程中还是出现了一些问题，主要是对段页式存储的理解不够深入照成的，每一个段都有一个页表，而这些段和自己的页表是要靠段表里的页表始址定位的，这个在程序中没有完整的表现出来，另外第一次程序中没有考虑页表越界中断，这是没有完整的把握模拟系统中的各个环节造成的，为此要以自己写好的程序流程图为基础，考虑到每一步分支程序，尽量用简单的方式把系统的各种功能模拟出来。

上图就是错把3 5 521当成缺页中断，应该是页表越界，这个在第四部分已经改正。

当然，完成本题还有其他的方式，可以借用VC的置数据结构和模板，可以使用结构体指针来存取段表，可以吧段表存到文本文件里，这些都是可行的。

通过本次课程设计，加深了自己对书本知识的理解，通过亲自把模拟系统做成数据结构，更加直观真切的体会到段页式存储的基本思想，当然同时也对其他的存储知识加深了理解，同时锻炼了自己把所学知识应用的实际视图里面的能力，做到学以致用，对计算机硬件里面的微观世界有了进一步的剖析。

7附录完整的程序代码：#include<iostream>#include<string>using namespace std;//数据结构//快表typedef struct Quick{int qs;//快表段号int qp;//快表页号int qb;//快表段号}Quick;//数据区，简单起见，只为每一个储块写入容，不具体到每一物理地址。

typedef struct Data{int num;//存的块数string str;//对应数据块的作业容，简化起见说明容为一串字符。

}Data;//页表typedef struct Page{int num;//页号int flag;//页状态，即是否在存。

int block;//该页对应的块号}Page;//段表typedef struct Stack{int num;//段号int flag;//段状态int plen;//页表长度int psta;//页表始址}Stack;//段表寄存器typedef struct Stare{int ssta;//段表始址int slen;//段表长度}Stare;Stack ss[10];////全局变量Stare st;///////全局变量Data work[20];//全局变量Quick qu;//////全局变量Page page[5][5];bool menuflag=0;int bbs;//存块大小int bs;//存大小void menu();void start();void change();int main(){menu();return 0;}void menu(){cout<<"*************请选择**************"<<endl;cout<<endl;cout<<"** 1、初始化表 *****"<<endl;cout<<"** 2、物理地址转换 *****"<<endl;cout<<"** 3、退出 *****"<<endl;int menu1;cin>>menu1;if(menu1!=1&&menu1!=2&&menu1!=3){cout<<"请输入正确的选项"<<endl;menu();}switch(menu1){case 1:{menuflag=1;start();break;}case 2:{if(menuflag==0){cout<<"请初始化表"<<endl;menu();}change();break;}case 3:return;}//switch}void start(){cout<<"请输入存大小(K)"<<endl;cin>>bs;cout<<"请输入存块的大小(k)"<<endl;cin>>bbs;int blocknum;blocknum=bs/bbs;cout<<"存一共被分为"<<blocknum<<"块，每块"<<bbs<<"k"<<"一共"<<bs<<"k"<<endl;cout<<"请输入进程个数"<<endl;int pn;cin>>pn;//下面求所有进程的总段数和段表,并为每段创建页表int sums=0;for (int pn1=0;pn1<pn;pn1++){cout<<"请输入第"<<pn1<<"个进程的段数"<<endl;int ppn;cin>>ppn;sums+=ppn;}for(int ss1=0;ss1<sums;ss1++){cout<<"请输入第"<<ss1<<"个段表数据：段号，状态，页表长度，页表始址"<<endl;cin>>ss[ss1].num>>ss[ss1].flag>>ss[ss1].plen>>ss[ss1].psta;cout<<"请初始化第"<<ss1<<"段的页表，输入两个数据页表状态和对应块号"<<endl;for(int sss1=0;sss1<ss[ss1].plen;sss1++){page[ss1][sss1].num=sss1;cout<<"请输入该段第"<<sss1<<"个页表的页表状态和对应块号"<<endl;cin>>page[ss1][sss1].flag>>page[ss1][sss1].block;}}//初始化段表寄存器cout<<"初始化段表寄存器的段表始址"<<endl;cin>>st.ssta;st.slen=sums;//初始化存中物理地址每一块的数据区cout<<"简单起见，我们对物理地址的每一块用字符串进行简单的初始化，没有具体到每一物理地址"<<endl;for (int bn=0;bn<blocknum;bn++){work[bn].num=bn;cout<<"请输入第"<<bn<<"个存块里的作业容"<<endl;cin>>work[bn].str;}//初始化快表cout<<"简单起见，我们初始化快表只有一个"<<endl;cout<<"请输入要作为快表的段号和页号"<<endl;cin>>qu.qb>>qu.qp;while(ss[qu.qb].flag!=1||page[qu.qb][qu.qp].flag!=1){cout<<"该页不在存请输入一页在存中的作为快表,请输入要作为快表的段号和页号"<<endl;cin>>qu.qb>>qu.qp;}qu.qs=page[qu.qb][qu.qp].block;menu();}void change(){cout<<"请输入要转化的逻辑地址，段号s，段页号p，页偏移地址d(B)"<<endl;int snum,pnum,dnum;cin>>snum>>pnum>>dnum;//首先查快表if(snum==qu.qb&&pnum==qu.qp){cout<<"快表命中"<<"对应块号是"<<qu.qs<<endl;cout<<"该块中作业数据是"<<work[page[qu.qb][qu.qp].block].str<<endl;cout<<"物理地址是"<<qu.qs*bbs*1024+dnum<<endl;;menu();}//访问段表寄存器else{cout<<"快表没有命中,访问段表寄存器，段号等于段表始址加上偏移地址"<<endl;int ssnum;ssnum=st.ssta+snum;if(ssnum>st.slen-1){cout<<"越界中断"<<endl;menu();}//访问段表else{if(ssnum>=0&&ssnum<=st.slen-1){//是否缺段cout<<"段表有效"<<endl;if(ss[ssnum].flag==0){cout<<"缺段中断"<<endl;menu();}else{//查询页表，根据段号查出页表始址，加上段偏移页数，即得到页表项。