系统结构存储管理与页面置换算法

单机模拟页式虚拟存储管理中地址转换和页面置换过程。首先对页表进行初始化；输入要访问的逻辑地址（可为16进制或10进制），程序分离出逻辑地址的页号，查找页表，根据页表完成地址转换，输出转换后的地址；若缺页则提示中断发生，按某种页面置换算法（FIFO，LRU，LFU）进行页面置换，并修改和输出页表，输出绝对地址。最后输出置换情况和缺页次数 在计算机系统中，存储管理是操作系统的关键组成部分，它负责有效地管理和分配内存资源。页面置换算法则是存储管理中的重要环节，特别是在虚拟存储系统中，当物理内存不足时，用于决定哪些页面应该被换出到外存以腾出空间给新的页面。本实验主要涉及页式虚拟存储管理中的地址转换和页面置换过程。 我们来看地址转换的过程。在页式存储管理系统中，逻辑地址由页号和页内偏移量组成。当程序执行时，逻辑地址需要转换为物理地址，以便内存访问。这通常通过页表来实现。页表是一个映射表，记录着每个页号对应的物理块号。在实验中，我们初始化页表，输入逻辑地址，程序会解析出页号并查找页表，根据找到的块号合成物理地址。如果在页表中找不到对应页号，就会发生缺页中断，这时需要执行页面置换算法。 页面置换算法有很多种，如FIFO（先进先出）、LRU（最近最少使用）和LFU（最不经常使用）。FIFO是最简单的策略，它总是选择最早进入内存的页面进行替换。LRU则考虑页面的历史使用情况，选择最近最久未使用的页面进行替换，以尽可能减少未来使用频繁的页面被换出。LFU基于页面使用频率，优先替换使用频率最低的页面，但实现起来相对复杂。 实验中，当发生缺页中断时，会按照FIFO算法进行页面置换。这意味着选择最早进入内存且尚未被使用的页面替换出去。在完成页面置换后，会更新页表并输出新的地址，同时记录置换情况和缺页次数。 内存分配是存储管理的另一重要方面。在进程创建时，系统需要为进程分配内存资源。通常，内存分配有两种策略：静态和动态，以及连续和非连续分配。静态分配在进程加载时就确定，而动态分配则根据进程运行需求动态调整。连续分配可以提高内存访问速度，但可能导致内存碎片；非连续分配如分页和分段可以避免碎片，但增加了寻址复杂性。 在内存分配过程中，系统会通过位图来跟踪内存的使用情况。位图中的每一位对应一个内存页面，位值为1表示页面已被占用，0表示空闲。当需要分配内存时，系统会在位图中寻找连续的0位来分配，如果找不到足够的空闲页面，分配失败。一旦分配成功，系统会将分配的页面在位图中置为1，并创建相应的页表。 总结来说，这个实验旨在让学生通过模拟页式虚拟存储管理，理解地址转换、页面置换和内存分配的基本原理。通过FIFO算法的实践，学生可以直观地看到缺页中断如何影响系统性能，并学习如何优化内存使用。此外，实验也强调了初始化页表、地址转换逻辑以及内存资源的有效管理，这些都是操作系统核心课程中的重要概念。