操作系統(tǒng)課設(shè)——三種存儲管理方式的地址換算

1、題 目 三種存儲管理方式的地址換算 姓 名： 學 號： 專 業(yè)： 學 院： 指導教師： 姚若龍 2018年11月27日【目錄】摘要01引言02算法設(shè)計02程序分析04算法分析09調(diào)試結(jié)果11個人總結(jié)15參考文獻15摘要： 操作系統(tǒng)（Operating System，OS）是方便用戶、管理和控制計算機軟硬件資源的系統(tǒng)軟件（或程序集合）。從用戶角度看，操作系統(tǒng)可以看成是對計算機硬件的擴充；從人機交互方式來看，操作系統(tǒng)是用戶與機器的接口；從計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)看，操作系統(tǒng)是一種層次、模塊結(jié)構(gòu)的程序集合，屬于有序分層法，是無序模塊的有序?qū)哟握{(diào)用。操作系統(tǒng)在設(shè)計方面體現(xiàn)了計算機技術(shù)和管理

2、技術(shù)的結(jié)合。操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件的核心，、它控制程序的執(zhí)行和提供資源分配、調(diào)度、輸入/輸出控制和數(shù)據(jù)管理等任務。如DOS、UNIX、OS/2和Windows NT都是得到廣泛使用的操作的系統(tǒng)。  三種管理方式中，分頁系統(tǒng)能有效地提高內(nèi)存利用率，分段系統(tǒng)則能很好地滿足用戶需要，而段頁式系統(tǒng)則是把前兩種結(jié)合起來形成的系統(tǒng)。這種新系統(tǒng)既具有分段系統(tǒng)的便于實現(xiàn)、分段可共享、易于保護、可動態(tài)鏈接等一系列優(yōu)點，有能像分頁系統(tǒng)那樣很好地解決內(nèi)存的外部碎片問題，以及可為各個分段離散地分配內(nèi)存等問題。  關(guān)鍵字： 分頁方式，分段方式，段頁式方式，操作系統(tǒng)

3、。一.引言分頁存儲管理是將一個進程的邏輯地址空間分成若干個大小相等的片，稱為頁面或頁。在分段存儲管理方式中，作業(yè)的地址空間被劃分為若干個段，每個段定義了一組邏輯信息。段的長度由相應的邏輯信息組的長度決定，因而個段長度不等。段頁式存儲管理方式是分段和分頁原理的結(jié)合，即先將用戶程序分成若干個段，再把每個段分成若干個頁，并為每一個段賦予一個段名。三種存儲管理都有其相應的段表、頁表和地址變換機構(gòu)。二三種存儲管理方式地址換算描述（1）分頁存儲管理方式在頁式存儲管理方式中地址結(jié)構(gòu)由兩部構(gòu)成，前一部分是頁號，后一部分為頁內(nèi)地址w（位移量），如圖  為了實現(xiàn)從進程的邏輯地址到物理地址的變換功能，在系

4、統(tǒng)中設(shè)置了頁表寄存器，用于存放頁表在內(nèi)存中的始址和頁表的長度。當進程要訪問某個邏輯地址中的數(shù)據(jù)時，分頁地址變換機構(gòu)會自動地將有效地址（相對地址）分為頁號和頁內(nèi)地址兩部分，再以頁號為索引去檢索頁表。查找操作由硬件執(zhí)行。在執(zhí)行檢索之前，先將頁號與頁表長度進行比較，如果頁號大于或等于頁表長度，則表示本次所訪問的地址已超越進程的地址空間。于是，這一錯誤將被系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)并產(chǎn)生一地址越界中斷。若未出現(xiàn)越界錯誤，則將頁表始址與頁號和頁表項長度的乘積相加，便得到該表項在頁表中的位置，于是可從中得到該頁的物理塊號，將之裝入物理地址寄存器中。與此同時，再將有效地址寄存器中的頁內(nèi)地址送入物理地址寄存器的塊內(nèi)地址字段中。

5、這樣便完成了從邏輯地址到物理地址的變換。（2）分段存儲管理方式程序通過分段劃分為多個模塊，如代碼段、數(shù)據(jù)段、共享段：      可以分別編寫和編譯      可以針對不同類型的段采取不同的保護      可以按段為單位來進行共享，包括通過動態(tài)鏈接進行代碼共享為了實現(xiàn)從進程的邏輯地址到物理地址的變換功能，在系統(tǒng)中設(shè)置了段表寄存器，用于存放段表始址和段表長度TL。在進行地址變換時，系統(tǒng)將邏輯地址中的段號與段表長度TL進行比較。若S>TL，表示段

6、號太大，是訪問越界，于是產(chǎn)生越界中斷信號；若未越界，則根據(jù)段表的始址和該段的段號，計算出該段對應段表項的位置，從中讀出該段在內(nèi)存的起始地址，然后，再檢查段內(nèi)地址d是否超過該段的段長SL。若超過，即d>SL，同樣發(fā)出越界中斷信號；若未越界，則將該段的基址與段內(nèi)地址d相加，即可得到要訪問的內(nèi)存物理地址。 （3）段頁存儲管理方式 在段頁式系統(tǒng)中，為了便于實現(xiàn)地址變換，需配置一個段表寄存器，其中存放段表始址和段表長TL。進行地址變換時，首先利用段號S，將它與段表長TL進行比較。若S>TL,表示未越界，于是利用段表始址和段號來球出該段所對應的段表項在段表中的位置，從中得到

7、該段的頁表址，并利用邏輯地址中的段內(nèi)頁號P來獲得對應表的頁表項位置，從中讀出該頁所在的物理塊號b，再利用塊號b和頁內(nèi)地址來構(gòu)成物理地址。（4）段表、頁表、段表地址寄存器。為了進行地址轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)為每個作業(yè)建立一個段表，并且要為該作業(yè)段表中的每一個段建立一個頁表。系統(tǒng)中有一個段表地址寄存器來指出作業(yè)的段表起始地址和段表長度。 三程序模塊int settable1(int n,int k);/創(chuàng)建頁表 int printTable1(int n,int k);/顯示頁表 int transt(int n,int k,int add);/分頁地址換算 int defSect(int n,in

8、t *t);/創(chuàng)建段表 int printSect(int n);/輸出段表內(nèi)容 int transSect(int n,int s,int d);/進行分段地址換算函數(shù) int setSectTable(int n,int k);/創(chuàng)建段頁式內(nèi)容 int printSectTable(int n,int k);/顯示段頁內(nèi)容 int transSectPage(int n,int k,int s1,int s2,int s3);/段頁式地址換算 /定義頁表結(jié)構(gòu)體 typedef struct stable int y1;/頁號 int y2;/塊號 stable; struct stable

9、 setst512; /建立段表的結(jié)構(gòu)體 typedef struct setsect int d1;/段號 int d2;/段長 int d3;/基址 setsect; struct setsect sets512;/定義段表的總長度 /建立段頁式內(nèi)的頁表的結(jié)構(gòu)體 typedef struct table int dy1;/頁號 int dy2;/塊號 table; /建立段頁式的結(jié)構(gòu)體 typedef struct setAll struct table c1512;/定義段內(nèi)頁表的結(jié)構(gòu)體 int c2;/段號 int c3;/段長 int c4;/起始地址 setAll; struct

10、setAll set512;/定義段頁式的總長度 1.分頁系統(tǒng)int page(int A,int L) int d,P,kd,i; int WD; int PT256; for(i=1;i<256;i+) PTi=rand() %512;/定義隨機產(chǎn)生的快號在到之間 P=A/L;/頁號等于邏輯地址/頁面大小 d=A%L;/頁內(nèi)地址=邏輯地址頁面大小 if(P>L) printf("頁號大于頁表長度,越界中斷nn");/如果頁號大于頁表長度，輸出越界中段 else printf("頁號=邏輯地址/頁面大小=%d,頁內(nèi)地址=邏輯地址頁面大小=%dn&qu

11、ot;,P,d);/輸出頁號和頁內(nèi)地址 kd=PTP;/根據(jù)頁號隨機產(chǎn)生快號 printf("根據(jù)頁號%d得到塊號%dn",P,kd); WD=kd*L+d;/計算物理地址的公式 printf("物理地址=塊號%d*頁面大小%d+頁內(nèi)地址%dn",kd,L,d);/輸出物理地址=塊號*頁面大小+頁內(nèi)地址 printf("邏輯地址%d換算后的物理地址為%dnn",A,WD);/輸出物理地址的結(jié)果 return (0); 2.分段系統(tǒng) int Segment(int sn,int sd)int i,wd;for(i=0;i<255;

12、i+)st.segfi=rand()%255;/定義隨機產(chǎn)生段首地址為到之間st.segli=rand()%2048;/定義隨機產(chǎn)生段長度為到之間if(sn>256) printf("段號%d大于段表長度,越界中斷nn",sn);/如果段號大于段表長度，輸出越界中斷else if(sd>st.seglsn) printf("段內(nèi)地址%d大于段長度%d,越界中斷n",sd,st.seglsn);/如果段內(nèi)地址大于段長度，輸出越界中斷elseprintf("根據(jù)段號找到段首地址%dn",st.segfsn); printf(&

13、quot;物理地址=段首地址%d+段內(nèi)地址%dn",st.segfsn,sd); /輸出物理地址=段首地址+段內(nèi)地址 wd=st.segfsn+sd;/計算物理地址的算法 printf("換算得到的物理地址為:%dnn",wd);/輸出物理地址 return (0);3.段頁系統(tǒng)int SegPagt(int sn,int pn,int pd)int i,wd;sp.pl=256;for(i=0;i<255;i+)sp.pfi=sp.segfi=rand()%26624;/定義隨機產(chǎn)生的數(shù)在到之間sp.ptli=sp.segli=rand()%512;/定義

14、隨機產(chǎn)生的數(shù)在到之間sp.pti=rand()%256;/定義隨機產(chǎn)生的數(shù)在到之間if(sn>256) printf("段號%d大于段表長度,越界中斷nn",sn);/如果段號大于段表長度,輸出越界中斷else if(pn>sp.ptlpn) printf("頁號%d大于頁表長度%d,越界中斷n",pn,sp.ptlpn);/如果頁號大于頁表長度,輸出越界中斷else if(pd>sp.pl) printf("頁內(nèi)地址%d大于頁面長度%d,中斷n",pd,sp.pl);/如果頁內(nèi)地址大于頁面長度,輸出中斷else p

15、rintf("通過段號%d找到頁表首地址%dn通過頁號%d找到塊號%dn",sn,sp.pfsn,pn,sp.ptpn);/輸出頁表首地址和塊號 printf("物理地址=頁表首地址%d+快號%d*頁面長度%d+頁內(nèi)地址%dn",sp.pfsn,sp.ptpn,sp.pl,pd);/輸出物理地址=頁表首地址+快號*頁面長度+頁內(nèi)地址 wd=sp.pfsn+sp.ptpn*sp.pl+pd;/計算物理地址的公式 printf("物理地址為:%dnn",wd);/輸出物理地址的最好結(jié)果return (0);4.主函數(shù) int m

16、ain() int code; int pl,pa,sn,sd,pd,pn; /const int ptl ; int temp; do printf("-地址換算過程-nn"); printf(" 1.分頁式地址換算n"); printf(" 2.分段式地址換算n"); printf(" 3.段頁式地址換算n"); printf(" 4.結(jié)束運行nn"); printf("-n"); printf("請輸入您的選擇："); scanf("%d&

17、quot;,&code); switch(code) case 1: printf("注意:請演示設(shè)定頁表長度小于n"); printf("請輸入換算的邏輯地址：n"); scanf("%d",&pa); printf("頁面大?。˙）:n");scanf("%d",&pl); page(pa,pl); break; case 2: printf("請演示設(shè)定段表長度小于n"); printf("請輸入邏輯地址的段號:n"); sc

18、anf("%d",&sn); printf("段內(nèi)地址:n"); scanf("%d",&sd); Segment(sn,sd); break; case 3: printf("預設(shè)定段表長為,頁面大小為n"); printf("請輸入邏輯地址的段號:n"); scanf("%d",&sn); printf("頁號:n"); scanf("%d",&pn); printf("頁內(nèi)地址:n&quo

19、t;); scanf("%d",&pd); SegPagt(sn,pn,pd); break; case 4:break; while (code<4);四三種存儲管理方式的地址變換機構(gòu)（1）分頁系統(tǒng)的地址變換機構(gòu)為了實現(xiàn)從進程的邏輯地址到物理地址的變換功能，在系統(tǒng)中設(shè)置了頁表寄存器，用于存放頁表在內(nèi)存中的始址和頁表的長度。當進程要訪問某個邏輯地址中的數(shù)據(jù)時，分頁地址變換機構(gòu)會自動地將有效地址（相對地址）分為頁號和頁內(nèi)地址兩部分，再以頁號為索引去檢索頁表。查找操作由硬件執(zhí)行。在執(zhí)行檢索之前，先將頁號與頁表長度進行比較，如果頁號大于或等于頁表長度，則表示本次所訪

20、問的地址已超越進程的地址空間。于是，這一錯誤將被系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)并產(chǎn)生一地址越界中斷。若未出現(xiàn)越界錯誤，則將頁表始址與頁號和頁表項長度的乘積相加，便得到該表項在頁表中的位置，于是可從中得到該頁的物理塊號，將之裝入物理地址寄存器中。與此同時，再將有效地址寄存器中的頁內(nèi)地址送入物理地址寄存器的塊內(nèi)地址字段中。這樣便完成了從邏輯地址到物理地址的變換。頁表始址頁表長度>頁號（3）頁內(nèi)地址1b頁表物理地址邏輯地址L越界中斷頁表寄存器頁號塊號0123（2）分段系統(tǒng)的地址變換機構(gòu)為了實現(xiàn)從進程的邏輯地址到物理地址的變換功能，在系統(tǒng)中設(shè)置了段表寄存器，用于存放段表始址和段表長度TL。在進行地址變換時，系統(tǒng)將邏輯

21、地址中的段號與段表長度TL進行比較。1.若S>TL，表示段號太大，是訪問越界，于是產(chǎn)生越界中斷信號；2.若未越界，則根據(jù)段表的始址和該段的段號，計算出該段對應段表項的位置，從中讀出該段在內(nèi)存的起始地址，然后，再檢查段內(nèi)地址d是否超過該段的段長SL。若超過，即d>SL，同樣發(fā)出越界中斷信號；3.若未越界，則將該段的基址與段內(nèi)地址d相加，即可得到要訪問的內(nèi)存物理地址。段表始址段表長度>2100越界有效地址段號段長基址0123物理地址（3） 段頁式系統(tǒng)中的地址變換機構(gòu)在段頁式系統(tǒng)中，為了便于實現(xiàn)地址變換，需配置一個段表寄存器，其中存放段表始址和段表長TL。進行地址變換時，首先利用段號S，將它與段表長TL進行比較。若S>TL,表示未越界，于是利用段表始址和段號來球出該段所對應的段表項在段表中的位置，從中得到該段的頁表始址，并利用邏輯地址中的段內(nèi)頁號P來獲得對應表的頁表項位置，從中讀出該頁所在的物理塊號b，再利用塊號b和頁內(nèi)地址來構(gòu)成物理地址。段表始址段表長度段表寄存器>段超長頁號P段號S頁內(nèi)地址0123段表長度頁表始址0123b塊號b塊內(nèi)地址頁表段表五.結(jié)果分析1）主菜單頁面 2）頁式頁面選擇 1輸入：換算的邏輯地址：120 頁面大?。?00輸出：頁號=1 頁內(nèi)地址=20塊號=41物理地址=4120 3）段式頁面 選擇 2輸入：換算的邏輯地址的段號