操作系統(tǒng)課設(shè)——三種存儲(chǔ)管理方式的地址換算

1、題 目 三種存儲(chǔ)管理方式的地址換算 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)： 學(xué) 院： 指導(dǎo)教師： 姚若龍 2018年11月27日【目錄】摘要01引言02算法設(shè)計(jì)02程序分析04算法分析09調(diào)試結(jié)果11個(gè)人總結(jié)15參考文獻(xiàn)15摘要： 操作系統(tǒng)（Operating System，OS）是方便用戶、管理和控制計(jì)算機(jī)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(duì)計(jì)算機(jī)硬件的擴(kuò)充；從人機(jī)交互方式來(lái)看，操作系統(tǒng)是用戶與機(jī)器的接口；從計(jì)算機(jī)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(wú)序模塊的有序?qū)哟握{(diào)用。操作系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方面體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)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(wù)。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(yè)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(yè)式系統(tǒng)則是把前兩種結(jié)合起來(lái)形成的系統(tǒng)。這種新系統(tǒng)既具有分段系統(tǒng)的便于實(shí)現(xiàn)、分段可共享、易于保護(hù)、可動(dòng)態(tài)鏈接等一系列優(yōu)點(diǎn)，有能像分頁(yè)系統(tǒng)那樣很好地解決內(nèi)存的外部碎片問(wèn)題，以及可為各個(gè)分段離散地分配內(nèi)存等問(wèn)題。  關(guān)鍵字： 分頁(yè)方式，分段方式，段頁(yè)式方式，操作系統(tǒng)

3、。一.引言分頁(yè)存儲(chǔ)管理是將一個(gè)進(jìn)程的邏輯地址空間分成若干個(gè)大小相等的片，稱為頁(yè)面或頁(yè)。在分段存儲(chǔ)管理方式中，作業(yè)的地址空間被劃分為若干個(gè)段，每個(gè)段定義了一組邏輯信息。段的長(zhǎng)度由相應(yīng)的邏輯信息組的長(zhǎng)度決定，因而個(gè)段長(zhǎng)度不等。段頁(yè)式存儲(chǔ)管理方式是分段和分頁(yè)原理的結(jié)合，即先將用戶程序分成若干個(gè)段，再把每個(gè)段分成若干個(gè)頁(yè)，并為每一個(gè)段賦予一個(gè)段名。三種存儲(chǔ)管理都有其相應(yīng)的段表、頁(yè)表和地址變換機(jī)構(gòu)。二三種存儲(chǔ)管理方式地址換算描述（1）分頁(yè)存儲(chǔ)管理方式在頁(yè)式存儲(chǔ)管理方式中地址結(jié)構(gòu)由兩部構(gòu)成，前一部分是頁(yè)號(hào)，后一部分為頁(yè)內(nèi)地址w（位移量），如圖  為了實(shí)現(xiàn)從進(jìn)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(yè)表寄存器，用于存放頁(yè)表在內(nèi)存中的始址和頁(yè)表的長(zhǎng)度。當(dāng)進(jìn)程要訪問(wèn)某個(gè)邏輯地址中的數(shù)據(jù)時(shí)，分頁(yè)地址變換機(jī)構(gòu)會(huì)自動(dòng)地將有效地址（相對(duì)地址）分為頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址兩部分，再以頁(yè)號(hào)為索引去檢索頁(yè)表。查找操作由硬件執(zhí)行。在執(zhí)行檢索之前，先將頁(yè)號(hào)與頁(yè)表長(zhǎng)度進(jìn)行比較，如果頁(yè)號(hào)大于或等于頁(yè)表長(zhǎng)度，則表示本次所訪問(wèn)的地址已超越進(jìn)程的地址空間。于是，這一錯(cuò)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(cuò)誤，則將頁(yè)表始址與頁(yè)號(hào)和頁(yè)表項(xiàng)長(zhǎng)度的乘積相加，便得到該表項(xiàng)在頁(yè)表中的位置，于是可從中得到該頁(yè)的物理塊號(hào)，將之裝入物理地址寄存器中。與此同時(shí)，再將有效地址寄存器中的頁(yè)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(chǔ)管理方式程序通過(guò)分段劃分為多個(gè)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(duì)不同類型的段采取不同的保護(hù)      可以按段為單位來(lái)進(jìn)行共享，包括通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接進(jìn)行代碼共享為了實(shí)現(xiàn)從進(jìn)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(zhǎng)度TL。在進(jìn)行地址變換時(shí)，系統(tǒng)將邏輯地址中的段號(hào)與段表長(zhǎng)度TL進(jìn)行比較。若S>TL，表示段

6、號(hào)太大，是訪問(wèn)越界，于是產(chǎn)生越界中斷信號(hào)；若未越界，則根據(jù)段表的始址和該段的段號(hào)，計(jì)算出該段對(duì)應(yīng)段表項(xiàng)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(guò)該段的段長(zhǎng)SL。若超過(guò)，即d>SL，同樣發(fā)出越界中斷信號(hào)；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(wèn)的內(nèi)存物理地址。 （3）段頁(yè)存儲(chǔ)管理方式 在段頁(yè)式系統(tǒng)中，為了便于實(shí)現(xiàn)地址變換，需配置一個(gè)段表寄存器，其中存放段表始址和段表長(zhǎng)TL。進(jìn)行地址變換時(shí)，首先利用段號(hào)S，將它與段表長(zhǎng)TL進(jìn)行比較。若S>TL,表示未越界，于是利用段表始址和段號(hào)來(lái)球出該段所對(duì)應(yīng)的段表項(xiàng)在段表中的位置，從中得到

7、該段的頁(yè)表址，并利用邏輯地址中的段內(nèi)頁(yè)號(hào)P來(lái)獲得對(duì)應(yīng)表的頁(yè)表項(xiàng)位置，從中讀出該頁(yè)所在的物理塊號(hào)b，再利用塊號(hào)b和頁(yè)內(nèi)地址來(lái)構(gòu)成物理地址。（4）段表、頁(yè)表、段表地址寄存器。為了進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)為每個(gè)作業(yè)建立一個(gè)段表，并且要為該作業(yè)段表中的每一個(gè)段建立一個(gè)頁(yè)表。系統(tǒng)中有一個(gè)段表地址寄存器來(lái)指出作業(yè)的段表起始地址和段表長(zhǎng)度。 三程序模塊int settable1(int n,int k);/創(chuàng)建頁(yè)表 int printTable1(int n,int k);/顯示頁(yè)表 int transt(int n,int k,int add);/分頁(yè)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(jìn)行分段地址換算函數(shù) int setSectTable(int n,int k);/創(chuàng)建段頁(yè)式內(nèi)容 int printSectTable(int n,int k);/顯示段頁(yè)內(nèi)容 int transSectPage(int n,int k,int s1,int s2,int s3);/段頁(yè)式地址換算 /定義頁(yè)表結(jié)構(gòu)體 typedef struct stable int y1;/頁(yè)號(hào) int y2;/塊號(hào) stable; struct stable

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

10、setAll set512;/定義段頁(yè)式的總長(zhǎng)度 1.分頁(yè)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(jī)產(chǎn)生的快號(hào)在到之間 P=A/L;/頁(yè)號(hào)等于邏輯地址/頁(yè)面大小 d=A%L;/頁(yè)內(nèi)地址=邏輯地址頁(yè)面大小 if(P>L) printf("頁(yè)號(hào)大于頁(yè)表長(zhǎng)度,越界中斷nn");/如果頁(yè)號(hào)大于頁(yè)表長(zhǎng)度，輸出越界中段 else printf("頁(yè)號(hào)=邏輯地址/頁(yè)面大小=%d,頁(yè)內(nèi)地址=邏輯地址頁(yè)面大小=%dn&qu

11、ot;,P,d);/輸出頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址 kd=PTP;/根據(jù)頁(yè)號(hào)隨機(jī)產(chǎn)生快號(hào) printf("根據(jù)頁(yè)號(hào)%d得到塊號(hào)%dn",P,kd); WD=kd*L+d;/計(jì)算物理地址的公式 printf("物理地址=塊號(hào)%d*頁(yè)面大小%d+頁(yè)內(nèi)地址%dn",kd,L,d);/輸出物理地址=塊號(hào)*頁(yè)面大小+頁(yè)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(jī)產(chǎn)生段首地址為到之間st.segli=rand()%2048;/定義隨機(jī)產(chǎn)生段長(zhǎng)度為到之間if(sn>256) printf("段號(hào)%d大于段表長(zhǎng)度,越界中斷nn",sn);/如果段號(hào)大于段表長(zhǎng)度，輸出越界中斷else if(sd>st.seglsn) printf("段內(nèi)地址%d大于段長(zhǎng)度%d,越界中斷n",sd,st.seglsn);/如果段內(nèi)地址大于段長(zhǎng)度，輸出越界中斷elseprintf("根據(jù)段號(hào)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(jì)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(yè)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(jī)產(chǎn)生的數(shù)在到之間sp.ptli=sp.segli=rand()%512;/定義

14、隨機(jī)產(chǎn)生的數(shù)在到之間sp.pti=rand()%256;/定義隨機(jī)產(chǎn)生的數(shù)在到之間if(sn>256) printf("段號(hào)%d大于段表長(zhǎng)度,越界中斷nn",sn);/如果段號(hào)大于段表長(zhǎng)度,輸出越界中斷else if(pn>sp.ptlpn) printf("頁(yè)號(hào)%d大于頁(yè)表長(zhǎng)度%d,越界中斷n",pn,sp.ptlpn);/如果頁(yè)號(hào)大于頁(yè)表長(zhǎng)度,輸出越界中斷else if(pd>sp.pl) printf("頁(yè)內(nèi)地址%d大于頁(yè)面長(zhǎng)度%d,中斷n",pd,sp.pl);/如果頁(yè)內(nèi)地址大于頁(yè)面長(zhǎng)度,輸出中斷else p

15、rintf("通過(guò)段號(hào)%d找到頁(yè)表首地址%dn通過(guò)頁(yè)號(hào)%d找到塊號(hào)%dn",sn,sp.pfsn,pn,sp.ptpn);/輸出頁(yè)表首地址和塊號(hào) printf("物理地址=頁(yè)表首地址%d+快號(hào)%d*頁(yè)面長(zhǎng)度%d+頁(yè)內(nèi)地址%dn",sp.pfsn,sp.ptpn,sp.pl,pd);/輸出物理地址=頁(yè)表首地址+快號(hào)*頁(yè)面長(zhǎng)度+頁(yè)內(nèi)地址 wd=sp.pfsn+sp.ptpn*sp.pl+pd;/計(jì)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(guò)程-nn"); printf(" 1.分頁(yè)式地址換算n"); printf(" 2.分段式地址換算n"); printf(" 3.段頁(yè)式地址換算n"); printf(" 4.結(jié)束運(yùn)行nn"); printf("-n"); printf("請(qǐng)輸入您的選擇："); scanf("%d&

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

18、anf("%d",&sn); printf("段內(nèi)地址:n"); scanf("%d",&sd); Segment(sn,sd); break; case 3: printf("預(yù)設(shè)定段表長(zhǎng)為,頁(yè)面大小為n"); printf("請(qǐng)輸入邏輯地址的段號(hào):n"); scanf("%d",&sn); printf("頁(yè)號(hào):n"); scanf("%d",&pn); printf("頁(yè)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(chǔ)管理方式的地址變換機(jī)構(gòu)（1）分頁(yè)系統(tǒng)的地址變換機(jī)構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)從進(jìn)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(yè)表寄存器，用于存放頁(yè)表在內(nèi)存中的始址和頁(yè)表的長(zhǎng)度。當(dāng)進(jìn)程要訪問(wèn)某個(gè)邏輯地址中的數(shù)據(jù)時(shí)，分頁(yè)地址變換機(jī)構(gòu)會(huì)自動(dòng)地將有效地址（相對(duì)地址）分為頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址兩部分，再以頁(yè)號(hào)為索引去檢索頁(yè)表。查找操作由硬件執(zhí)行。在執(zhí)行檢索之前，先將頁(yè)號(hào)與頁(yè)表長(zhǎng)度進(jìn)行比較，如果頁(yè)號(hào)大于或等于頁(yè)表長(zhǎng)度，則表示本次所訪

20、問(wèn)的地址已超越進(jìn)程的地址空間。于是，這一錯(cuò)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(cuò)誤，則將頁(yè)表始址與頁(yè)號(hào)和頁(yè)表項(xiàng)長(zhǎng)度的乘積相加，便得到該表項(xiàng)在頁(yè)表中的位置，于是可從中得到該頁(yè)的物理塊號(hào)，將之裝入物理地址寄存器中。與此同時(shí)，再將有效地址寄存器中的頁(yè)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(yè)表始址頁(yè)表長(zhǎng)度>頁(yè)號(hào)（3）頁(yè)內(nèi)地址1b頁(yè)表物理地址邏輯地址L越界中斷頁(yè)表寄存器頁(yè)號(hào)塊號(hào)0123（2）分段系統(tǒng)的地址變換機(jī)構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)從進(jìn)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(zhǎng)度TL。在進(jìn)行地址變換時(shí)，系統(tǒng)將邏輯

21、地址中的段號(hào)與段表長(zhǎng)度TL進(jìn)行比較。1.若S>TL，表示段號(hào)太大，是訪問(wèn)越界，于是產(chǎn)生越界中斷信號(hào)；2.若未越界，則根據(jù)段表的始址和該段的段號(hào)，計(jì)算出該段對(duì)應(yīng)段表項(xiàng)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(guò)該段的段長(zhǎng)SL。若超過(guò)，即d>SL，同樣發(fā)出越界中斷信號(hào)；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(wèn)的內(nèi)存物理地址。段表始址段表長(zhǎng)度>2100越界有效地址段號(hào)段長(zhǎng)基址0123物理地址（3） 段頁(yè)式系統(tǒng)中的地址變換機(jī)構(gòu)在段頁(yè)式系統(tǒng)中，為了便于實(shí)現(xiàn)地址變換，需配置一個(gè)段表寄存器，其中存放段表始址和段表長(zhǎng)TL。進(jìn)行地址變換時(shí)，首先利用段號(hào)S，將它與段表長(zhǎng)TL進(jìn)行比較。若S>TL,表示未越界，于是利用段表始址和段號(hào)來(lái)球出該段所對(duì)應(yīng)的段表項(xiàng)在段表中的位置，從中得到該段的頁(yè)表始址，并利用邏輯地址中的段內(nèi)頁(yè)號(hào)P來(lái)獲得對(duì)應(yīng)表的頁(yè)表項(xiàng)位置，從中讀出該頁(yè)所在的物理塊號(hào)b，再利用塊號(hào)b和頁(yè)內(nèi)地址來(lái)構(gòu)成物理地址。段表始址段表長(zhǎng)度段表寄存器>段超長(zhǎng)頁(yè)號(hào)P段號(hào)S頁(yè)內(nèi)地址0123段表長(zhǎng)度頁(yè)表始址0123b塊號(hào)b塊內(nèi)地址頁(yè)表段表五.結(jié)果分析1）主菜單頁(yè)面 2）頁(yè)式頁(yè)面選擇 1輸入：換算的邏輯地址：120 頁(yè)面大?。?00輸出：頁(yè)號(hào)=1 頁(yè)內(nèi)地址=20塊號(hào)=41物理地址=4120 3）段式頁(yè)面 選擇 2輸入：換算的邏輯地址的段號(hào)