虚拟内存管理器实验报告

简介：
本实验报告详细探讨了虚拟内存管理机制，包括页面置换算法、地址转换过程及其实现技术，并通过编程实践加深理解。 ### 完整虚拟存储管理器实验报告 #### 一、实验目的 请求页式虚存管理是常用的虚拟存储技术之一。通过模拟请求页式虚存管理系统中的页面置换算法，有助于理解虚拟内存的特点，并深入掌握该系统下的页面调度方法。 #### 二、实验环境 使用Turbo C 2.0/3.0或VC++6.0作为开发工具 #### 三、实验内容 本项目要求利用C语言编写一个模拟程序，以实现如下功能：创建拥有一定数量虚页的进程，并在给定实页数的情况下运行。当发生缺页中断时，分别使用FIFO（先进先出）和LRU（最近最久未用）算法进行页面替换操作。其中，虚拟内存中的页面数目可以预先设定为10个；对这些虚拟页面访问的一系列地址流也可以由程序随机生成或者从文件中读取。运行过程中屏幕需显示置换过程的状态信息，并在最终输出总的命中率（即成功定位到的页数占总请求次数的比例）。此外，该模拟程序还应支持通过调整为进程分配的不同实内存大小来比较两种算法的效果。 #### 四、实验说明 1. **虚页和实页的设计** 在设计中使用C语言中的结构体表示虚拟页面与物理页面的定义。具体如下： - 虚拟页面包含两个字段：`pn`（代表该虚拟分片的编号，取值范围为0到9）；以及 `pfn` （指向对应的物理内存位置，未装入时其值设为-1，在已装载的情况下则存储实页号）。此外还有一个用于LRU算法的时间戳标记。 - 物理页面同样包含两个字段：`pn`（代表当前存放的虚拟分片编号）；以及 `pfn` （物理内存的位置，取值范围从0到n-1，取决于分配的实际内存量）。另外还定义了一个指针域 `next` 用于链接多个实页形成链表结构。 2. **缺页次数统计** 设计一个变量 count 来记录所有访问请求中成功命中虚拟页面的总数。每当对某个虚页进行调用且其 pfn 不等于-1时，代表该请求得到了满足，则增加一次计数；最终计算出的命中率即为count除以总请求数量再乘上百分比。 3. **LRU算法中的时间戳处理** 设立一个全局变量 countime 用于记录每次访问的时间点。每执行一次页面查询操作，都会更新对应虚拟页的时间戳字段；当需要依据 LRU 策略进行替换时，则从已分配的所有物理内存中挑选出最近最少使用过的那个虚拟分片作为候选被移除对象。 4. **实页组织方式** 由于实际可利用的页面数量 n 是由用户在程序运行过程中指定，因此采用链表形式来管理这些节点。特别地引入了 free 和 busy 这两个列表：free 列表用于存放尚未分配出去的所有物理内存单元；busy 列表则记录所有当前被占用的状态。当访问到一个未存在于任何实页中的虚拟分片时会触发缺页中断，此时如果 free 链表中仍有可用节点，则直接从其头部取出并配置给目标虚页面；若无空闲位置可选，则需执行替换操作：对于 FIFO 算法而言就是将 busy 列表最前端的实内存单元释放出来，并将其后移至链尾部进行更新；而对于 LRU 方式来说则需要遍历整个busy列表，找出最近最少使用的虚页来完成置换动作。