操作系统实验五虚拟存储器管理.doc

【虚拟存储器管理】是操作系统中的关键组成部分，它允许程序使用比实际物理内存更大的地址空间。虚拟存储器通过将部分程序和数据存储在硬盘上的交换区（也称为虚拟内存或辅存），并仅将当前需要的部分加载到主存中来实现这一目标。这样，即使系统物理内存有限，程序也能像拥有无限内存一样运行。 实验五主要关注的是**分页式存储管理**，这是一种常见的虚拟存储管理方式。在这种机制下，内存被划分为固定大小的块，称为**页**，同样，程序的地址空间也被划分为相同大小的页。每一页都有一个唯一的页号。当程序执行时，逻辑地址由页号和页内偏移量组成。硬件中的**地址转换机构**负责将逻辑地址转换为物理地址，它通过查找页表来确定页是否在主存中。 页表是一个重要的数据结构，其中记录了每个页的状态（在主存还是磁盘）以及页在主存中的位置（块号）。如果页表中的对应项标记为“1”，表示该页在主存，可以使用**块号**乘以**块长**再加上**页内偏移量**来计算物理地址。如果标记为“0”，则表示页不在主存，此时硬件会触发**缺页中断**。操作系统收到缺页中断后，会从磁盘读取所需页并将其放入主存，然后重新执行引起中断的指令。 实验中要求设计一个程序模拟地址转换过程，当访问的页在主存时，程序应生成对应的物理地址；若页不在主存，则输出缺页中断信息。此外，实验还涉及到了**FIFO（先进先出）页面调度算法**，这是一种简单的页面替换策略。当发生缺页时，FIFO算法会选择最早进入主存的页面进行淘汰。为了实现这个算法，可以使用一个数组来跟踪页面进入主存的顺序，每当有页面被淘汰时，都会从数组的头部（最先进入的页面）开始操作。 分页式存储管理的核心优势在于其简单性和高效性，但它也可能导致**Belady异常**，即使用FIFO算法时，增加分配给进程的物理页数反而可能导致缺页次数增加。此外，由于页表的存在，地址转换会引入一定的开销，这在高并发环境下可能成为性能瓶颈。因此，实际操作系统中可能会采用更复杂的页面调度算法，如LRU（最近最少使用）或LFU（最不经常使用）来提高效率。 虚拟存储器的使用使得操作系统能够有效地管理和优化内存资源，使得大型程序可以在有限的内存条件下运行，极大地提高了计算机系统的灵活性和可用性。同时，它也为多任务环境下的并发执行提供了基础，确保了各个进程的隔离和安全。通过理解和实践虚拟存储器管理，我们可以更好地理解和评估系统的性能，以及如何优化内存使用。