Java模拟操作系统实现存储管理.pdf

Java模拟操作系统实现存储管理主要涉及的是计算机操作系统中的内存管理部分，特别是请求页式存储管理和页面替换算法。在操作系统中，由于物理内存有限，而程序可能需要的内存空间超过实际内存，因此需要通过虚拟内存机制来解决这一问题。在这个过程中，地址转换和页面替换算法起着关键作用。 1. **请求页式存储管理**： 请求页式存储管理是现代操作系统中常用的一种内存管理方式。它将程序的逻辑地址空间划分为固定大小的页，物理内存则被划分为与页大小相同的页框。程序运行时，不是一次性加载所有页面，而是当需要某一页时才将其调入内存，这就是"请求"的概念。如果所需页不在内存中，则发生缺页中断，由操作系统负责将该页从外存（通常是磁盘）读入内存。 2. **地址转换**： 在请求页式存储管理中，硬件通常包含一个页表，用于记录每个逻辑页在物理内存中的位置（页框号）。地址转换的过程是，CPU生成的逻辑地址由页号和页内偏移量组成，通过页表查找到对应的页框号，然后加上页内偏移量生成物理地址。在Java模拟中，可能需要编写函数实现这个逻辑。 3. **缺页中断**： 当需要访问的页不在内存中时，会触发缺页中断。中断处理程序会负责将缺失的页从外存加载到内存的空闲页框中，然后重新执行被中断的指令。在实验中，使用了FIFO（先进先出）页面替换算法来处理缺页中断。 4. **FIFO页面替换算法**： FIFO算法是最简单的页面替换策略，当需要一个新的页框时，它会替换最早进入内存的页面，即最老的页面。这种算法可能导致Belady异常，即增加分配的页框数反而增加缺页率。 5. **LRU（最近最少使用）页面替换算法**： LRU算法是一种更高效的策略，它总是替换最近最久未使用的页面。在Java模拟中，作为FIFO的扩展，可以实现LRU算法并进行比较，通常LRU能提供更好的性能。 6. **缺页中断率**： 实验要求分析在不同页架数（即内存中可以容纳的页面数量）下，缺页中断的发生频率，这有助于理解内存大小对程序执行效率的影响。 7. **数据结构与核心代码**： - `Instruction`类表示一条指令，包含了操作符、页号和页内地址，用于模拟程序的执行。 - `ExecuteFiFo`类是模拟执行FIFO页面替换算法的核心，包含了指令队列和页面存储队列，以及是否还有可用页架的信息。它还提供了调度和替换页面的方法。 在Java模拟中，可能会使用`ExecuteFiFo`类的实例来模拟程序执行，根据`Instruction`对象的序列进行地址转换和页面替换，同时记录和显示地址转变和页面调入调出的过程。通过调整页架数，观察并计算缺页中断率，可以深入理解存储管理的原理和不同页面替换算法的效果。