模拟操作系统分页存储管理地址转换实验

一、请求分页式存储管理概述： 请求分页式存储管理是一种虚拟存储管理方式，它允许程序的地址空间比实际物理内存更大。在请求分页系统中，程序的逻辑地址空间被划分为固定大小的页（Page），物理内存被划分为同样大小的块（Block），也称为页面框。程序运行时，其所需的页被动态地装入内存，未被占用的页可以暂时存放在磁盘上。当程序访问到某个逻辑地址时，系统会检查该地址对应的页是否在内存中，如果在，则直接访问；如果不在，则产生缺页中断，系统会暂停当前进程，从磁盘中将缺失的页调入内存中的某个空闲块，并更新页表，然后继续执行进程。 二、地址转换过程实现的关键知识点： 1、位示图（位映射）的使用： 位示图是一种高效的空间分配数据结构，常用于内存管理中描述内存的使用情况。每个位对应内存中的一个物理块，0通常表示该块空闲，1表示该块已被占用。通过位示图可以快速查询和更新内存的分配和释放状态，这对于实现请求分页式存储管理的地址转换至关重要。 2、页表的建立： 页表记录了逻辑地址到物理地址的映射关系，是请求分页式存储管理的核心组件。在初始化阶段，系统会根据输入的页大小和内存分配情况建立页表，并为每个页分配一个表项。表项中通常包含页号、块号、修改位、访问位等信息。在地址转换过程中，系统会根据逻辑地址中的页号在页表中查找对应的块号，从而实现逻辑地址到物理地址的转换。 3、二维页表的扩充： 在基本的请求分页系统中，为了实现更加复杂的内存管理策略（如页面置换算法），通常需要扩充页表结构，使其成为二维页表。二维页表中的每个表项不仅包含块号信息，还可能包括存在位、访问位、修改位等控制位，用于支持更高效的地址转换和页面置换。 4、页面调度次序： 页面调度是指在内存块数有限的情况下，决定哪些页应该从内存中移出，哪些页应该被调入内存的过程。页面调度次序的确定是通过页面置换算法实现的。常见的页面置换算法包括最优（OPT）、先进先出（FIFO）和最近最少使用（LRU）算法。 5、页面置换算法： OPT算法会选择将来最长时间内不会被访问的页面进行置换，但由于需要预知未来，实际操作中难以实现，一般作为理论分析的基准。FIFO算法按照页面进入内存的时间顺序进行置换，是最简单的置换算法。LRU算法则记录了每个页面的使用时间，当缺页发生时，置换最长时间未被访问的页面。这些算法都利用堆栈结构来模拟页面调入调出的过程，通过记录被换出和新换入的页面来评估算法性能。 通过上述知识点的掌握和实现，可以完成操作系统中请求分页式存储管理的地址转换过程的模拟实验。这种模拟实验能够加深对分页存储管理机制的理解，并对实际的操作系统设计与优化提供实践经验。