操作系统实验——虚拟存储

第一题：模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断。

（ 1 ） 分页式虚拟存储系统是把作业信息的副本存放在磁盘上，当作业被选中时，可把 作业的开始几页先装入主存且启动执行。为此，在为作业建立页表时，应说明哪 些页已在主存，哪些页尚未装入主存，页表的格式为： 页号、标志、主存块号、在磁盘上的位置 （2） 作业执行时，指令中的逻辑地址指出了参加运算的操作存放的页号和单元号，硬 2 件的地址转换机构按页号查页表，若该页对应标志为“ 1 ”，则表示该页已在主存， 这时根据关系式： 绝对地址 = 块号×块长 + 单元号 计算出欲访问的主存单元地址。如果块长为 2 的幂次，则可把块号作为高地址部 分，把单元号作为低地址部分，两者拼接而成绝对地址。若访问的页对应标志为 “ 0 ”，则表示该页不在主存，这时硬件发“缺页中断”信号，有操作系统按该页 在磁盘上的位置，把该页信息从磁盘读出装入主存后再重新执行这条指令。 （3） 设计一个“地址转换”程序来模拟硬件的地址转换工作。当访问的页在主存时， 则形成绝对地址，但不去模拟指令的执行，而用输出转换后的地址来代替一条指 令的执行。当访问的页不在主存时，则输出“ * 该页页号”，表示产生了一次缺页 中断 ......

第二题：用先进先出（FIFO）页面调度算法处理缺页中断。

......

Page.java

package 虚拟存储;
//页表
public class Page {
	public int pageNo; //页号
	public int flag;//标记是否放入主存
	public char blockNo;//主存块号
	public int diskAdd;//在磁盘上的位置
	public int revise;//修改位
	//构造方法
	public Page(int pageNo,int flag,char blockNo,int diskAdd,int revise) {
		this.pageNo=pageNo;
		this.flag=flag;
		this.blockNo=blockNo;
		this.diskAdd=diskAdd;
		this.revise=revise;
	}
	public void setRevise(int revise) {
		this.revise=revise;
	}
	public void setBlockNo(char blockNo) {
		this.blockNo=blockNo;
	}
	public void setFlag(int flag) {
		this.flag=flag;
	}
	public char getBlockNo() {
		return blockNo;
	}
	public int getPageNo() {
		return pageNo;
	}
	@Override  
    //改写父类方法,输出页表
    public String toString() {
        return "页号：" + pageNo +  "   是否放入主存：" +flag+ "   主存块号：" +blockNo+ "   修改位："+revise+"   在磁盘上的位置：" +diskAdd;
    }
}

JobWork.java

package 虚拟存储;

import java.util.List;

//指令类
public class JobWork {
	int jobNo;//指令序号
	public int pageNo;//页号
	public int unitNo;//单元号
	public boolean isInter=false;//所需页是否在主存
	public int xiugai;//页面是否被修改 0表示不修改 1表示修改
	public JobWork(int jobNo,int pageNo,int unitNo, int xiugai) { //构造函数
		this.jobNo=jobNo;
		this.pageNo=pageNo;
		this.unitNo=unitNo;
		this.xiugai=xiugai;
	}
	public boolean getIsInter() {
		return isInter;
	}
	@Override  
    //改写父类方法,输出指令信息
    public String toString() {
        return "指令"+jobNo+"   页号："+pageNo+"   单元号："+unitNo+"   是否修改页面："+xiugai;
    }
	public void work(List inter) { //指令执行
		//遍历链表 页是否已经在主存
		for(int i=0;i<=3;i++) {
			int tempNo=inter.get(i).getPageNo();
			//所用到的页在主存
			if(tempNo==pageNo) {
				//绝对地址：块号*128+单元号
				int add=inter.get(i).getBlockNo()*128+unitNo;
				System.out.println("  绝对地址:"+add);
				if(xiugai==1)
					inter.get(i).setRevise(1);//设置修改位为1
				isInter=true;
				return;
			}
		}
		System.out.println("  *************");
		return;
	}
}

Inter.java（内存或者主存？）

package 虚拟存储;

import java.util.linkedList;

public class Inter {
	
	//链表存储调入主存的页
	public linkedList list=new linkedList();
	
	
	//初始化
	public void init(Page[] page) {
        for(int i=0;i<=3;i++) {     //主存大小为4
			list.add(page[i]);
		}
	}
	
	
	//缺页中断处理 先进先出
    public void FIFO(JobWork job,Page[] page) {
    	
    	//去掉链表首元素
    	char alter=list.get(0).getBlockNo();//获取块号
		list.get(0).setFlag(0); //标志置为0
		list.get(0).setBlockNo('*'); //块号置为*
		list.remove(0);
		
		//链表尾部插入新页
		int xuyao=job.pageNo;//获取所需页的页号
		for(int i=0;i<=6;i++) {
			if(page[i].getPageNo()==xuyao) {
				page[i].setBlockNo(alter);//分配块号
				page[i].setFlag(1);//标志置为1
				list.addLast(page[i]);
			}
		}
	}
    
    
    //展示主存中所存页的页表
    public void displayList() {
    	System.out.println("~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~");
    	for(int m=0;m<=3;m++) {
    		System.out.println(list.get(m));
    	}
    	System.out.println("~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~");
  
    }
    
    
}

Test.java

package 虚拟存储;
public class Test {
	public static void main(String[] args) {
	    Page[] page=new Page[7];	
	    //7页作业 用数组存储
	    page[0]=new Page(0,1,'5',11,0);
	    page[1]=new Page(1,1,'8',12,0);
	    page[2]=new Page(2,1,'9',13,0);
	    page[3]=new Page(3,1,'1',21,0);
	    page[4]=new Page(4,0,'*',22,0);
	    page[5]=new Page(5,0,'*',23,0);
	    page[6]=new Page(6,0,'*',121,0);
		Inter inter=new Inter();
		//内存初始化
		inter.init(page); 
		//12条指令 数组存储
		JobWork[] job=new JobWork[12];
		job[0] =new JobWork( 1,0,70,1);
		job[1] =new JobWork( 2,1,50,1);
		job[2] =new JobWork( 3,2,15,1);
		job[3] =new JobWork( 4,3,21,0);
		job[4] =new JobWork( 5,0,56,0);
		job[5] =new JobWork( 6,6,40,1);
		job[6] =new JobWork( 7,4,53,1);
		job[7] =new JobWork( 8,5,23,1);
		job[8] =new JobWork( 9,1,37,0);
		job[9] =new JobWork(10,2,78,0);
		job[10]=new JobWork(11,4, 1,1);
		job[11]=new JobWork(12,6,84,0);
		inter.displayList();
		for(int n=0;n<=11;n++) {
			System.out.print(job[n]);
			job[n].work(inter.list);
			if(!job[n].getIsInter()) { 
				//所需页面不在主存 FIFO算法
				inter.FIFO(job[n], page);
				inter.displayList();
				System.out.print(job[n]);
				job[n].work(inter.list);
			}
		}
		System.out.println();
		System.out.println();
		System.out.println();	
		System.out.println();
		System.out.println();
		System.out.println();
		for(int p=0;p<=6;p++) {
			System.out.println(page[p]);
		}
			
	}

}

运行结果