虛擬存儲器管理（C++實現）

原創

AHU_YZQ

2020-05-31 07:55

算法思想：

請求分頁虛擬存儲管理技術，是把作業地址空間的全部信息存放在磁盤上。當作業被選中運行時，先把作業的開始幾頁裝入主存，並啓動運行。爲此，在爲作業建立頁表時，應說明哪些頁已在主存，哪些頁不在主存。其中標誌表示對應頁是否已經裝入主存。1表示對應頁已經裝入主存；0表示對應頁未裝入主存；主存塊號表示該頁對應的主存塊號；修改位指示該頁調入主存後是否修改過的標誌；外存地址指示該頁所在的外存地址。
作業執行時，指令中的邏輯地址指出參加運算的操作數（或指令）地址中的頁號和頁內偏移量。硬件地址轉換機構按頁號查頁表。若該頁的標誌爲1，則表示該頁已在主存，從而找到該頁對應的主存塊號。計算關係式，絕對地址等於塊號*塊的長度+頁內偏移量。計算出預訪問的主存地址。由於頁長爲2的整次冪。所以只要將塊號和頁內偏移量相拼接。放入主存地址寄存器即可。按照該地址取指令或取操作數，完成指定的操作。
設計一個地址變換程序，模擬硬件地址變換過程，當訪問的頁在主存時，則形成絕對地址後，不去模擬指令的執行，而是輸出被轉換的地址，當訪問的頁不在主存時，則輸出該頁不在主存，產生缺頁中斷，以表示產生了一次缺頁中斷。

進行缺頁中斷處理，中斷返回後，重新執行該指令。假定主存的每塊長度爲64個字節，現有一個具有8頁的作業系統，爲其分配的4個主存塊（即m=4），且最多分四塊。其中第0頁至第3頁已經裝入主存。

（4）當採用LRU算法時。則淘汰最近很少訪問的頁。

代碼：

#include<iostream>
#include<vector>
#include<list>
#include<string>
using namespace std;

typedef struct pageTable{
	int pageNumber;
	int sign=0;
	int mainStorageBlockNumber;
	int modifiedBit=0;
	int externalAddress;
}pageTable;

typedef struct instructionTable{
	string operation;
	int pageNumber;
	int unitNumber;
}instructionTable;

void initPageTable(vector<pageTable>&p){
	int pageNumber[]={0,1,2,3,4,5,6,7};
	int sign[]={1,1,1,1,0,0,0,0};
	int mainStorageBlockNumber[]={5,8,9,10,-1,-1,-1,-1};
	int modifiedBit[]={1,1,0,0,-1,-1,-1,-1};
	int externalAddress[]={11,12,13,15,17,025,212,213};
	pageTable s;
	for(int i=0;i<8;i++){
		s.pageNumber=pageNumber[i];
		s.sign=sign[i];
		s.mainStorageBlockNumber=mainStorageBlockNumber[i];
		s.modifiedBit=modifiedBit[i];
		s.externalAddress=externalAddress[i];
		p.push_back(s);
	}
}

void initInstructionTable(vector<instructionTable>&p){
	string operation[]={"+","+","*","存","取","-","移位","+","存","取","+","取"};
	int pageNumber[]={0,1,2,3,0,6,4,5,1,7,4,6};
	int unitNumber[]={40,50,16,22,54,40,52,22,34,56,2,76};
	instructionTable s;
	for(int i=0;i<12;i++){
		s.operation=operation[i];
		s.pageNumber=pageNumber[i];
		s.unitNumber=unitNumber[i];
		p.push_back(s);
	}
}

void printPageTable(vector<pageTable>p){
	cout<<"頁表中的內容如下:"<<endl;
	cout<<"頁號\t"<<"標誌\t"<<"主存塊號\t"<<"外存地址\t"<<"修改位"<<endl;
	for(vector<pageTable>::iterator it=p.begin();it!=p.end();it++){
		cout<<it->pageNumber<<"\t"<<it->sign<<"\t"<<it->mainStorageBlockNumber<<"\t\t"<<it->externalAddress<<"\t\t"<<it->modifiedBit<<endl;
	}
}

void printInstructionTable(vector<instructionTable>p){
	cout<<"指令表的內容如下:"<<endl;
	cout<<"操作\t"<<"頁號\t"<<"單元號"<<endl;
	for(vector<instructionTable>::iterator it=p.begin();it!=p.end();it++)
		cout<<it->operation<<"\t"<<it->pageNumber<<"\t"<<it->unitNumber<<endl;
	cout<<endl;
}

void addressTranform(vector<pageTable>&p,vector<instructionTable>&q){
	int absoluteAddress;
	vector<int>l;
	bool flag;
	for(vector<instructionTable>::iterator it=q.begin();it!=q.end();it++){
		cout<<"當前指令:"<<endl;
		cout<<"操作\t"<<"頁號\t"<<"單元號"<<endl;
		cout<<it->operation<<"\t"<<it->pageNumber<<"\t"<<it->unitNumber<<endl;
		vector<pageTable>::iterator it2;
		for(it2=p.begin();it2!=p.end();it2++)
			if(it->pageNumber==it2->pageNumber)
				break;
		if(it2->sign==1){
			absoluteAddress=it2->mainStorageBlockNumber*64+it->unitNumber;
			cout<<"絕對地址:"<<absoluteAddress<<endl;
			if(it->operation=="存")
				it2->modifiedBit=1;
			flag=true;
			for(vector<int>::iterator it3=l.begin();it3!=l.end();it3++)
				if(it->pageNumber==*it3){
					l.erase(it3);
					l.insert(l.begin(),it->pageNumber);
					flag=false;
					break;
				}
			if(flag){
				if(l.size()<4)
					l.insert(l.begin(),it->pageNumber);
				else{
					l.pop_back();
					l.insert(l.begin(),it->pageNumber);
				}
			}
		}
		else{
			cout<<"該頁不在主存,產生缺頁中斷"<<endl;
			int t=l.back();
			l.pop_back();
			l.insert(l.begin(),it->pageNumber);
			vector<pageTable>::iterator i;
			for(i=p.begin();i!=p.end();i++)
				if(i->pageNumber==t){
					i->sign=0;
					i->modifiedBit=-1;
					it2->sign=1;
					it2->mainStorageBlockNumber=i->mainStorageBlockNumber;
					i->mainStorageBlockNumber=-1;
					break;
				}
			absoluteAddress=it2->mainStorageBlockNumber*64+it->unitNumber;
			cout<<"絕對地址:"<<absoluteAddress<<endl;
		}
		printPageTable(p);
		cout<<"棧中的序列:";
		for(vector<int>::iterator i=l.begin();i!=l.end();i++)
			cout<<*i<<"";
		cout<<endl<<endl<<endl;
	}
}

int main(){
	vector<pageTable>p;
	vector<instructionTable>q;
	cout<<"初始化頁表和指令表:"<<endl;
	initPageTable(p);
	printPageTable(p);
	initInstructionTable(q);
	printInstructionTable(q);
addressTranform(p,q);
	getchar();
	getchar();
	return 0;
}

結果：