操作系統頁式地址重定位模擬算法實現（C語言版）

目錄

一、基本地址變換機構

二、地址變換過程

三、實驗內容

四、代碼實現

五、運行結果

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一、基本地址變換機構

二、地址變換過程

• 1）分頁地址變換機構將相對地址分爲（頁號，頁內地址）      
•       頁號 P=INT[A/L]；頁內位移量  W=A MOD L；  
• 2）讀取PTR中的頁表長度。          
•       IF 頁號<頁表長度 THEN GOTO 3）ELSE 越界中斷；  
• 3）讀取PTR中的頁表始址
•       計算：頁表始址+頁號×頁表項長度          
•       得到該頁表項在頁表中的位置，對應得到該頁的物理塊號。裝入物理地址寄存器。  
• 4）將邏輯地址中的頁內地址送入物理地址寄存器的塊內地址字段，拼接，得到最後的物理地址：塊號×塊長度+W

三、實驗內容

當進程在CPU上運行時，如指令中涉及邏輯地址時，操作系統自動根據頁長得到頁號和頁內偏移，把頁內偏移拷貝到物理地址寄存器，再根據頁號，查頁表，得到該頁在內存中的塊號，把塊號左移頁長的位數（二進制實現），寫到物理地址寄存器。    

• 1、 設計頁表結構  
• 2、 設計地址重定位算法  
• 3、 有良好的人機對話界面

四、代碼實現

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>   //封裝時間的類庫，時間不會重複，產生隨機數最合適

#define N 100  //設定的頁表最大長度爲100
#define True 1
#define False 0

int process;      //進程大小
int Page_length; //頁長
int Page_Num;   //頁表長度
int Logical_Address;  //邏輯地址
int Physical_Address;//物理地址
int a[N];   //物理塊號集合
typedef struct PageTable  //定義一個頁表項
{ 
	int page_num;   //頁號
	int block_num; //對應的物理塊號
}PageTable;

PageTable PT[N];  //定義一個頁表

typedef struct LogicalAdd  //定義邏輯地址
{ 
	int page_num;  //邏輯地址對應的頁號
	int page_add; //對應的頁內地址
}LogicalAdd;
LogicalAdd LA;          

/*****************輸入進程信息*****************/
void input() 
{ 
	printf("請輸入進程大小:" ); 
	scanf("%d", &process); 
	printf("請輸入頁面大小:"); 
	scanf("%d", &Page_length);
} 

/*****************獲取到最小爲m，最大爲n，總數爲k個的不同隨機數*****************/
void get_rand(int m, int n, int k)//結果存在a數組中
{
    /*-----srand(time(0))----- */
	/*根據時間生成一個隨機數,僞隨機函數實現內存隨機分配, 
	  srand函數就用來初始化這個發生器，
	  參數time(0)能夠生成從1970年1月1日到當前機器時間的秒數，
	  這個數在你每次執行程序的時候都會不斷增長、變化，
	  所以用它當做種子來初始化發生器，
	  每次運行程序時，頁號對應的塊號都會發生變化。*/
	srand(time(0)); 
	int i, j, t;
    for(i = 0; i < k; )
    {
        /*rand()會返回一個範0~RAND_MAX（至少是32767）之間的僞隨機整數
        採用"模除+加法"的方法,產生指定範圍內的隨機整數
		在調用rand()函數之前,可以使用srand()函數設置隨機數種子,
		如果沒有設置隨機數種子，rand()函數在調用時,自動設計隨機數種子。
		隨機數種子相同,每次產生的隨機數也會相同。*/
		t = rand() % (n-m+1) + m; //[m,n] 
        for(j = 0; j < i; j ++) //比較新生成的隨機數t與a[0]~a[i-1] 
            if(a[j] == t) break;
        if(j == i)//不重複: j==i時，說明t與a數組中的數據（a[0]~a[i-1]）不重複 
            a[i++] = t;//記錄隨機數。等價於a[i]=t; i++;
    }
}

/*****************初始化函數，生成頁表*****************/
int init()  
{  
	if(process % Page_length!=0)
		Page_Num = process / Page_length + 1;  
	else
		Page_Num = process / Page_length;  
	if(Page_Num > N)
	{
		printf("該進程的頁表長度爲%d,大於設定長度%d,無法存儲\n", Page_Num, N); 
		return False;
	}
		
	get_rand(0, N-1, Page_Num); //生成Page_Num個0~N-1的隨機數，存到數組a中 
	 
	for (int i = 0; i < Page_Num; i++) //初始化頁表
	{ 
		PT[i].page_num = i; 
		PT[i].block_num = a[i]; //頁號對應的物理內存塊號
	}  
	return True;
} 

/*****************輸出頁表信息*****************/
void output( ) 
{
	printf("\n");
	printf("頁表長度爲：%d\n", Page_Num);
	printf("構造的頁表如下:\n");
	printf("\n");
	printf("\t頁號\t塊號\n");
	for (int i = 0; i < Page_Num; i++)
	{ 
	    printf("\t %d\t",PT[i].page_num);
		printf(" %d\n",PT[i].block_num);
	} 
	printf("\n");	
} 

/*****************轉換函數,邏輯地址轉換爲物理地址*****************/
int translate()  
{ 
	printf("輸入邏輯地址:"); 
	scanf("%d", &Logical_Address); 
	int i = 0; 
	LA.page_num = Logical_Address / Page_length;
	LA.page_add = Logical_Address % Page_length;

	if (LA.page_num >= Page_Num) 
	{
		printf("所查詢的邏輯地址不在該頁內,轉換失敗\n"); 
		return False;
	}
	
	while (i < Page_Num) 
	{ 
		if (PT[i].page_num == LA.page_num) //找到頁表項 
		{ 
			//找到LA.page_num對應的物理塊號PT[i].block_num
			Physical_Address = PT[i].block_num * Page_length + LA.page_add;
			printf("物理地址爲:%d\n", Physical_Address);
			break; 
		}          
		else i++; 
	}
	return True;
} 
 
/*****************主函數*****************/
int main()
{ 
	int choice;  
	printf("\t---------------------------------------------------\n");
	printf("\t||                                               ||\n");
	printf("\t||        歡迎使用頁式地址重定位模擬系統         ||\n");
	printf("\t||                                               ||\n");
	printf("\t||                                               ||\n");
	printf("\t||                 在此輸入個人姓名：******      ||\n");
	printf("\t---------------------------------------------------\n");

	for (;;)
	{
		printf("\t||                                               ||\n");
	    printf("\t||    請選擇：                                   ||\n");
	    printf("\t||          1:重定位        2:退出               ||\n");
		printf("\t||                                               ||\n");
	    printf("\t---------------------------------------------------\n");
		scanf("%d", &choice);
		switch (choice)
		{ 
		case 1:
			input(); 
			if (init() == False) return -1; 
			output();
			translate();			
			break; 		
		case 2: 
			printf("已經退出\n");  
			exit(0); //正常退出
		default:
			printf("輸入的值不合法，請重新輸入1或2\n"); 
		} 
	} 
	return 0; 
}

五、運行結果