操作系统页式地址重定位模拟算法实现（C语言版）

目录

一、基本地址变换机构

二、地址变换过程

三、实验内容

四、代码实现

五、运行结果

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一、基本地址变换机构

二、地址变换过程

• 1）分页地址变换机构将相对地址分为（页号，页内地址）      
•       页号 P=INT[A/L]；页内位移量  W=A MOD L；  
• 2）读取PTR中的页表长度。          
•       IF 页号<页表长度 THEN GOTO 3）ELSE 越界中断；  
• 3）读取PTR中的页表始址
•       计算：页表始址+页号×页表项长度          
•       得到该页表项在页表中的位置，对应得到该页的物理块号。装入物理地址寄存器。  
• 4）将逻辑地址中的页内地址送入物理地址寄存器的块内地址字段，拼接，得到最后的物理地址：块号×块长度+W

三、实验内容

当进程在CPU上运行时，如指令中涉及逻辑地址时，操作系统自动根据页长得到页号和页内偏移，把页内偏移拷贝到物理地址寄存器，再根据页号，查页表，得到该页在内存中的块号，把块号左移页长的位数（二进制实现），写到物理地址寄存器。    

• 1、 设计页表结构  
• 2、 设计地址重定位算法  
• 3、 有良好的人机对话界面

四、代码实现

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>   //封装时间的类库，时间不会重复，产生随机数最合适

#define N 100  //设定的页表最大长度为100
#define True 1
#define False 0

int process;      //进程大小
int Page_length; //页长
int Page_Num;   //页表长度
int Logical_Address;  //逻辑地址
int Physical_Address;//物理地址
int a[N];   //物理块号集合
typedef struct PageTable  //定义一个页表项
{ 
	int page_num;   //页号
	int block_num; //对应的物理块号
}PageTable;

PageTable PT[N];  //定义一个页表

typedef struct LogicalAdd  //定义逻辑地址
{ 
	int page_num;  //逻辑地址对应的页号
	int page_add; //对应的页内地址
}LogicalAdd;
LogicalAdd LA;          

/*****************输入进程信息*****************/
void input() 
{ 
	printf("请输入进程大小:" ); 
	scanf("%d", &process); 
	printf("请输入页面大小:"); 
	scanf("%d", &Page_length);
} 

/*****************获取到最小为m，最大为n，总数为k个的不同随机数*****************/
void get_rand(int m, int n, int k)//结果存在a数组中
{
    /*-----srand(time(0))----- */
	/*根据时间生成一个随机数,伪随机函数实现内存随机分配, 
	  srand函数就用来初始化这个发生器，
	  参数time(0)能够生成从1970年1月1日到当前机器时间的秒数，
	  这个数在你每次执行程序的时候都会不断增长、变化，
	  所以用它当做种子来初始化发生器，
	  每次运行程序时，页号对应的块号都会发生变化。*/
	srand(time(0)); 
	int i, j, t;
    for(i = 0; i < k; )
    {
        /*rand()会返回一个范0~RAND_MAX（至少是32767）之间的伪随机整数
        采用"模除+加法"的方法,产生指定范围内的随机整数
		在调用rand()函数之前,可以使用srand()函数设置随机数种子,
		如果没有设置随机数种子，rand()函数在调用时,自动设计随机数种子。
		随机数种子相同,每次产生的随机数也会相同。*/
		t = rand() % (n-m+1) + m; //[m,n] 
        for(j = 0; j < i; j ++) //比较新生成的随机数t与a[0]~a[i-1] 
            if(a[j] == t) break;
        if(j == i)//不重复: j==i时，说明t与a数组中的数据（a[0]~a[i-1]）不重复 
            a[i++] = t;//记录随机数。等价于a[i]=t; i++;
    }
}

/*****************初始化函数，生成页表*****************/
int init()  
{  
	if(process % Page_length!=0)
		Page_Num = process / Page_length + 1;  
	else
		Page_Num = process / Page_length;  
	if(Page_Num > N)
	{
		printf("该进程的页表长度为%d,大于设定长度%d,无法存储\n", Page_Num, N); 
		return False;
	}
		
	get_rand(0, N-1, Page_Num); //生成Page_Num个0~N-1的随机数，存到数组a中 
	 
	for (int i = 0; i < Page_Num; i++) //初始化页表
	{ 
		PT[i].page_num = i; 
		PT[i].block_num = a[i]; //页号对应的物理内存块号
	}  
	return True;
} 

/*****************输出页表信息*****************/
void output( ) 
{
	printf("\n");
	printf("页表长度为：%d\n", Page_Num);
	printf("构造的页表如下:\n");
	printf("\n");
	printf("\t页号\t块号\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");	
} 

/*****************转换函数,逻辑地址转换为物理地址*****************/
int translate()  
{ 
	printf("输入逻辑地址:"); 
	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("所查询的逻辑地址不在该页内,转换失败\n"); 
		return False;
	}
	
	while (i < Page_Num) 
	{ 
		if (PT[i].page_num == LA.page_num) //找到页表项 
		{ 
			//找到LA.page_num对应的物理块号PT[i].block_num
			Physical_Address = PT[i].block_num * Page_length + LA.page_add;
			printf("物理地址为:%d\n", Physical_Address);
			break; 
		}          
		else i++; 
	}
	return True;
} 
 
/*****************主函数*****************/
int main()
{ 
	int choice;  
	printf("\t---------------------------------------------------\n");
	printf("\t||                                               ||\n");
	printf("\t||        欢迎使用页式地址重定位模拟系统         ||\n");
	printf("\t||                                               ||\n");
	printf("\t||                                               ||\n");
	printf("\t||                 在此输入个人姓名：******      ||\n");
	printf("\t---------------------------------------------------\n");

	for (;;)
	{
		printf("\t||                                               ||\n");
	    printf("\t||    请选择：                                   ||\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("已经退出\n");  
			exit(0); //正常退出
		default:
			printf("输入的值不合法，请重新输入1或2\n"); 
		} 
	} 
	return 0; 
}

五、运行结果