虚拟存储器管理系统操作系统课程设计

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1、目录第1章设计任务分析11．1虚拟存储技术分析11.1.1虚拟存储技术概述11.1.2虚拟存储技术的概念11.1.3虚拟存储技术的优势11．2使用算法分析：21.2.1FIFO算法（先进先出淘汰算法）21.2.2LRU算法（最久未使用淘汰算法）31.2.3OPT算法（最佳淘汰算法）4第2章总设计方案52.1置换算法思想52.1.1 最佳置换算法(Optimal)：52.1.2 先进先出(FIFO)页面置换算法：52.1.3LRU置换算法：LRU(LeastRecentlyUsed)置换算法的描述52．2LRU置换算法的硬件支持52.2.1寄存器52.2.2

2、栈6第3章程序设计结构图73．1虚拟存储管理器系统设计总框图73．2各模块功能N-S图7第4章程序测试结果12第5章设计心得1415第1章设计任务分析本设计的目的是通过设计一个简单的虚拟存储器管理系统来模拟实际的页面调度算法与过程，以掌握这种有用的技术。要求将其输入/输出处理程序编成一个独立的进程模块并与其它请求输入/输出的进程并发运行。并要求加入设备管理子模块。1．1虚拟存储技术分析1.1.1虚拟存储技术概述   虚拟存储技术是随着计算机技术的发展而发展起来的。早在20世纪70年代，为了克服内存容量小成本高而不适应大型程序应用需要的矛盾，人们开发了虚拟内存技

3、术。随着计算机技术及相关信息处理技术的不断发展，人们对存储的需求越来越大，单个大容量磁盘已不能适应应用的需要，虚拟存储技术又有进一步的发展，如在操作系统下将一组硬盘捆绑成带区集（STRIP）作为单个逻辑存储单元供主机访问；磁盘冗余阵列（RAID）技术将多个物理磁盘通过一定的逻辑关系集合起来，成为一个大容量的虚拟磁盘。从某种意义上讲，SAN本身也是虚拟存储技术的应用。1.1.2虚拟存储技术的概念　　所谓虚拟存储技术，是指把多个物理上独立存在的存储体通过软件或硬件的手段集中管理起来，形成一个逻辑上的虚拟存储单元供主机访问。这个虚拟逻辑单元的存储容量是它所集中管理

4、的各物理存储体的存储容量之和，而它的访问带宽则在一定程度上接近各个物理存储体的访问带宽之和。虚拟存储实际上是逻辑存储，是一种智能、有效地管理存储数据的方式。虚拟存储克服了物理存储的局限，它可以把物理设备变成完全不同的逻辑镜像，呈现给用户，既充分利用了物理设备的优势，如高性能、高可用，又打破了物理设备本身不可克服的局限性。从用户角度看，使用存储空间而不是使用物理存储硬件，管理存储空间而不是管理物理存储部件，这就是虚拟存储的概念。1.1.3虚拟存储技术的优势虚拟存储技术不仅可以提高主机访问存储设备的性能，同时对于存储容量的扩展是非常方便的，可以保护原有投资，实现

5、不影响正常数据访问的前提下的动态扩容。虚拟存储技术为实际应用带来的好处主要体现在以下几个方面：15　1）虚拟存储技术使网络系统存储部分的重要指标——单个逻辑单元的存储容量和访问带宽相对单个物理存储体大大提高，适应了网络应用特别是视频网络应用的需要。2）在虚拟存储环境下，无论后端物理存储体是什么设备，服务器及其应用系统看到的都是其熟悉的存储设备的逻辑镜像。即使物理存储体发生变化，其逻辑镜像也不发生变化，应用系统无需关心后端存储，只需专注于管理存储空间，使得存储管理变得轻松简单，便于灵活配置。3）虚拟存储是一种智能化的系统，它允许客户以透明有效的方式在磁盘或磁

6、带上存储数据，使客户的存储系统容纳更多的数据，也使更多的用户可以共享同一个系统。虚拟存储器的效率是系统性能评价的重要内容，它与主存容量、页面大小、命中率，程序局部性和替换算法等因素有关。1．2使用算法分析：1.2.1FIFO算法（先进先出淘汰算法）1)什么是先进先出淘汰算法？该算法总是淘汰最先进入内存的页面，即悬着在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。2)实现方法系统保留一张次序表，该表记录了作业程序的各页面进入主存的先后次序。·用数组作次序表可在主存中建立一个m(m是分配给该作业的存储块数)个元素的页号表和一个调换指针。如下图所示：替换指针页号指向最老一页24

7、51·用存储分块表作次序表该次序表以块号为序，依次各块的分配情况。这里假定m＝4，且4，5，1，2页以依次装入2，6，7，4各存储块中。此时存储分块表如下图所示：15（a）替换以前1.2.2LRU算法（最久未使用淘汰算法）1)什么是最久未使用淘汰算法？当需要淘汰一页时，总是选择最长时间未被使用的那一页淘汰。151)实现方法·用硬件实现此算法每一页可以设置一个R位的寄存器；每次访问一页时，将该页所对应的寄存器的最左一位置1；每隔时间t将所有的R位寄存器右移一位。这样，在T＝Rt时间内，方问过的页多对应的寄存器R内时一个不全为0的整数，而没有访问过的页相对应的R之值

8、为0。当缺页中断时，选择