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1、齐齐哈尔大学操作系统课程综合实践题目：段页式存储算法班级： 计本131 姓名： 学号：指导教师：2016年 6月0 / 26段页式存储算法摘要：分页和分段存储管理方式都各有其优缺点，分页系统能有效地提高内存利用率，而分段系统则能很好滴满足用户需要。对两种存储管理方式“各取所长”，则可以将两者结合成一种新的存储管理方式系统。这种新系统既具有分段系统的便于实现、分段可共享、易于保护、可动态链接等一系列优点，又能像分页系统那样很好地解决内存的外部碎片问题，以及可为各个分段离散的分配内存等问题。把这种结合起来形成的新系统称为“段页是系统”。关键字：存储分配；内存块； 进程 一、实训内容与目的1、内容
2、编写程序完成段页式虚拟存储管理存储分配、地址重定位和缺页中断处理。（1）为一个进程的内存申请（多少个段，每个段多大）分配内存，当一个进程（完成）结束时回收内存；（2）对一个给定逻辑地址，判断其是否缺段、缺页，若不缺段、不缺页，则映射出其物理地址；（3）若缺段则进行缺段中断处理，若缺页则进行缺页中断处理。假定内存64K，内存块（页框）大小为1K，进程逻辑地址空间最多4个段，每个段最大16K，进程驻留集大小为8页。假设进程运行前未预先装入任何地址空间，页面淘汰策略采用局部（驻留集内）置换策略。输出每次存储分配/回收时，内存自由块分布情况、相关进程的段表和页表信息。2. 目的（1）加深理解段页式虚拟
3、存储管理的概念和原理。（2）掌握段页式存储管理中存储分配（和回收）方法；（3）深入了解段页式虚拟存储管理中地址重定位（即地址映射）方法。（4）深入理解段页式虚拟存储管理中缺段、缺页中断处理方法。二、主要设计思路和流程图1、设计思路（1）内存大小为64K，页框大小为1K，驻留集最多放8个页，在初始时所有块都空闲，并输出空闲状态和所有可用的空闲块。（2）进程、段表和页表均用结构体数组存储，其中每个进程对应一个段表，每个段表可以有一个或多个页表。每次查询一个页时，要通过进程号找相应的段，通过段号找到该页。（3）给出一个功能菜单，用户可以选择“创建进程”、“结束进程”、“查看内存”或地址映射。（4）当
4、用户选择“创建进程”时，现输入此次内存的总需求，即段号和相应的页数，并保存在一个全局的二维数组中，用于后面每个进程空间申请的数量的检查。用户分别输入进程号，每个进程需要的段数，段号和相应的页号，并标记好是否要调入驻留集。输入完成后，系统进行内存空间和驻留集空间的检查，若均未满，则分配成功；如果内存已满，则此次分配失败；如果驻留集已满，则修改溢出部分的标志位（即P位）。（5）分配好空间后，将输出每个进程相应的段表和页表项。（6）当用户选择“结束进程”时，清空该进程的段表和页表，修改标志位，释放掉在内存中的空间。（7）当用户选择“查看内存”时，输出当前在内存中的进程个数、已用的内存块数和空闲的内存
5、块数，并显示所用可用的空闲块。（8）当用户选择“地址映射”时，先输入想查找的进程号，在检验正确的情况下，输入段号和段内偏移量，判断段的标志位，若该段不在驻留集中，则为虚段，进行缺段中断处理；若在驻留集中，检验偏移量是否越界，在不越界的前提下，根据偏移量计算页号并判断页的标志位，若该页不在驻留集中，则为虚页，进行缺页中断处理，若在驻留集中，则计算出相应的物理地址并输出。2.程序流程图(1)总体流程图Menu();Init()othersExit;choice4132Finish_Pro()Check_Mem()Addr_Exchange()Apply_Mem()是否缺段、页页Alloc_Mem(
6、)否给出物理地址是FIFO_Strategy() Print_Table() Print_Table()（2） 进程创建流程图Input seg_sum_numInput seg_sumi0，seg_sumi0输入段号和相应的页数Input pro_numprocessCount += pro_numpro_numpro_num Pro_sum_sizepro_num = 0 & pro_num Pro_sum_sizei = 0 , i pro_numInput Processesi.pro_id;Input Processesi.Snum;i+;Int j = 0 , j Processe
7、si.SnumInput Processesi.Segmentsj.seg_id;Input Processesi.Segmentsj.is_p;J+;Processesi.Segmentsj.is_p01Int k = 0 ; k Processesi.Segmentsj.Pnum ;k+Input Processesi.Segmentsj.Pagesk.page_id;Input Processesi.Segmentsj.Pagesk.is_p;Int k = 0 ; k Processesi.Segmentsj.Pnum ;k+Input Processesi.Segmentsj.Pag
8、esk.page_id;Input Processesi.Segmentsj.Pagesk.is_p;Alloc_Mem()Print_Table()(3) 地址映射流程图Input pro_id输入映射的进程号Input s_id , offset输入段号和段内偏移量段地址越界地址映射失败段地址未越界FIFO_Strategy()该段为虚段该段为实段根据段表查页表，找到页框号该页为虚页FIFO_Strategy()计算出物理地址输出物理地址三、主要数据结构及其说明1、进程、段表及页表的存储（使用结构体数组）/自定义页表 struct Pageint block;int is_p; /记录是否
9、想调入内存int page_id ; /记录页号int frame_id ; /记录页框号int p_p ; /修改位，表示对应的页是否在内存中，0表示不在，1表示在int p_m ; /修改位，表示对应的页的内容从上一次装入到内存中到现在是否改变，0表示没有改变，1表示有;/自定义段表 struct Segmentint Pnum; /记录页数Page PagesMem_Size; int is_p; /记录是否想调入内存int seg_id ; /记录段号int p ;/页表指针，指向相应页的起始地址int s_p ; /修改位，表示对应的段是否在内存中，0表示不在，1表示在int s_m
10、 ; /修改位，表示对应的段的内容从上一次装入到内存中到现在是否改变，0表示没有改变，1表示有;/自定义进程结构体struct Processint pro_id ;/记录进程号int IsInMem;/记录进程是否在内存int Total;/记录某进程所需的总页数int Snum; /记录该进程的段数Segment Segments10;/进程数组的定义 Process ProcessesPro_sum_size; Segment SegmentsSeg_sum_size; Page PagesMem_Size; 2、使用一维数组存储驻留集int Res_Set Res_Set_Size;3
11、、函数介绍 Init(); /最初的内存初始化 Apply_Mem();/手工输入进程个数、段数以及段内地址的赋值函数 Alloc_Mem(); /系统分配内存 Check_Mem(); /查看内存 Finish_Pro(); /手动结束进程，释放相应空间 Print_Table();/段表和页表的打印 Addr_Exchange(); /地址转换函数 FIFO_Strategy(); /先进先出策略处理中断 Menu();/一个功能菜单函数一、 程序运行时的初值和运行结果1、输入：（1）创建进程：1. 共三个段，其中1号段8个页，2号段8个页，3号段8个页。2. 创建两个进程：P1：2个段，
12、1号段，调入内存，共5个页，1、2、4、5页调入驻留集，3号页不调入；2号段，不调入，两个页，分别为2号页和6号页。P2：1个段，3号段，调入内存，共5个页，1、2、3、4、5，全部调入驻留集。 （2）地址映射：P2： 3 123P1： 1 2050P1: 2 256 2、运行结果输入进程号和相应的内存需求后，显示每个进程的段表和页表：（此时驻留集已满！）查看内存，结果如下：进行地址映射：结束进程，释放空间：四、结束语经过了两周的学习和实验，我终于完成了段页式存储算法，从开始做到系统实现，再到论文的完成，每一步对我来说都是新的尝试与挑战。在这段时间，我学到了很多知识也有很多感受，查看相关的资料
13、和书籍，让自己头脑中段页是存储管理的概念逐渐清晰，了解了段式存储、页式存储以及段页式存储的的优缺点。使自己非常稚嫩作品一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获，每一次试验的成功都会让我兴奋好一段时间。这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫论文了。希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。参考文献1 计算机操作系统（实验指导书），滕艳平等编，哈尔滨工业大学出版社，2008年9月2操作系统习题解答与实验指导（第二版），张明等编，中国铁道出版社
14、，2007年12月3操作系统实验教程，张丽芬等编，清华大学出版社，2006年4操作系统学习辅导，张献忠编，清华大学出版社，2004年五、 源程序#define _CRT_SECURE_NO_DEPRECATE#include #include #include #define Mem_Size 64#define Block_Size 1#define Res_Set_Size 8 /驻留集空间为8个页#define Pro_sum_size 5 /定义全局变量int blockMem_Size; / 内存块状态标志数组，0：空闲，1：使用int seg_sumMem_Size2; /建立总的
15、段数的二维数组int processCount = 0; / 记录当前进程数int pageTotal; /总页数int count = 0; /记录进程已经占用的内存块数int in_mem_seg = 0;/记录调入内存的段数int in_mem_page = 0;/记录调入内存的段数int seg_sum_num = 0 ;/需要的总段数int seg_Pnum = 0; /记录每个段需要的内存int i_min , j_min ,k_min , t_min;/在LRU算法中记录使用时间最久的进程号、段号、页号和该/页在驻留集中的位置bool flag = true ;int pro_n
16、um = 0;/每一次进行进程申请的进程数量/自定义页表struct Pageint block;int is_p; /记录是否想调入内存int page_id ; /记录页号int frame_id ; /记录页框号int p_p ; /修改位，表示对应的页是否在内存中，0表示不在，1表示在int p_m ; /修改位，表示对应的页的内容从上一次装入到内存中到现在是否改变，0表示没/有改变，1表示有;/自定义段表struct Segmentint Pnum; /记录页数struct Page PagesMem_Size; int is_p; /记录是否想调入内存int seg_id ; /记
17、录段号int p ;/页表指针，指向相应页的起始地址int s_p ; /修改位，表示对应的段是否在内存中，0表示不在，1表示在int s_m ; /修改位，表示对应的段的内容从上一次装入到内存中到现在是否改变，0 表/示没有改变，1表示有;/自定义进程结构体struct Processint pro_id ;/记录进程号int IsInMem;/记录进程是否在内存int Total;/记录某进程所需的总页数int Snum; /记录该进程的段数struct Segment Segments10;/进程数组的定义 struct Process Processes5; struct Segmen
18、t Segments10; struct Page PagesMem_Size; int Res_Set Res_Set_Size;/内存空间使用输出void Menu();void FIFO_Strategy(); /先进先出策略void Check_Mem(); /查看内存void Init(); /进行初始化void Alloc_Mem(); /分配内存void Apply_Mem();/进程个数、段数以及段内地址的赋值函数void Addr_Exchange(); /地址转换函数void Finish_Pro(); /手动结束进程，释放相应空间void Print_Table();/段
19、表和页表的dayinvoid FIFO_Strategy()int p_id , s_id ,pa_id;int t , i , j , k;int temp1 = 0 , temp2 = 0 ;if(in_mem_page = Res_Set_Size)for(i = 0 ; i processCount ; i+)for(j = 0 ; j Processesi.Snum ;j+)for(k = 0 ; k Processesi.Segmentsj.Pnum ; k+)if(Processesi.Segmentsj.Pagesk.frame_id = Res_Set0)Processesi
20、.Segmentsj.Pagesk.p_p = 0;else if(Processesi.Segmentsj.Pagesk.p_p = 1)temp1+;if(temp1 = 0)Processesi.Segmentsj.s_p = 0;printf(段S%d已经被调出内存！n,Processesi.Segmentsj.seg_id);in_mem_seg-;temp2-;else if(Processesi.Segmentsj.s_p = 1)temp2+;if(temp2 = 0)Processesi.IsInMem = 0;printf(进程%d已经被调出内存！n,Processesi.
21、pro_id);printf(被淘汰的页框号为：%dn,Res_Set0);for(t = 1 ; t Res_Set_Size ; t+)Res_Sett-1 = Res_Sett;for(i = 0 ; i processCount ; i+)for(j = 0 ; j Processesi.Snum ; j+)for(k = 0 ; k Processesi.Segmentsj.Pnum ; k+)if(Processesi.Segmentsj.Pagesk.frame_id = Res_Set0 | Processesi.Segmentsj.Pagesk.frame_id = Res_
22、Set1|Processesi.Segmentsj.Pagesk.frame_id = Res_Set2|Processesi.Segmentsj.Pagesk.frame_id = Res_Set3|Processesi.Segmentsj.Pagesk.frame_id = Res_Set4|Processesi.Segmentsj.Pagesk.frame_id = Res_Set5|Processesi.Segmentsj.Pagesk.frame_id = Res_Set6)Processesi.Segmentsj.Pagesk.p_p = 1;elseProcessesi.Segm
23、entsj.Pagesk.p_p = 0;Res_SetRes_Set_Size-1 = -1;in_mem_page-;printf(请输入您想要调入内存的进程号和相应的段号、页号，中间用空格隔开：n);scanf(%d %d %d, &p_id , &s_id , &pa_id);for(i = 0 ; i processCount ; i+) if(Processesi.pro_id = p_id) for(j = 0 ; j Processesi.Snum ; j+) if(Processesi.Segmentsj.seg_id = s_id) for(k = 0 ; k Proces
24、sesi.Segmentsj.Pnum ; k+)if(Processesi.Segmentsj.Pagesk.page_id = pa_id) if(Processesi.Segmentsj.Pagesk.p_p = 0)printf(页%d已经成功调入内存!n, Processesi.Segmentsj.Pagesk.page_id);Processesi.Segmentsj.Pagesk.p_p = 1;in_mem_page+;Res_Setin_mem_page-1 = Processesi.Segmentsj.Pagesk.frame_id;Print_Table();elsepr
25、intf(页%d已经在内存中了!n,Processesi.Segmentsj.Pagesk.page_id);Menu();void Check_Mem()int k,i;printf(n内存总量：%d 块 n已用空间：%d 块n剩余空间：%d 块n进程总数：%d 个n, Mem_Size, count, Mem_Size-count, processCount);if (flag & count Mem_Size)printf(下面是可用的空闲块：n);for (k = 0 , i = 0 ; k Mem_Size ; k+)if (blockk = 0)printf(%2d , k, +i
26、);if (i = 10)putchar(n);i = 0;putchar(n);Menu();void Init()int i;/ 初始化内存状态标志数组for (i = 0 ; i Mem_Size ; i+)blocki = 0;/ 初始化驻留集for (i = 0 ; i 30 ; i+)Res_Seti = -1;printf(-n);printf(初始化结果如下：n);Check_Mem();flag = false;void Print_Table()int i,j,k;for(i = 0 ; i processCount ; i+) printf(进程p%d已经分配好内存!n,
27、Processesi.pro_id); Processesi.IsInMem = 1; printf(该进程的段表内容如下：n); for(j = 0 ; j Processesi.Snum ; j+) printf(段号： 段的长度： 页的起始地址： P位： M位：n); printf(%dt%dtt%dtt%dt%dn,Processesi.Segmentsj.seg_id,Processesi.Segmentsj.Pnum,Processesi.Segmentsj.p,Processesi.Segmentsj.s_p,Processesi.Segmentsj.s_m); printf(该
28、段的页表内容如下：n); printf(页号： 页框号： P位： M位：n); for(k = 0 ; k Processesi.Segmentsj.Pnum ; k+) printf(%dt%dt%dt%dtn,Processesi.Segmentsj.Pagesk.page_id,Processesi.Segmentsj.Pagesk.frame_id,Processesi.Segmentsj.Pagesk.p_p,Processesi.Segmentsj.Pagesk.p_m); void Alloc_Mem()int i,j,k,t;printf(nn*n);for(i = 0 ; i
29、 Mem_Size) for(j = 0 ; j Processesi.Snum ; j+) Processesi.Total += Processesi.Segmentsj.Pnum;printf(内存空间不足,进程p%d及以后的内存分配失败!,i+1);break;break; else for(j = 0 ; j Processesi.Snum ; j+) Processesi.Segmentsj.p = count ;if( Processesi.Segmentsj.is_p = 1) Processesi.Segmentsj.s_p = 1; else Processesi.Segm
30、entsj.s_p = 0; for(k = 0 ; k Res_Set_Size)printf(驻留集已满！页框号为%d以后的页没能进入驻留集。n,Res_SetRes_Set_Size-1);for(t = Res_Set_Size ; t in_mem_page ; t+)for(j = 0 ; j Processesi.Snum ; j+)for( k = 0 ; k Processesi.Segmentsj.Pnum ; k+)if(Res_Sett = Processesi.Segmentsj.Pagesk.frame_id)Processesi.Segmentsj.Pagesk.
31、p_p = 0;in_mem_page = Res_Set_Size; printf(nn); Print_Table();Menu();void Apply_Mem()int i,is,ts,j,tp,ip; int l = 0;int temp_count = 0;/输入内存总需求（多少段，每个段多大）printf(现记录您需要的总内存大小：n);printf(请输入您需要的总段数：);scanf(%d,&seg_sum_num);printf(请输入段号和相应的页数，中间用空格隔开:n);for (i = 0 ; i seg_sum_num ; i+)scanf(%d %d,&seg_s
32、umi0,&seg_sumi1);getchar();printf(nn);printf(进程内存空间申请！n); printf(请输入进程的数目(大于0,小于等于5的整数):); scanf(%d,&pro_num);processCount += pro_num;while(pro_num Pro_sum_size) printf(您输入的进程个数超出阈值！n);printf(请输入进程的数目(大于0,小于等于5的整数):); scanf(%d,&pro_num);processCount += pro_num; for(is = 0 ; is seg_sum_num )printf(您输
33、入的段数超值！n);printf(请输入进程p%d的段数:,Processesis.pro_id);scanf(%d,&Processesis.Snum);printf(请输入该进程需要的段号和是否需要调入内存，中间用空格可开（1-是/0-否）：n);for(ts = 0 ; ts Processesis.Snum ; ts+)scanf(%d %d,&Processesis.Segmentsts.seg_id , &Processesis.Segmentsts.is_p);Processesis.Segmentsts.s_m = 0;getchar();for(j = 0 ; j seg_s
34、umj1)printf(您输入的页数超值！n);printf(请输入段S%d所需的页数：,Processesis.Segmentsj.seg_id);scanf(%d,&Processesis.Segmentsj.Pnum);for(tp = 0 ; tp 是/0-否）:n,Processesis.Segmentstp.seg_id);for(ip = 0 ; ip Processesis.Segmentstp.Pnum ; ip+)scanf(%d %d,&Processesis.Segmentstp.Pagesip.page_id , &Processesis.Segmentstp.Pagesip.is_p);Processesis.Segmentstp.Pagesip.p_m = 0;getchar();elseprintf(请输入段S%d中的页号（中间用空格隔开）:n,Processesis.Segmentstp.seg_id);for(ip = 0 ; ip Processesis.Segmentstp.Pnum ; ip+)scanf(%d,&Processesis.Segmentstp.Pagesip.page_id);Processesis.Se