操作系統-頁式虛擬存儲器管理系統設計

（大三下學期開學）操作系統課程設計

題外話：

介個系統的算法啊其實很簡單很好理解，就是當時自己實踐的時候整了好久，各種調ｂｕｇ各種惆悵啊！

但是此乃１００％原創哇！真是老老實實光啃操作系統書自己設計出來的，啥參考都沒有

寫完的時候真是太有成就感了（流淚）

還為此特別手寫了算法研究了好久，剛剛翻出筆記本發現自己為了研究地址變換畫了個小漫畫！（見最下頁）

當時的計划：
2/27實現的目標：能夠根據作業大小為作業分配空間，建立頁表。
2/28實現的目標：完成兩種算法的設計與調試
3/1實現的目標：完善展示界面

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功能分析：

請求分頁式存儲管理是基於分頁式存儲管理的一種虛擬存儲器。

它可以把內存空間划分成尺寸相同、位置固定的塊，虛擬地址空間的一頁可以裝入到內存的任何一塊中。

進程運行時，並不是把整個作業程序全部裝到內存中，只裝入當前要使用的若干頁，此時根據頁號查找頁表，如果該頁不在內存中，沒有具體的塊號與之對應，出現“缺頁”，無法繼續運行，此時就要根據頁號把該頁調入內存使用。

 

 

１、數據結構設計

struct yeb
{
    int yebxiang[20];
    int flag=0;
} yebb[20];
struct block
{
    int num=88;
} bk[30];
int pgclub[2000];//內存物理塊初始化為pgcnum
int pgcnum=50;
int bknum=1;
int surplus;//記錄剩余物理塊數量
int pgnum,pgsize;
int voidornot=0;
int num=0;

２、功能函數設計與檢測

(1)可以按照作業的大小分配空間，建立頁表；

(2)可以模擬進程的運行過程，如果發生缺頁的情況則可以按照一定的頁面置換算法選出淘汰頁面序列，並展示淘汰頁面序列；

(3)可以展示空間使用情況與頁表的情況。

void initpgc()
{
    for(int i=0; i<pgcnum; i++)//內存物理塊的初始化
    {
        pgclub[i]=0;
    }
    num=pgcnum/bknum;
    cout<<" 內存物理塊已經成功初始化！本系統共有"<<num<<"個可用物理塊，每個塊的大小為"<<bknum<<"KB！(^_^)"<<endl;
    cout<<"☆---------------------------------------------------------------------------☆"<<endl;
}
void checksurplus()//檢查可用空間
{
    surplus=0;
    for(int i=0; i<pgcnum; i++)
    {
        if(pgclub[i]==0)surplus++;
    }
}
void showsurplus()
{
    cout<<"現在輸出物理塊的存儲信息:"<<endl;
    cout<<"※--------------------※"<<endl;
    for(int i=0; i<num; i++)
    {
        if(i==0||(i%10)==0) cout<<"| ";
        cout<<pgclub[i]<<" ";
        if((i+1)%10==0) cout<<"|"<<endl;//每十個換行
    }
    cout<<"※--------------------※"<<endl<<endl;
}
void showyebiao(int pgnum)
{
    cout<<"現在輸出作業"<<pgnum<<"的頁表:"<<endl;
    int last=0;
    cout<<"*------※------*"<<endl;
    cout<<"| 頁號 | 塊號  |"<<endl;
    for(int i=0;; i++,last++)
        if(yebb[pgnum].yebxiang[i]==88) break;
    for(int i=0; i<last; i++)
    {

        cout<<"|  "<<i<<"   |   "<<yebb[pgnum].yebxiang[i]<<"   |"<<endl;
    }

    cout<<"*------※------*"<<endl;
}
void creathomework()
{

    cout<<"輸入新建立的作業號(0~19)與大小（單位：KB）"<<endl;
    cin>>pgnum>>pgsize;
    int pgsize2=pgsize;
    int danwei=pgsize/bknum;
    int pgnum2=pgnum;
    checksurplus();//檢查可用空間
    if(danwei>surplus)
        cout<<"空間不足。"<<endl;
    else
    {
        for(int i=0; i<20; i++)
            yebb[pgnum].yebxiang[i]=88;//預用初始化
        int yebnum=0;
        cout<<"將為你分配"<<danwei<<"個物理塊！"<<endl;
        cout<<"請順序輸入對應存儲的物理塊號:"<<endl;
        while(danwei)
        {
            int anum;
            //計數變量
            cin>>anum;

            if(!pgclub[anum])
            {
                pgclub[anum]=pgnum;//表示被占用
                danwei--;
                yebb[pgnum].yebxiang[yebnum]=anum;
                yebnum++;
                //存儲檢查（調試）
                //  cout<<yebnum<<" "<<anum<<endl;
                // cout<<yebb[pgnum].yebxiang[yebnum-1]<<endl;
            }
            else cout<<"該物理塊已經被占用。請重新輸入其它物理塊號(T_T)"<<endl;
        }
        voidornot=1;
        yebb[pgnum].flag=1;
        showsurplus();
        showyebiao(pgnum);
    }
}
int check()
{
    if(voidornot==0) return 1;
    else return 0;
}

void createjc()
{
    int flag=check();
    if(flag)
    {
        cout<<"作業都沒有，跑什么跑"<<endl;
    }
    else
    {
        cout<<"請選擇一種頁面置換算法。"<<endl;
        cout<<"1、FIFO"<<endl;
        cout<<"2、LRU"<<endl;
        int lob;
        cin>>lob;
        if(lob==1)
        {
            cout<<"你要跑的進程是哪家的？"<<endl;
            int win;
            cin>>win;
            if(!yebb[win].flag)
                cout<<"沒有你這個兒子進程！"<<endl;
            else
            {
                int last=0;
                for(int i=0;; i++,last++)
                    if(yebb[win].yebxiang[i]==88) break;
                cout<<"請輸入15個由作業"<<win<<"的物理塊號所組成的序列:"<<endl;
                for(int i=0; i<last; i++)
                {
                    cout<<yebb[win].yebxiang[i];
                    if(!(i==(last-1))) cout<<"、";
                    else cout<<endl;
                }
                int number[15];
                for(int i=0; i<15; i++)
                {
                    cin>>number[i];
                }
                int error=0;
                cout<<"你想要給它分配多少個物理塊？(1~10)以內";
                int X;
                cin>>X;
                int countt=0;
                for(int i=0; i<30; i++)
                {
                    bk[i].num=88;
                }
                for(int i=0; i<15; i++)
                {
                    int flag1=0;
                    for(int j=0; j<X; j++)
                    {
                        if(number[i]==bk[j].num)
                        {
                            cout<<number[i]<<endl;
                            flag1=1;
                        }
                    }
                    if(!flag1)
                    {
                        error++;
                        //cout<<"error="<<error<<endl;
                        if(error<=X)//未滿
                        {
                            bk[error-1].num=number[i];
                            cout<<number[i]<<"|";
                            for(int k=0; k<i+1; k++)
                                if(bk[k].num!=88)
                                    cout<<bk[k].num<<" ";
                            cout<<endl;
                        }
                        else //已經滿，要置換
                        {
                            bk[(error-1)%X].num=number[i];
                            cout<<number[i]<<"|";
                            for(int k=0; k<X; k++)
                                if(bk[k].num!=88)
                                    cout<<bk[k].num<<" ";
                            cout<<endl;
                        }
                    }
                }
                cout<<"使用FIFO算法在分配的物理塊為"<<X<<"個情況下，缺頁次數是"<<error<<"次。命中率為"<<(1-((double)error/15))*100<<"%!"<<endl;
            }
        }
        else
        {
            cout<<"你要跑的進程是哪家的？"<<endl;
            int win;
            cin>>win;
            if(!yebb[win].flag)
                cout<<"沒有你這個兒子"<<endl;
            else
            {
                int last=0,flag3=0;
                for(int i=0;; i++,last++)
                    if(yebb[win].yebxiang[i]==88) break;
                cout<<"請輸入15個由作業"<<win<<"的物理塊號所組成的序列:"<<endl;
                for(int i=0; i<last; i++)
                {
                    cout<<yebb[win].yebxiang[i];
                    if(!(i==(last-1))) cout<<"、";
                    else cout<<endl;
                }
                int number[15];
                for(int i=0; i<15; i++)
                {
                    cin>>number[i];
                }
                int error=0;
                cout<<"你想要給它分配多少個物理塊？(1~10)以內";
                int X,flag2=1;
                int topnumber=0;
                cin>>X;
                for(int i=0; i<30; i++)//物理塊初始化
                {
                    bk[i].num=88;
                }
                for(int i=0; i<15; i++)
                {
                    int flag=0;
                    for(int o=0; o<X; o++)//查詢棧中是否存在要訪問的頁面
                    {
                        if(number[i]==bk[o].num)//如果訪問的頁面在棧中
                        {
                            //int flag4=0;
                            if(number[i-1]!=number[i])
                            {
                                for(int p=o; p<topnumber; p++) //棧元素向后推，將最近訪問的頁號存到棧頂元素。
                                {
                                    bk[p].num=bk[p+1].num;
                                }
                                bk[topnumber-1].num=number[i];
                            }

                            cout<<number[i]<<"|";//輸出棧的情況
                            for(int j=0; j<10; j++)
                                if(bk[j].num!=88)
                                    cout<<bk[j].num<<" ";
                            //cout<<"top"<<topnumber;
                            cout<<endl;
                            flag=1;
                            break;
                        }
                    }
                    if(!flag)//缺頁
                    {

                        //cout<<topnumber<<endl;
                        error++;
                        if(!flag3)
                        {
                            if(topnumber<X)//如果此時棧未滿
                            {
                                topnumber++;
                                bk[topnumber-1].num=number[i];
                            }
                            else if(topnumber==X)//此時棧已經滿了
                            {
                                //topnumber=X-1;
                                flag3=1;//表示滿了
                            }
                        }
                        if(flag3) //棧滿了，首先將棧頂以下的都向下移，再將新的頁面放到棧頂,topnumber=X
                        {
                            for(int m=0; m<X-1; m++)
                            {
                                bk[m].num=bk[m+1].num;
                            }
                            bk[X-1].num=number[i];
                        }
                        cout<<number[i]<<"|";//輸出
                        for(int k=0; k<10; k++)
                        {
                            if(bk[k].num!=88)
                                cout<<bk[k].num<<" ";
                        }
                        //cout<<"top"<<topnumber;
                        cout<<"缺頁(T_T)";
                        cout<<endl;
                    }

                }
                cout<<"使用LRU算法在分配的物理塊為"<<X<<"個情況下，缺頁次數是"<<error<<"次。命中率為"<<(1-((double)error/15))*100<<"%!"<<endl;
            }


        }
    }

}

void menu1()
{
    int c;

    cout<<"請設定內存塊總大小以及每一個頁面的大小。"<<endl;
    while(1)
    {
        cin>>pgcnum>>bknum;
        if(pgcnum%bknum!=0)
            cout<<"你輸入的數不合法，請重新輸入。"<<endl;
        else break;
    }


    initpgc();//內存物理塊的初始化
    while(1)
    {
        cout<<"                 歡迎來到小系統，請輸入數字執行你想要執行的操作。"<<endl;
        cout<<"☆---------------------------------------------------------------------------☆"<<endl;
        cout<<"                             1、我要寫作業"<<endl<<endl;
        cout<<"                             2、我要跑進程"<<endl<<endl;
        cout<<"                             3、查看物理塊的存儲信息"<<endl<<endl;
        cout<<"                             9、我走了"<<endl;
        cout<<"☆---------------------------------------------------------------------------☆"<<endl;
        int choose;
        cin>>choose;
        if(choose==1)
        {

            creathomework();
        }
        else if(choose==2)
        {
            createjc();
        }
        else if(choose==3)
        {
            showsurplus();
        }
        else if(choose==9)
            break;
        else cout<<"非法參數，重新輸入，好嗎！"<<endl;
    }
    cout<<"byebye!"<<endl;

}
int main()
{
    //int start=0;
    menu1();
    return 0;
}

3、附系統運行截圖

 

 

 

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附圖：當時為研究地址變換畫了個小漫畫，雖然……最后這個代碼里沒具體實現地址變換