07-存储管理器实验

本次实验主要涉及到了存储管理器的相关知识，包括虚拟存储器、分页和分段等概念，以及实现一个虚拟存储器的算法。下面将介绍本次实验的具体内容和实验过程。

一、实验目的

1、熟悉存储管理器的相关概念，了解虚拟存储器、分页和分段的基本原理。

2、了解虚拟存储器的实现算法，手动模拟实现一个简单的虚拟存储器。

3、通过实验加深对存储管理器的理解，提高综合分析问题和解决问题的能力。

二、实验原理

1、虚拟存储器 (Virtual Memory)：即计算机系统在向用户提供大容量的可用存储器时，部分甚至全部使用了磁盘作为辅助存储器的延伸。

虚拟存储器的原理就是将主存分为若干个大小相同的区域，称为页 (Page)。同时，将磁盘空间分为大小相等的区域，称为页框 (Page Frame)。程序运行时，若某一页不在主存中，则发出缺页异常，将该页面从磁盘调入主存中，完成页的替换。

2、分页：分页存储管理器按页的大小来分割地址空间，把分割后的页调入内存或从内存中换出某些页。每个页映射到一定数量的物理（主）存储器页；

3、分段：分段存储管理器将一个进程的地址空间分为许多独立的段，每个段代表一个逻辑实体块。每个段都有一定的长度，可以按需要增长删减，每个段内都包含若干个连续的字节或者单元，每个段有一个段表，段表包含有关该段的信息，如长度、存储位置等；

三、实验过程

1、首先定义一个页面结构体，包括页面号、页框号、是否在内存中、页面内容等属性，并且实现一个初始化页面的函数。

2、定义一个存储管理器类，包括虚拟存储器大小、物理内存大小、页大小、页表大小、页表数组、页面数组、磁盘空间等成员变量，以及实现初始化、读取页面、写入页面和页面替换等函数。

3、在初始化函数中，将虚拟存储器划分为若干页面，并初始化页面数组。同时，将物理内存划分为相同的页面数，定义一个页表数组，用于映射虚拟页面到物理内存中的页面。初始化页表数组，使得每个虚拟页面都未在物理内存中。

4、实现读取页面和写入页面的函数，在读取页面时，首先查询页表中是否存在该页面在物理内存中的映射，若存在，则直接读取物理内存中该页面的数据；若不存在，则进行页面替换操作，将该页面调入物理内存中，并更新页表原有的映射关系。在写入页面时，同样需要更新页面在物理内存中的数据，并更新页表的内容。

5、实现页面替换的函数，主要包括两种策略：最近最久未使用算法 (LRU) 和先进先出算法 (FIFO)。LRU算法根据页面最近一次被访问的时间来确定需要被替换的页面，而FIFO算法则按页面驻留在内存中的时间排序来替换页面。在实现页面替换算法时，需要按照一定的策略选择需要替换的页面，然后将该页面的数据写回磁盘，并更新页表映射关系。

6、最后，在Main函数中创建一个存储管理器对象，并测试读取和写入文件的功能。

四、实验结果

经过上述步骤的实验，最终实现了一个简单的虚拟存储器。实验效果良好，可以实现读取和写入文件的功能，并且能够完成页面的替换操作。

五、实验反思

通过本次实验，我深刻地认识到了存储管理器的重要性，以及虚拟存储器、分页和分段等概念的基本原理。同时，通过手动模拟实现虚拟存储器的过程，我也掌握了一些基本的算法和编程技巧。

在实验中，我也遇到了一些困难和问题，如如何选择合适的页面替换算法、如何设计合适的数据结构等。通过不断探索和实践，我最终解决了这些问题，并取得了较好的实验结果。

总之，本次实验让我深入了解了存储管理器的相关知识，同时也提高了我分析问题和解决问题的能力。感谢老师们的指导和支持，让我学到了许多有意义的知识和技巧。