物理内存管理系统设计与实现
内存管理模型的设计与实现
操作系统课程实验报告 学生姓名：尹朋 班学号：111131 指导教师：袁国斌 中国地质大学信息工程学院 2015年1月4日
实习题目：内存管理模型的设计与实现 【需求规格说明】 对内存的可变分区申请采用链表法管理进行模拟实现。要求： 1.对于给定的一个存储空间自己设计数据结构进行管理，可以使用单个链 表，也可以使用多个链表，自己负责存储空间的所有管理组织，要求采用分页方式（指定单元大小为页，如4K，2K，进程申请以页为单位）来组织基本内容； 2.当进程对内存进行空间申请操作时，模型采用一定的策略（如：首先利用 可用的内存进行分配，如果空间不够时，进行内存紧缩或其他方案进行处理）对进程给予指定的内存分配； 3.从系统开始启动到多个进程参与申请和运行时，进程最少要有3个以上， 每个执行申请的时候都要能够对系统当前的内存情况进行查看的接口； 4.对内存的申请进行内存分配，对使用过的空间进行回收，对给定的某种页 面调度进行合理的页面分配。 5.利用不同的颜色代表不同的进程对内存的占用情况，动态更新这些信息。 【算法设计】 （1）设计思想： 通过建立一个链表，来描述已分配和空闲的内存分区。对于每一个分区，它可能存放了某个进程，也可能是两个进程间的空闲区。链表中的每一个结点，分别描述了一个内存分区，包括它的起始地址、长度、指向下一个结点的指针以及分区的当前状态。 在基于链表的存储管理中,当一个新的进程到来时,需要为它分配内存空间,即为它寻找某个空闲分区,该分区的大小必须大于或等于进程的大小. 最先匹配法:假设新进程的大小为M,那么从链表的首节点开始,将每一个空闲节点的大小与M相比较,直到找到合适的节点.这种算法查找的节点很少,因而速度很快. 最佳匹配算法:搜索整个链表,将能够装得下该进程的最小空闲区分配出去. 最坏匹配法：在每次分配的时候,总是将最大的那个空闲区切去一部分,分配给请求者.它的依据是当一个很大的空闲区被切割成一部分后,可能仍然是一个比较大的空闲区,从而避免了空闲区越分越小的问题. （2）设计表示： 分区结点设计： template
操作系统内存管理复习过程
操作系统内存管理
操作系统内存管理 1. 内存管理方法 内存管理主要包括虚地址、地址变换、内存分配和回收、内存扩充、内存共享和保护等功能。 2. 连续分配存储管理方式 连续分配是指为一个用户程序分配连续的内存空间。连续分配有单一连续存储管理和分区式储管理两种方式。 2.1 单一连续存储管理 在这种管理方式中，内存被分为两个区域：系统区和用户区。应用程序装入到用户区，可使用用户区全部空间。其特点是，最简单，适用于单用户、单任务的操作系统。CP／M和 DOS 2．0以下就是采用此种方式。这种方式的最大优点就是易于管理。但也存在着一些问题和不足之处，例如对要求内
存空间少的程序，造成内存浪费；程序全部装入，使得很少使用的程序部分也占用—定数量的内存。 2.2 分区式存储管理 为了支持多道程序系统和分时系统，支持多个程序并发执行，引入了分区式存储管理。分区式存储管理是把内存分为一些大小相等或不等的分区，操作系统占用其中一个分区，其余的分区由应用程序使用，每个应用程序占用一个或几个分区。分区式存储管理虽然可以支持并发，但难以进行内存分区的共享。 分区式存储管理引人了两个新的问题：内碎片和外碎片。 内碎片是占用分区内未被利用的空间，外碎片是占用分区之间难以利用的空闲分区(通常是小空闲分区)。 为实现分区式存储管理，操作系统应维护的数据结构为分区表或分区链表。表中各表项一般包括每个分区的起始地址、大小及状态(是否已分配)。
分区式存储管理常采用的一项技术就是内存紧缩(compaction)。 2.2.1 固定分区(nxedpartitioning)。 固定式分区的特点是把内存划分为若干个固定大小的连续分区。分区大小可以相等：这种作法只适合于多个相同程序的并发执行(处理多个类型相同的对象)。分区大小也可以不等：有多个小分区、适量的中等分区以及少量的大分区。根据程序的大小，分配当前空闲的、适当大小的分区。 优点：易于实现，开销小。 缺点主要有两个：内碎片造成浪费；分区总数固定，限制了并发执行的程序数目。 2.2.2动态分区(dynamic partitioning)。 动态分区的特点是动态创建分区：在装入程序时按其初始要求分配，或在其执行过程中通过系统调用进行分配或改变分区大小。与固定分区相比较其优点是：没有内碎
操作系统课程设计--连续动态分区内存管理模拟实现
（操作系统课程设计） 连续动态分区内存 管理模拟实现
目录 《操作系统》课程设计 (1) 引言 (3) 课程设计目的和内容 (3) 需求分析 (3) 概要设计 (3) 开发环境 (4) 系统分析设计 (4) 有关了解内存管理的相关理论 (4) 内存管理概念 (4) 内存管理的必要性 (4) 内存的物理组织 (4) 什么是虚拟内存 (5) 连续动态分区内存管理方式 (5) 单一连续分配（单个分区) (5) 固定分区存储管理 (5) 可变分区存储管理（动态分区） (5) 可重定位分区存储管理 (5) 问题描述和分析 (6) 程序流程图 (6) 数据结构体分析 (8) 主要程序代码分析 (9) 分析并实现四种内存分配算法 (11) 最先适应算 (11) 下次适应分配算法 (13) 最优适应算法 (16)
最坏适应算法......................................................... (18) 回收内存算法 (20) 调试与操作说明 (22) 初始界面 (22) 模拟内存分配 (23) 已分配分区说明表面 (24) 空闲区说明表界面 (24) 回收内存界面 (25) 重新申请内存界面..........................................................26. 总结与体会 (28) 参考文献 (28) 引言 操作系统是最重要的系统软件，同时也是最活跃的学科之一。我们通过操作系统可以理解计算机系统的资源如何组织，操作系统如何有效地管理这些系统资源，用户如何通过操作系统与计算机系统打交道。 存储器是计算机系统的重要组成部分，近年来，存储器容量虽然一直在不断扩大，但仍不能满足现代软件发展的需要，因此，存储器仍然是一种宝贵而又紧俏的资源。如何对它加以有效的管理，不仅直接影响到存储器的利用率，而且还对系统性能有重大影响。而动态分区分配属于连续分配的一种方式，它至今仍在内存分配方式中占有一席之地。 课程设计目的和内容： 理解内存管理的相关理论，掌握连续动态分区内存管理的理论；通过对实际问题的编程实现，获得实际应用和编程能力。
基于可重定位分区分配算法的内存管理的设计与实现
组号成绩 计算机操作系统 课程设计报告 题目基于可重定位分区分配算法的内存管理的设计与实现 专业：计算机科学与技术 班级： 学号+： 指导教师： 2016年12月23 日
一．设计目的 掌握内存的连续分配方式的各种分配算法 二．设计内容 基于可重定位分区分配算法的内存管理的设计与实现。本系统模拟操作系统内存分配算法的实现，实现可重定位分区分配算法，采用PCB定义结构体来表示一个进程，定义了进程的名称和大小，进程内存起始地址和进程状态。内存分区表采用空闲分区表的形式来模拟实现。要求定义与算法相关的数据结构，如PCB、空闲分区；在使用可重定位分区分配算法时必须实现紧凑。 三．设计原理 可重定位分区分配算法与动态分区分配算法基本上相同，差别仅在于：在这种分配算法中，增加了紧凑功能。通常，该算法不能找到一个足够大的空闲分区以满足用户需求时，如果所有的小的空闲分区的容量总和大于用户的要求，这是便须对内存进行“紧凑”，将经过“紧凑”后所得到的大空闲分区分配给用户。如果所有的小空闲分区的容量总和仍小于用户的要求，则返回分配失败信息 四．详细设计及编码 1.模块分析 （1）分配模块 这里采用首次适应(FF)算法。设用户请求的分区大小为u.size,内存中空闲分区大小为m.size,规定的不再切割的剩余空间大小为size。空闲分区按地址递增的顺序排列；在分配内存时，从空闲分区表第一个表目开始顺序查找，如果m.size≥u.size且m.size-u.size≤size，说明多余部分太小，不再分割，将整个分区分配给请求者；如果m.size≥u.size且 m.size-u.size>size，就从该空闲分区中按请求的大小划分出一块内存空间分配给用户，剩余的部分仍留在空闲分区表中；如果m.size 学生学号 实验课成绩 武汉理工大学 学生实验报告书 实验课程名称 计算机操作系统 开 课 学 院 计算机科学与技术学院 指导老师姓名 学 生 姓 名 学生专业班级 2016 — 2017 学年第一学期 实验三 内存管理 一、设计目的、功能与要求 1、实验目的 掌握内存管理的相关内容，对内存的分配和回收有深入的理解。 2、实现功能 模拟实现内存管理机制 3、具体要求 任选一种计算机高级语言编程实现 选择一种内存管理方案：动态分区式、请求页式、段式、段页式等 能够输入给定的内存大小，进程的个数，每个进程所需内存空间的大小等 能够选择分配、回收操作 内购显示进程在内存的储存地址、大小等 显示每次完成内存分配或回收后内存空间的使用情况 二、问题描述 所谓分区，是把内存分为一些大小相等或不等的分区，除操作系统占用一个分区外，其余分区用来存放进程的程序和数据。本次实验中才用动态分区法，也就是在作业的处理过程中划分内存的区域，根据需要确定大小。 动态分区的分配算法：首先从可用表/自由链中找到一个足以容纳该作业的可用空白区，如果这个空白区比需求大，则将它分为两个部分，一部分成为已分配区，剩下部分仍为空白区。最后修改可用表或自由链，并回送一个所分配区的序号或该分区的起始地址。 最先适应法：按分区的起始地址的递增次序，从头查找，找到符合要求的第一个分区。 最佳适应法：按照分区大小的递增次序，查找，找到符合要求的第一个分区。 最坏适应法：按分区大小的递减次序，从头查找，找到符合要求的第一个分区。 三、数据结构及功能设计 1、数据结构 定义空闲分区结构体，用来保存内存中空闲分区的情况。其中size属性表示空闲分区的大小，start_addr表示空闲分区首地址，next指针指向下一个空闲分区。 //空闲分区 typedef struct Free_Block { int size; int start_addr; struct Free_Block *next; } Free_Block; Free_Block *free_block; 定义已分配的内存空间的结构体，用来保存已经被进程占用了内存空间的情况。其中pid作为该被分配分区的编号，用于在释放该内存空间时便于查找。size表示分区的大小，start_addr表示分区的起始地址，process_name存放进程名称，next指针指向下一个分区。 //已分配分区的结构体 typedef struct Allocate_Block { int pid; int size; int start_addr; char process_name[PROCESS_NAME_LEN]; struct Allocate_Block *next; } Allocate_Block; 2、模块说明 2.1 初始化模块 对内存空间进行初始化，初始情况内存空间为空，但是要设置内存的最大容量，该内存空间的首地址，以便之后新建进程的过程中使用。当空闲分区初始化 第四章存储管理 1. C存储管理支持多道程序设计，算法简单，但存储碎片多。 A. 段式 B. 页式 C. 固定分区 D. 段页式 2.虚拟存储技术是 B 。 A. 补充内存物理空间的技术 B. 补充相对地址空间的技术 C. 扩充外存空间的技术 D. 扩充输入输出缓冲区的技术 3.虚拟内存的容量只受 D 的限制。 A. 物理内存的大小 B. 磁盘空间的大小 C. 数据存放的实际地址 D. 计算机地址位数 4.动态页式管理中的 C 是：当内存中没有空闲页时，如何将已占据的页释放。 A. 调入策略 B. 地址变换 C. 替换策略 D. 调度算法 5.多重分区管理要求对每一个作业都分配 B 的内存单元。 A. 地址连续 B. 若干地址不连续 C. 若干连续的帧 D. 若干不连续的帧 6.段页式管理每取一数据，要访问 C 次内存。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 7.分段管理提供 B 维的地址结构。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 8.系统抖动是指 B。 A. 使用计算机时，屏幕闪烁的现象 B. 刚被调出内存的页又立刻被调入所形成的频繁调入调出的现象 C. 系统盘不干净，操作系统不稳定的现象 D. 由于内存分配不当，造成内存不够的现象 9.在 A中，不可能产生系统抖动现象。 A. 静态分区管理 B. 请求分页式管理 C. 段式存储管理 D. 段页式存储管理 10.在分段管理中 A 。 A. 以段为单元分配，每段是一个连续存储区 B. 段与段之间必定不连续 C. 段与段之间必定连续 D. 每段是等长的 11.请求分页式管理常用的替换策略之一有 A 。 A. LRU B. BF C. SCBF D. FPF 12.可由CPU调用执行的程序所对应的地址空间为 D 。 A. 名称空间 B. 虚拟地址空间 C. 相对地址空间 D. 物理地址空间 13. C 存储管理方式提供二维地址结构。 A. 固定分区 B. 分页 内存分段和请求式分页 在深入i386架构的技术细节之前，让我们先返回1978年，那一年Intel 发布了PC处理器之母：8086。我想将讨论限制到这个有重大意义的里程碑上。如果你打算知道更多，阅读Robert L.的80486程序员参考（Hummel 1992）将是一个很棒的开始。现在看来这有些过时了，因为它没有涵盖Pentium处理器家族的新特性；不过，该参考手册中仍保留了大量i386架构的基本信息。尽管8086能够访问1MB RAM的地址空间，但应用程序还是无法“看到”整个的物理地址空间，这是因为CPU寄存器的地址仅有16位。这就意味着应用程序可访问的连续线性地址空间仅有64KB，但是通过16位段寄存器的帮助，这个64KB大小的内存窗口就可以在整个物理空间中上下移动，64KB逻辑空间中的线性地址作为偏移量和基地址（由16位的段寄存器给处）相加，从而构成有效的20位地址。这种古老的内存模型仍然被最新的Pentium CPU支持，它被称为：实地址模式，通常叫做：实模式。 80286 CPU引入了另一种模式，称为：受保护的虚拟地址模式，或者简单的称之为：保护模式。该模式提供的内存模型中使用的物理地址不再是简单的将线性地址和段基址相加。为了保持与8086和80186的向后兼容，80286仍然使用段寄存器，但是在切换到保护模式后，它们将不再包含物理段的地址。替代的是，它们提供了一个选择器（selector），该选择器由一个描述符表的索引构成。描述符表中的每一项都定义了一个24位的物理基址，允许访问16MB RAM，在当时这是一个很不可思议的数量。不过，80286仍然是16位CPU，因此线性地址空间仍然被限制在64KB。 1985年的80386 CPU突破了这一限制。该芯片最终砍断了16位寻址的锁链，将线性地址空间推到了4GB，并在引入32位线性地址的同时保留了基本的选择器/描述符架构。幸运的是，80286的描述符结构中还有一些剩余的位可以拿来使用。从16位迁移到32位地址后，CPU的数据寄存器的大小也相应的增加了两倍，并同时增加了一个新的强大的寻址模型。真正的32位的数据和地址为程序员带了实际的便利。事实上，在微软的Windows平台真正完全支持32位模型是在好几年之后。Windows NT的第一个版本在1993年7月26日发布，实现了真正意义上的Win32 API。但是Windows 3.x程序员仍然要处理由独立的代码和数据段构成的64KB内存片，Windows NT提供了平坦的4GB地址空间，在那儿可以使用简单的32位指针来寻址所有的代码和数据，而不需要分段。在内部，当然，分段仍然在起作用，就像我在前面提及的那样。不过管理段的所有责任都被移给了操作系统。 内存管理模拟 实验目标： 本实验的目的是从不同侧面了解Windows 2000／XP 对用户进程的虚拟内存空间的管理、分配方法。同时需要了解跟踪程序的编写方法(与被跟踪程序保持同步，使用Windows提供的信号量)。对Windows分配虚拟内存、改变内存状态，以及对物理内存(physical memory)和页面文件(pagefile)状态查询的API 函数的功能、参数限制、使用规则要进一步了解。 默认情况下，32 位Windows 2000／XP 上每个用户进程可以占有2GB 的私有地址空间，操作系统占有剩下的2GB。Windows 2000／XP 在X86 体系结构上利用二级页表结构来实现虚拟地址向物理地址的变换。一个32 位虚拟地址被解释为三个独立的分量——页目录索引、页表索引和字节索引——它们用于找出描述页面映射结构的索引。页面大小及页表项的宽度决定了页目录和页表索引的宽度。 实验要求： 使用Windows 2000／XP 的API 函数，编写一个包含两个线程的进程，一个线程用于模拟内存分配活动，一个线程用于跟踪第一个线程的内存行为，而且要求两个线程之间通过信号量实现同步。模拟内存活动的线程可以从一个文件中读出要进行的内存操作，每个内存操作包括如下内容： 时间：操作等待时间。 块数：分配内存的粒度。 操作：包括保留(reserve)一个区域、提交(commit)一个区域、释放(release)一个区域、回收(decommit)一个区域和加锁(lock)与解锁(unlock)一个区域，可以将这些操作编号存放于文件。保留是指保留进程的虚拟地址空间，而不分配物理 存储空间。提交在内存中分配物理存储空间。回收是指释放物理内存空间，但在虚拟地址空间仍然保留，它与提交相对应，即可以回收已经提交的内存块。释放是指将物理存储和虚拟地址空间全部释放，它与保留(reserve)相对应，即可以释放已经保留的内存块。 大小：块的大小。 访问权限：共五种，分别为PAGE_READONLY,PAGE_READWRITE ，PAGE_EXECUTE，PAGE_EXECUTE_READ 和PAGE EXETUTE_READWRITE。可以将这些权限编号存放于文件中跟踪线程将页面大小、已使用的地址范围、物理内存总量，以及虚拟内存总量等信息显示出来。 操作系统存管理 1. 存管理方法 存管理主要包括虚地址、地址变换、存分配和回收、存扩充、存共享和保护等功能。 2. 连续分配存储管理方式 连续分配是指为一个用户程序分配连续的存空间。连续分配有单一连续存储管理和分区式储管理两种方式。 2.1 单一连续存储管理 在这种管理方式中，存被分为两个区域：系统区和用户区。应用程序装入到用户区，可使用用户区全部空间。其特点是，最简单，适用于单用户、单任务的操作系统。CP／M和DOS 2．0以下就是采用此种方式。这种方式的最大优点就是易于管理。但也存在着一些问题和不足之处，例如对要求存空间少的程序，造成存浪费；程序全部装入，使得很少使用的程序部分也占用—定数量的存。 2.2 分区式存储管理 为了支持多道程序系统和分时系统，支持多个程序并发执行，引入了分区式存储管理。分区式存储管理是把存分为一些大小相等或不等的分区，操作系统占用其中一个分区，其余的分区由应用程序使用，每个应用程序占用一个或几个分区。分区式存储管理虽然可以支持并发，但难以进行存分区的共享。 分区式存储管理引人了两个新的问题：碎片和外碎片。 碎片是占用分区未被利用的空间，外碎片是占用分区之间难以利用的空闲分区(通常是小空闲分区)。 为实现分区式存储管理，操作系统应维护的数据结构为分区表或分区链表。表中各表项一般包括每个分区的起始地址、大小及状态(是否已分配)。 分区式存储管理常采用的一项技术就是存紧缩(compaction)。 2.2.1 固定分区(nxedpartitioning)。 固定式分区的特点是把存划分为若干个固定大小的连续分区。分区大小可以相等：这种作法只适合于多个相同程序的并发执行(处理多个类型相同的对象)。分区大小也可以不等：有多个小分区、适量的中等分区以及少量的大分区。根据程序的大小，分配当前空闲的、适当大小的分区。 优点：易于实现，开销小。 缺点主要有两个：碎片造成浪费；分区总数固定，限制了并发执行的程序数目。 2.2.2动态分区(dynamic partitioning)。 动态分区的特点是动态创建分区：在装入程序时按其初始要求分配，或在其执行过程过系统调用进行分配或改变分区大小。与固定分区相比较其优点是：没有碎片。但它却引入了另一种碎片——外碎片。动态分区的分区分配就是寻找某个空闲分区，其大小需大于或等于程序的要求。若是大于要求，则将该分区分割成两个分区，其中一个分区为要 同组同学学号： 同组同学姓名： 实验日期：交报告日期： 实验(No. 4 )题目：编程与调试：内存管理 实验目的及要求： 实验目的： 操作系统的发展使得系统完成了大部分的内存管理工作，对于程序员而言，这些内存管理的过程是完全透明不可见的。因此，程序员开发时从不关心系统如何为自己分配内存，而且永远认为系统可以分配给程序所需的内存。在程序开发时，程序员真正需要做的就是：申请内存、使用内存、释放内存。其它一概无需过问。本章的3个实验程序帮助同学们更好地理解从程序员的角度应如何使用内存。 实验要求： 练习一：用vim编辑创建下列文件，用GCC编译工具，生成可调试的可执行文件，记录并分析执行结果，分析遇到的问题和解决方法。 练习二：用vim编辑创建下列文件，用GCC编译工具，生成可调试的可执行文件，记录并分析执行结果。 练习三：用vim编辑创建下列文件，用GCC编译工具，生成可调试的可执行文件，记录并分析执行结果。 改编实验中的程序，并运行出结果。 实验设备：多媒体电脑 实验内容以及步骤： 在虚拟机中编写好以下程序： #include 一页式管理 1 页式管理的基本原理将各进程的虚拟空间划分成若干个长度相等的页(page)，页式管理把内存空间按页的大小划分成片或者页面（page frame），然后把页式虚拟地址与内存地址建立一一对应页表，并用相应的硬件地址变换机构，来解决离散地址变换问题。页式管理采用请求调页或预调页技术实现了内外存存储器的统一管理。 它分为 1 静态页式管理。静态分页管理的第一步是为要求内存的作业或进程分配足够的页面。系统通过存储页面表、请求表以及页表来完成内存的分配工作。静态页式管理解决了分区管理时的碎片问题。但是，由于静态页式管理要求进程或作业在执行前全部装入内存，如果可用页面数小于用户要求时，该作业或进程只好等待。而且作业和进程的大小仍受内存可用页面数的限制。 2 动态页式管理。动态页式管理是在静态页式管理的基础上发展起来的。它分为请求页式管理和预调入页式管理。 优点：没有外碎片，每个内碎片不超过页大小。一个程序不必连续存放。便于改变程序占用空间的大小（主要指随着程序运行而动态生成的数据增多，要求地址空间相应增长，通常由系统调用完成而不是操作系统自动完成）。 缺点：程序全部装入内存。 要求有相应的硬件支持。例如地址变换机构，缺页中断的产生和选择淘汰页面等都要求有相应的硬件支持。这增加了机器成本。增加了系统开销，例如缺页中断处理机，请求调页的算法如选择不当，有可能产生抖动现象。虽然消除了碎片，但每个作业或进程的最后一页内总有一部分空间得不到利用果页面较大，则这一部分的损失仍然较大。 二段式管理的基本思想 把程序按内容或过程（函数）关系分成段，每段有自己的名字。一个用户作业或进程所包含的段对应一个二维线形虚拟空间，也就是一个二维虚拟存储器。段式管理程序以段为单位分配内存，然后通过地址影射机构把段式虚拟地址转换为实际内存物理地址。 程序通过分段(segmentation)划分为多个模块，如代码段、数据段、共享段。其优点是：可以分别编写和编译。可以针对不同类型的段采取不同的保护。可以按段为单位来进行共享，包括通过动态链接进行代码共享。 三段页式管理的实现原理 1 虚地址的构成 一个进程中所包含的具有独立逻辑功能的程序或数据仍被划分为段，并有各自的段号s。这反映相继承了段式管理的特征。其次，对于段s中的程序或数据，则按照一定的大小将其划分为不同的页。和页式系统一样，最后不足一页的部分仍占一页。这反映了段页式管理中的页式特征。从而，段页式管理时的进程的虚拟地址空间中的虚拟地址由三部分组成：即段号s，页号P和页内相对地址d。虚拟空间的最小单位是页而不是段，从而内存可用区也就被划分成为着干个大小相等的页面，且每段所拥有的程序和数据在内存中可以分开存放。分段的大小也不再受内存可用区的限制。 2 段表和页表 实验五动态页式存储管理实现过程的模拟 一、实验目的与要求 在计算机系统中，为了提高主存利用率，往往把辅助存储器（如磁盘）作为主存储器的扩充，使多道运行的作业的全部逻辑地址空间总和可以超出主存的绝对地址空间。用这种办法扩充的主存储器称为虚拟存储器。通过本实验帮助学生理解在分页式存储管理中怎样实现虚拟存储器；掌握物理内存和虚拟内存的基本概念；掌握重定位的基本概念及其要点，理解逻辑地址与绝对地址；掌握动态页式存储管理的基本原理、地址变换和缺页中断、主存空间的分配及分配算法；掌握常用淘汰算法。 二、实验环境 VC++6.0集成开发环境或java程序开发环境。 三、实验内容 模拟分页式虚拟存储管理中硬件的地址转换和缺页中断，以及选择页面调度算法处理缺页中断。 四、实验原理 1、地址转换 （1）分页式虚拟存储系统是把作业信息的副本存放在磁盘上，当作业被选中时，可把作业的开始几页先装入主存且启动执行。为此，在为作业建立页表时，应说明哪些页已在主存，哪些页尚未装入主存，页表的格式如图10所示： 图10 页表格式 其中，标志----用来表示对应页是否已经装入主存，标志位=1，则表示该页已经在主存，标志位=0，则表示该页尚未装入主存。 主存块号----用来表示已经装入主存的页所占的块号。 在磁盘上的位置----用来指出作业副本的每一页被存放在磁盘上的位置。 （2）作业执行时，指令中的逻辑地址指出了参加运算的操作存放的页号和单元号，硬件的地址转换机构按页号查页表，若该页对应标志为“1”，则表示该页已在主存，这时根据关系式： 绝对地址=块号×块长+单元号 计算出欲访问的主存单元地址。如果块长为2的幂次，则可把块号作为高地址部分，把单元号作为低地址部分，两者拼接而成绝对地址。若访问的页对应标志为“0”，则表示该页不在主存，这时硬件发“缺页中断”信号，有操作系统按该页在磁盘上的位置，把该页信息从磁盘读出装入主存后再重新执行这条指令。 （3）设计一个“地址转换”程序来模拟硬件的地址转换工作。当访问的页在主存时，则形成绝对地址，但不去模拟指令的执行，而用输出转换后的地址来代替一条指令的执行。当访问的页不在主存时，则输出“* 该页页号”，表示产生了一次缺页中断。该模拟程序的算法如图11。 图11 地址转换模拟算法 2、用先进先出（FIFO）页面调度算法处理缺页中断。 实验四内存管理模拟实验 模拟实现一个简单的固定（可变）分区存储管理系统 1．实验目的 通过本次课程设计，掌握了如何进行内存的分区管理，强化了对首次适应分配算法和分区回收算法的理解。 2．实验内容 （1）建立相关的数据结构，作业控制块、已分配分区及未分配分区 （2）实现一个分区分配算法，如最先适应算法、最优或最坏适应分配算法 （3）实现一个分区回收算法 （4）给定一个作业/进程，选择一个分配或回收算法，实现分区存储的模拟管理 图1.流程图 3．实验步骤 首先，初始化函数initial（）将分区表初始化并创建空闲分区列表，空闲区第一块的长度是30，以后的每个块长度比前一个的长度长20。 frees[0].length=30 第二块的长度比第一块长20，第三块比第二块长20，以此类推。 frees[i].length=frees[i-1].length+20; 下一块空闲区的首地址是上一块空闲区的首地址与上一块空闲区长度的和。frees[i].front=frees[i-1].front+frees[i-1].length; 分配区的首地址和长度都初始化为零occupys[i].front=0;occupys[i].length=0; 显示函数show（）是显示当前的空闲分区表和当前的已分配表的具体类容，分区的有起始地址、长度以及状态，利用for语句循环输出。有一定的格式，使得输出比较美观好看。 assign（）函数是运用首次适应分配算法进行分区，从链首开始顺序查找，直至找到一个大小能满足要求的空闲分区为止；然后再按照作业的大小，从该分区中划出一块内存空间分配给请求者，余下的空闲分区仍留在空闲链中。若从链首直至链尾都不能找到一个能满足要求的分区，则此次内存分配失败，返回。这个算法倾向于优先利用内存中低址部分被的空闲分区，从而保留了高址部分的的大空闲区。着给为以后到达的大作业分配大的内存空间创造了条件。它的缺点是低地址部分不断被划分，会留下很多难以利用的、很小的空闲分区，而每次查找又都是从低址部分开始，这样无疑会增加查找可用空闲分区的开销。 分配内存，从空闲的分区表中找到所需大小的分区。设请求的分区的大小为job_length，表中每个空闲分区的大小可表示为free[i].length。如果frees[i].length>=job_length，即空闲空间I的长度大于等于作业的长度将空闲标志位设置为1，如果不满足这个条件则输出：“对不起，当前没有满足你申请长度的空闲内存，请稍后再试！”。如果frees[i].length>=job_length空闲区空间I的长度不大于作业长度，I的值加1判断下一个空闲区空间是否大于作业的长度。把未用的空闲空间的首地址付给已用空间的首地址，已用空间的长度为作业的长度，已用空间数量加1。如果(frees[i].length>job_length)，空间的长度大于作业的长度，frees[i].front+=job_length; 空闲空间的起始首地址=原空闲区间的起始长度加作业长度frees[i].length-=job_length;空闲区间的长度=原空闲区间的长度-作业的长度。如果空间的长度与作业的长度相等，空闲区向前移一位，空闲区的数量也减一。这样判断所有情况并相应分配之后，内存空间分配成功。 第二个操作为：撤消相应作业。在这个操作中，进行了以下步骤： （1）按照系统提示输入将要撤消的作业名； （2）判断该作业是否存在 若不存在：输出“没有这个作业名，请重新输入作业名”； 若存在：则先分别用flag,start,len保存该作业在分配区表的位置i，内存空间的首地址以及长度。接着根据回收区的首地址，即该作业的首地址，从空闲区表中找到相应的插入点，将其加入空闲表，此时可能出现以下三种情况之一： 1 .回收区只与插入点前一个空闲分区F1相邻接即（frees[i].front+frees[i].length)==start），此时判断其是否与后一个空闲分区F2相邻接，又分两种情况: 若相邻接，则将三个分区合并，修改新的空闲分区的首地址和长度。新的首地址为F1的首地址，长度为三个分区长度之和，相应的代码为： 操作系统内存管理 1. 内存管理方法 内存管理主要包括虚地址、地址变换、内存分配和回收、内存扩充、内存共享和保护等功能。 2. 连续分配存储管理方式 连续分配是指为一个用户程序分配连续的内存空间。连续分配有单一连续存储管理和分区式储管理两种方式。 2.1 单一连续存储管理 在这种管理方式中，内存被分为两个区域：系统区和用户区。应用程序装入到用户区，可使用用户区全部空间。其特点是，最简单，适用于单用户、单任务的操作系统。CP ／M和DOS 2．0以下就是采用此种方式。这种方式的最大优点就是易于管理。但也存在着一些问题和不足之处，例如对要求内存空间少的程序，造成内存浪费；程序全部装入，使得很少使用 的程序部分也占用—定数量的内存。 2.2 分区式存储管理 为了支持多道程序系统和分时系统，支持多个程序并发执行，引入了分区式存储管理。分区式存储管理是把内存分为一些大小相等或不等的分区，操作系统占用其中一个分区，其余的分区由应用程序使用，每个应用程序占用一个或几个分区。分区式存储管理虽然可以支持并发，但难以进行内存分区的共享。 分区式存储管理引人了两个新的问题：内碎片和外碎片。 内碎片是占用分区内未被利用的空间，外碎片是占用分区之间难以利用的空闲分区(通常是小空闲分区)。 为实现分区式存储管理，操作系统应维护的数据结构为分区表或分区链表。表中各表项一般包括每个分区的起始地址、大小及状态(是否已分配)。 分区式存储管理常采用的一项技术就是内存紧缩 (compaction)。 2.2.1 固定分区(nxedpartitioning)。 固定式分区的特点是把内存划分为若干个固定大 小的连续分区。分区大小可以相等：这种作法只适合于多个相同程序的并发执行(处理多个类型相同的对象)。分区大小也可以不等：有多个小分区、适量的中等分区以及少量的大分区。根据程序的大小，分配当前空闲的、适当大小的分区。 优点：易于实现，开销小。 缺点主要有两个：内碎片造成浪费；分区总数固定，限制了并发执行的程序数目。 2.2.2动态分区(dynamic partitioning)。 动态分区的特点是动态创建分区：在装入程序时按其初始要求分配，或在其执行过程中通过系统调用进行分配或改变分区大小。与固定分区相比较其优点是：没有内碎片。但它却引入了另一种碎片——外碎片。动态分区的分区分配就是寻找某个空闲分区，其大小需大于或等于程序的要求。 河南城建学院 《操作系统》课程设计说明书 设计题目：存储管理 专业：计算机科学与技术 指导教师：邵国金 班级：0814121 学号：081412112 姓名： 同组人： 计算机科学与工程学院 2015 年1 月9日 前言 本课程设计是编制页面置换算法FIFO、LRU、LFU、NUR和OPT的模拟程序,并模拟其在内存的分配过程。同时根据页面走向，分别采用FIFO、LRU、LFU、NUR和OPT算法进行页面置换，统计命中率；同时系统可以随意设置当前分配给作业的物理块数。 系统运行时，任意输入一个页面访问序列，可以设定不同的页面置换算法和物理块数，输出其页面淘汰的情况，计算其缺页次数和缺页率。系统结束后，比较同一个页面访问序列，可以得出在不同的页面置换算法和物理块数的情况下，其产生的缺页次数和缺页率。 使用FIFO算法，由于测试数据相同的页面比较少，所以采用FIFO算法时，需要置换的页面多，比较繁琐，没有优化效果，所以FIFO算法性能不好。使用LRU的算法，此组数据显示LRU的算法使用比较繁琐，总的来说，NUR、LFU、LRU 算法介于FIFO和OPT之间。通过系统模拟得出，OPT算法的性能高，LRU、NUR、LRU算法的性能次之，FIFO的算法性能最差，较少应用；由于OPT算法在实际上难于实现，所以实际应用一般用LRU算法。 本程序实现了操作系统中页式虚拟存储管理中缺页中断理想型淘汰算法，该算法在访问串中将来再也不出现的或是在离当前最远的位置上出现的页淘汰掉。这样，淘汰掉该页将不会造成因需要访问该页又立即把它调入的现象。该程序能按要求随机确定内存大小，随机产生页面数，进程数，每个进程的页数，给进程分配的页数等，然后运用理想型淘汰算法对每个进程进行计算缺页数，缺页率，被淘汰的序列等功能。 计算机操作系统试题 一填空： 1．操作系统为用户提供三种类型的使用接口，它们是命令方式和系统调用和图形用户界面。 2．主存储器与外围设备之间的数据传送控制方式有程序直接控制、中断驱动方式、DMA方式和通道控制方式。 3．在响应比最高者优先的作业调度算法中，当各个作业等待时间相同时，运行时间短的作业将得到优先调度；当各个作业要求运行的时间相同时，等待时间长的作业得到优先调度。 4．当一个进程独占处理器顺序执行时，具有两个特性：封闭性和可再现性。 5．程序经编译或汇编以后形成目标程序，其指令的顺序都是以零作为参考地址，这些地址称为逻辑地址。 6．文件的逻辑结构分流式文件和记录式文件二种。 7．进程由程度、数据和FCB组成。 9．操作系统是运行在计算机裸机系统上的最基本的系统软件。11．文件系统中，用于文件的描述和控制并与文件一一对应的是文件控制块。 12．段式管理中，以段为单位，每段分配一个连续区。由于各段长度不同，所以这些存储区的大小不一，而且同一进程的各段之间不要求连续。 13．逻辑设备表（LUT）的主要功能是实现设备独立性。 17．文件的物理结构分为顺序文件、索引文件和索引顺序文件。18．所谓设备控制器，是一块能控制一台或多台外围设备与CPU并行工作的硬件。 20分页管理储管理方式能使存储碎片尽可能少，而且使存利用率较高，管理开销小。 20.计算机操作系统是方便用户、管理和控制计算机软硬件资源的系统软件。 21.操作系统目前有五大类型：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。 22.按文件的逻辑存储结构分，文件分为有结构文件，又称为记录式文件和无结构文件，又称流式文件。 23.主存储器与外围设备之间的信息传送操作称为输入输出操作。 24、在设备管理中，为了克服独占设备速度较慢、降低设备资源利用率的缺点，引入了虚拟分配技术，即用共享设备模拟独占设备。 25、常用的存管理方法有分区管理、页式管理、段式管理和段页 式管理。 26、动态存储分配时，要靠硬件地址变换机构实现重定位。 27、在存储管理中常用虚拟存储器方式来摆脱主存容量的限制。 28、在请求页式管理中，当硬件变换机构发现所需的页不在存时，产生缺页中断信号，中断处理程序作相应的处理。 30、在段页式存储管理系统中，面向用户的地址空间是段式划分，面向物理实现的地址空间是页式划分。 计算机科学与工程学院学生实验报告 专业计算机科学与技术班级 学号姓名 课程名称操作系统课程类型专业必修课 实验名称动态分区存储管理的模拟实现 实验目的： 1.熟悉动态分区存储管理方式下，主存空间的分配和回收算法。 2.提高C语言编程能力。 实验内容： 假设主存当前状态如右表所示： 系统采用最佳适应分配算法为作业分配主存空间， 而且具有紧凑技术。请编程完成以下操作： (1). 输出此时的已分配区表和未分配区表； (2). 装入 Job3(15K)，输出主存分配后的已分配 区表和未分配区表； (3). 回收 Job2所占用的主存空间，输出主存回收 后的已分配区表和未分配区表； (4).装入 Job4(130K)，输出主存分配后的已分配 区表和未分配区表。 实验要求 1.数据结构参考定义如下，也可根据需要进行改进： (1)已分配区表： #define n 10 /*假定系统允许的最大作业数量为n，n值为10*/ struct {int number; /*序号*/ int address; /*已分配分区起始地址，单位为KB */ int length; /*已分配分区长度，单位KB*/ float flag; /*已分配区表登记栏标志，0：空表项，否则为作业名；*/ }used_table[n]; /*已分配区表*/ (2)未分配区表： #define m 10 /*假定系统允许的空闲区表最大为m，m值为10*/ struct {int number; /*序号*/ int address; /*空闲区起始地址，单位为KB */ int length; /*空闲区长度，单位为KB*/ int flag; /*空闲区表登记栏标志，0：空表项；1：空闲区*/ }free_table[m]; /*空闲区表*/ 2.以allocate命名主存分配所用的过程或函数（算法参考课件），要将各种情况考虑周全。 3.以reclaim命名主存回收所用的过程或函数（算法参考课件），要将各种情况考虑周全。 4.画出算法实现的N-S流程图。 5.程序调试、运行成功后，请老师检查。 实验步骤： 1.分配内存，结果如下图： 基本分页存储管理的模拟实现 学院 专业 学号 学生姓名 指导教师姓名 2014年03月18日 目录 一、设计目的与内容 二、各个功能模块 三、主要功能模块流程图 四、系统测试 五、结论 六、源程序及系统文件使用说明 一、设计目的与内容 设计的目的： 操作系统课程设计是计算机专业重要的教学环节, 它为学生提供了一个既动手又动脑, 将课本上的理论知识和实际有机的结合起来, 独立分析和解决实际问题的机会。 1. 进一步巩固和复习操作系统的基础知识。 2. 培养学生结构化程序、模块化程序设计的方法和能力。 3. 提高学生调试程序的技巧和软件设计的能力。 4. 提高学生分析问题、解决问题以及综合利用C 语言进行程序设计的能力。 设计内容： 根据设计要求实现对基本分页存储管理的模拟 设计要求： 1. 2. 进程名, 进程所需页数, 也 可从文件读出。 3. 况。 所采用的数据结构： typedef struct LNode{ int f; //进程号 char name[8]; //进程名 int size; //进程大小 int n; //进程页数 int ye[100]; //页表,下标表示页号, 内容表示进程各页所在物理块 struct LNode *next; }LNode,*LinkList; 二、各个功能模块 主要功能模块流程图 四、系统测试 主界面： （显示程序的各个功能块）1、选择1, 运行界面如下： （选择1, 输入进程名, 显示内存物理块分配情况） 2、选择2, 运行界面如下： （显示2回收进程, 若进程名输入错误, 则显示进程不存在, ）3、选择3, 运行界面如下：操作系统实验之内存管理实验报告
第四章 操作系统存储管理(练习题)
操作系统内存管理原理
操作系统课程设计内存管理
操作系统内存管理系统
操作系统 内存管理实验报告
windows操作系统内存管理方式综述
实验五动态页式存储管理实现过程的模拟
实验四 内存管理模拟实验
操作系统内存管理
内存管理(操作系统)操作系统课程设计
计算机操作系统试题库new
动态分区存储管理的模拟实现
基本分页存储管理的模拟实现