操作系统课程设计

学号：22课程设计课程计算机操作系统题目模拟设计存储管理的分配与回收学院计算机科学与技术学院专业计算机科学与技术班级计算机1404姓名王承禹指导教师王红霞2016 年12 月27 日目录1需求分析 (2)1.1 任务描述 (2)1.2系统的功能需求 (2)2 功能设计 (3)2.1 算法分析 (3)2.2 数据结构 (4)2.2.1 页表结构 (4)2.3模块说明 (4)2.3.1 存模块 (4)2.3.2 进程模块 (5)2.3.3 主控模块 (5)2.3.4 错误处理模块 (6)3 开发平台 (7)3.1开发平台 (7)4 运行结果与运行情况分析 (7)4.1初始界面以及功能选项 (7)4.2存情况 (7)4.3进程页表信息 (8)5 自我评价与总结 (9)6 核心代码 (9)4.1存模块代码 (10)4.2进程模块代码 (13)4.3主控模块代码 (14)6 成绩评定表 (16)模拟设计页式存储管理的分配与回收1需求分析1.1 任务描述页式管理页式管理是一种存空间存储管理的技术，分为静态页式管理和动态页式管理。

模拟动态页式管理，请求调页技术，将各进程的虚拟空间划分成若干个长度相等的页，将存划分成若干长度相等的页框。

并且能完成逻辑地址到物理地址的转换。

模拟虚拟存储器的工作。

1.2系统的功能需求（1）能够输入给定的存页面数，页面大小，进程的个数及每个进程的页数。

（2）当某进程提出申请空间的大小后，显示能否满足申请，以及为该进程分配资源后存空间的使用情况（被进程占用的页面，空闲的页面）。

（3）当某进程撤消时，显示存回收后存空间的使用情况。

（4）实现缺页中断处理。

2 功能设计2.1 算法分析首先，请求表给出进程或作业要求的页面数。

然后，由存储页面表检查是否有足够的空闲页面，如果没有，则本次无法分配。

如果有则首先分配设置页表，并请求表中的相应表项后，按一定的查找算法搜索出所要求的空闲页面，并将对应的页好填入页表中。

页面分配算法如图2.1所示。

图2.1 页面分配算法流程图2.2 数据结构页式管理把存空间按页的大小划分成片或者页面,再按照一定的规律建立起页表2.2.1 页表结构struct Page {Process* processPtr; //进程指针int* memoryPage; //存页号bool* valid; //页是否有效int size; //有用页个数int pageSize;2.3模块说明采用了面向对象的设计方法，将模块分为存模块、进程模块与主控模块。

下面简要说明各个模块的接口与数据定义。

2.3.1 存模块class Memory {private:double allNum=1;//访问总次数double missNum = 0;//不命中次数Process** processPtr;//进程指针数组int* allocateTime; //页被分配时的系统时间bool* valid; //存页数组，标志页是否可用int freeSize; //空闲页数量int pageSize = 2;static Memory* instance;Memory();public:static Memory* getInstance();int getPageNum();void setPageNum(int Num);int getPageSize();void setPageSize(int Size);Process* getProcess(int index)const; //获取进程指针int getTime(int index)const; //获取系统时间bool getValid(int index)const; //获取页是否可用int getFreeSizse()const { return freeSize; } //获取存空闲页数量bool validIndex(int index)const; //index是否有效int getEarliestPage()const; //获取最早进入存的页void allocate(Process* ptr, int index); //分配一个存页给进程indexvoid allocateAll(Process* pr); //为所有进程页分配存页void revoke(); //释放一页void revoke(int mem); //释放一页void revokeProcess(Process* ptr); //释放进程的所有页void printInfo()const; //存页信息};2.3.2 进程模块class Process {private:string name; //进程名double size; //进程大小，单位为MBint pageCount; //页数Page* page; //进程的页表public:Process(string nm, double sz); //默认构造函数string getName()const { return name; }//获取进程名double getSize()const { return size; }int getPageCount()const { return pageCount; }Page* getPage()const { return page; }void printInfo()const;//输出进程信息};2.3.3 主控模块int main() {Memory* memory = Memory::getInstance(); //存指针Process** process = new Process*[MAX_PROCESS_SIZE]; //进程指针数组//初始化进程指针数组for (int i = 0; i < MAX_PROCESS_SIZE; i++)process[i] = NULL_PTR;init();int select = -1; //操作编号do {cout <<"\n==================== 菜单===================="<< endl;cout <<"1.创建进程\n2.分配进程所有页\n3.分配进程一页\n4.释放进程"<< endl;cout <<"5.释放进程一页\n6.存状态\n7.进程状态\n8.页表信息\n9.退出"<< endl;cout <<"\n操作编号: ";//正确地输入编号do {cin >> select;if (cin.fail()) badInput(); //输入流错误else if (select < 1 || select > 9) cout <<"\n操作编号错误!"<< endl;else break;} while (true);switch (select) {case 1:op1(memory, process); break;case 2:op2(memory, process); break;case 3:op3(memory, process); break;case 4:op4(memory, process); break;case 5:op5(memory, process); break;case 6:op6(memory, process); break;case 7:op7(memory, process); break;case 8:op8(memory, process); break;case 9:break;default:cout <<"\n怎么会运行到这里?"<< endl; break;}} while (select != 9);return 0;}2.3.4 错误处理模块class Error {private:string info; //异常信息public:Error() :info("Error: exception occured!") {}Error(string i) :info(i) {}string getInfo()const { return info; }};3 开发平台3.1开发平台（1）操作系统：Windows10（2）开发语言：C++（3）开发环境：Visual Studio 2015 Community本程序采用C++作为编程语言，用visual studio 2015进行开发。

C++是C语言的继承，它既可以进行C语言的过程化程序设计，又可以进行以抽象数据类型为特点的基于对象的程序设计，还可以进行以继承和多态为特点的面向对象的程序设计。

C++擅长面向对象程序设计的同时，还可以进行基于过程的程序设计。

4 运行结果与运行情况分析4.1初始界面以及功能选项4.2存情况4.3进程页表信息5 自我评价与总结（1）本次实验中我认为完成的比较好的工作有模块设计和编码以及分配算法的实现。

其中模块分为了存、进程以及主控模块三部分。

可以方便的完成存分配算法的转换，具有较高的独立性，同时也可以方便的完成分页到分段的转换，采用的调度算法也有较高的独立性。

可见，一个模块独立性高的系统，其变更与扩展都会变得十分容易。

其次，在页面置换算法的选择上，我选择了先进先出算法，该算法易于实现，而且不命中率与随机置换算法的不命中率都比较低，是比较理想的页面置换算法。

（2）需求分析时对题目的理解不完全正确，造成了实现的系统功能不符合要求，例如，在存中应该给每个进程分配一定数量的块，而我的实现中并没有这样做，而是一个进程最极端的情况下可以占用所有存，并且一个进程可以替换其他进程的页面。

这一点是由于没有完全理解实验要求和对页式虚拟存储器理解有误造成的。

同时这样也给系统带来了很大的影响。

我吸取到的教训是，需求分析阶段就要搞清楚问题所在，在问题不明确的情况下，不能贸然着手实现系统，否则实现的系统讲没有意义。

（3）本次设计中，在编写、调试、执行的过程中，我熟悉了页式存储管理的各个置换算法与分配方法，以及回收方法。

同时，在实现系统的过程中，我在需求分析阶段没有搞清楚问题，以至于系统功能有误，这都是很好的经验和教训。

6核心代码6.1存模块代码class Memory {private:double allNum=1;double missNum = 0;Process** processPtr;//进程指针数组int* allocateTime; //页被分配时的系统时间bool* valid; //存页数组，标志页是否可用int freeSize; //空闲页数量int pageSize = 2;static Memory* instance;Memory();public:static Memory* getInstance();int getPageNum();void setPageNum(int Num);int getPageSize();void setPageSize(int Size);Process* getProcess(int index)const; //获取进程指针int getTime(int index)const; //获取系统时间bool getValid(int index)const; //获取页是否可用int getFreeSizse()const { return freeSize; } //获取存空闲页数量bool validIndex(int index)const; //index是否有效int getEarliestPage()const; //获取最早进入存的页void allocate(Process* ptr, int index); //分配一个存页给进程indexvoid allocateAll(Process* pr); //为所有进程页分配存页void revoke(); //释放一页void revoke(int mem); //释放一页void revokeProcess(Process* ptr); //释放进程的所有页void printInfo()const; //存页信息};//默认构造函数，私有Memory::Memory() {valid = new bool[pageNum];processPtr = new Process*[pageNum];allocateTime = new int[pageNum];freeSize = pageNum;//初始化: 页标志、进程指针、分配时间for (int i = 0; i < pageNum; i++) {valid[i] = true;processPtr[i] = NULL_PTR;allocateTime[i] = -1;}}int Memory::getPageNum(){return pageNum;}int Memory::getPageSize(){return pageSize;}void Memory::setPageNum(int Num){pageNum = Num;}void Memory::setPageSize(int Size){pageSize = Size;}Memory* Memory::instance = new Memory(); //获取单例Memory* Memory::getInstance() {return instance;}//获取进程指针Process* Memory::getProcess(int index)const {if (validIndex(index)) return processPtr[index];else throw Error("Error: in Memory::getProcess(), 错误的下标!"); }//获取系统时间int Memory::getTime(int index)const {if (validIndex(index)) return allocateTime[index];else throw Error("Error: in Memory::getTime(), 错误的下标!"); }//获取页是否可用bool Memory::getValid(int index)const {if (validIndex(index)) return valid[index];else throw Error("Error: in Memory.getValid(), 错误的下标!");}//index是否有效bool Memory::validIndex(int index)const {if (index < 0 || index >= pageNum) return false;else return true;}//获取最早进入存的页int Memory::getEarliestPage()const {int min = MAX_TIME; //最小分配时间int pos = -1; //最早进入的页for (int i = 0; i < pageNum; i++) {if (allocateTime[i] != -1 && allocateTime[i] < min) {pos = i;min = allocateTime[i];}}return pos;}//分配存页给进程页indexvoid Memory::allocate(Process* ptr, int index) {Page* page = ptr->getPage();if (page->getValid(index)) throw Error("Error: 页已在存中!");if (freeSize <= 0) revoke(); //释放一页//开始分配for (int i = 0; i < pageNum; i++) {if (valid[i]) { //找到空闲页try {//更新进程信息，可能抛出异常page->allocate(index, i);//更新存信息processPtr[i] = ptr;allocateTime[i] = time++;valid[i] = false;freeSize--;cout << "分配存页" << i << " 给进程" << ptr->getName() << " 第" << index << " 页." << endl;break;}catch (Error e) {cout << e.getInfo() << endl;}}}}6.1进程模块代码class Process {private:string name; //进程名double size; //进程大小，单位为MBint pageCount; //页数Page* page; //进程的页表public:Process(string nm, double sz); //默认构造函数//获取进程信息string getName()const { return name; }double getSize()const { return size; }int getPageCount()const { return pageCount; }Page* getPage()const { return page; }//输出进程信息void printInfo()const;};//默认构造函数Process::Process(string nm, double sz) {//if (sz <= 0 || sz >= pageNum) throw Error("Error: 进程大小参数错误，构造失败!");int nameSize = nm.size();if (nameSize <= 0 || nameSize > MAX_NAME_SIZE) throw Error("Error: 进程名长度错误，允许的长度为1~10 !");name =nm;size = sz;//进程大小double temp = size - (int)size;if (temp == 0) pageCount = size;else pageCount = size + 1;//新建页表page = new Page(this, pageCount);}//输出进程信息void Process::printInfo()const {cout <<"进程名: "<< name << endl;cout <<"大小: "<< size << endl;cout <<"页数: "<< pageCount << endl;}#endif6.2主控模块代码int main() {Memory* memory = Memory::getInstance(); //存指针Process** process = new Process*[MAX_PROCESS_SIZE]; //进程指针数组//初始化进程指针数组for (int i = 0; i < MAX_PROCESS_SIZE; i++)process[i] = NULL_PTR;init();int select = -1; //操作编号do {cout << "\n==================== 菜单====================" << endl;cout << "1.创建进程\n2.分配进程所有页\n3.分配进程一页\n4.释放进程" << endl;cout << "5.释放进程一页\n6.存状态\n7.进程状态\n8.页表信息\n9.退出" << endl;cout << "\n操作编号: ";//正确地输入编号do {cin >> select;if (cin.fail()) badInput(); //输入流错误else if (select < 1 || select > 9) cout << "\n操作编号错误!" << endl;else break;} while (true);switch (select) {case 1:op1(memory, process); break;case 2:op2(memory, process); break;case 3:op3(memory, process); break;case 4:op4(memory, process); break;case 5:op5(memory, process); break;case 6:op6(memory, process); break;case 7:op7(memory, process); break;case 8:op8(memory, process); break;case 9:break;default:cout << "\n怎么会运行到这里?" << endl; break;}getchar();getchar();} while (select != 9);return 0;}成绩评定表。