操作系统实验四存储管理
操作系统 课程实验-实验四页式虚拟存储管理中地址转换和缺页中断
实验四页式虚拟存储管理中地址转换和缺页中断一、实验目的深入了解页式存储管理如何实现地址转换；进一步认识页式虚拟存储管理中如何处理缺页中断。
二、实验预备知识页式存储管理中地址转换的方法；页式虚拟存储的缺页中断处理方法。
三、实验内容编写程序完成页式虚拟存储管理中地址转换过程和模拟缺页中断的处理。
实验具体包括：首先对给定的地址进行地址转换工作，若发生缺页则先进行缺页中断处理，然后再进行地址转换；最后编写主函数对所做工作进行测试。
假定主存64KB，每个主存块1024字节，作业最大支持到64KB，系统中每个作业分得主存块4块。
四、提示与讲解页式存储管理中地址转换过程很简单，假定主存块的大小为2n字节，主存大小为2m'字节和逻辑地址m位，则进行地址转换时，首先从逻辑地址中的高m-n位中取得页号，然后根据页号查页表，得到块号，并将块号放入物理地址的高m'-n位，最后从逻辑地址中取得低n位放入物理地址的低n位就得到了物理地址，过程如图6所示。
逻辑地址图6 页式存储管理系统地址转换示意图地址转换是由硬件完成的，实验中使用软件程序模拟地址转换过程，模拟地址转换的流程如图7所示（实验中假定主存64KB，每个主存块1024字节，即n=10,m'=16，物理地址中块号6位、块内地址10位；作业最大64KB，即m=16，逻辑地址中页号6位、页内地址10位）。
在页式虚拟存储管理方式中，作业信息作为副本放在磁盘上，作业执行时仅把作业信息的部分页面装入主存储器，作业执行时若访问的页面在主存中，则按上述方式进行地址转换，若访问的页面不在主存中，则产生一个“缺页中断”，由操作系统把当前所需的页面装入主存储器后，再次执行时才可以按上述方法进行地址转换。
页式虚拟存储管理方式中页表除页号和该页对应的主存块号外，至少还要包括存在标志（该页是否在主存），磁盘位置（该页的副本在磁盘上的位置）和修改标志（该页是否修改过）。
专升本操作系统第四章存储管理
缺点
内存紧缩操作需要消耗较大的系统资源，可能会 影响系统性能。
04
页式存储管理
页式存储管理的概念
01
页式存储管理是一种将内存划 分为固定大小的页，并将外存 空间划分为同样大小的页的存 储管理方式。
02
每个程序都被划分为一系列的 页面，并按照一定的规则将程 序加载到内存中。
段的共享
多个程序可以共享同一个段，通过共享可以节省 内存空间。
段的保护
通过设置段表和段长寄存器，实现段的保护，防 止越界访问。
段的移动
当需要将程序从内存中移出时，可以移动其中的 某个或多个段，而不是整个程序。
段式存储管理的优缺点
提高内存利用率
可以将不同程序的不同段分配到不同 的内存区域，避免浪费。
存储管理的主要目标是提高存储器的利用率，并保 证存储器的安全性和可靠性。
存储管理的功能
01
02
03
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内存管理
负责内存的分配、回收和保护 ，包括内存分区、分页、分段 等管理方式。
外存管理
负责磁盘等外部存储器的管理 ，包括文件的创建、删除、读 写等操作。
缓存管理
负责缓存区的分配、替换和缓 存数据的读写操作，以提高存 储器的访问速度。
动态分区存储管理的优缺点
02
01
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优点 可以有效地利用物理内存，提高内存利用率。 支持多道程序运行，提高系统吞吐量。
动态分区存储管理的优缺点
• 可以根据进程的实际需求动态地分配和回收内存。
动态分区存储管理的优缺点
由于分区分配算法的选择会影响内存利用率和 系统性能，因此需要仔细选择合适的算法。
实验四 存储管理
实验四存储管理背景知识耗尽内存是Windows 2000/XP系统中最常见的问题之一。
当系统耗尽内存时，所有进程对内存的总需求超出了系统的物理内存总量。
随后，Windows 2000/XP必须借助它的虚拟内存来维持系统和进程的运行。
虚拟内存机制是Windows 2000/XP操作系统的重要组成部分，但它的速度比物理内存慢得多，因此，应该尽量避免耗尽物理内存资源，以免导致性能下降。
解决内存不足问题的一个有效的方法就是添加更多的内存。
但是，一旦提供了更多的内存，Windows 2000/XP很可以会立即“吞食”。
而事实上，添加更多的内存并非总是可行的，也可能只是推迟了实际问题的发生。
因此，应该相信，优化所拥有的内存是非常关键的。
1. 分页过程当Windows 2000/XP求助于硬盘以获得虚拟内存时，这个过程被称为分页(paging) 。
分页就是将信息从主内存移动到磁盘进行临时存储的过程。
应用程序将物理内存和虚拟内存视为一个独立的实体，甚至不知道Windows 2000/XP使用了两种内存方案，而认为系统拥有比实际内存更多的内存。
例如，系统的内存数量可能只有16MB，但每一个应用程序仍然认为有4GB内存可供使用。
使用分页方案带来了很多好处，不过这是有代价的。
当进程需要已经交换到硬盘上的代码或数据时，系统要将数据送回物理内存，并在必要时将其他信息传输到硬盘上，而硬盘与物理内存在性能上的差异极大。
例如，硬盘的访问时间通常大约为4-10毫秒，而物理内存的访问时间为60 us，甚至更快。
2. 内存共享应用程序经常需要彼此通信和共享信息。
为了提供这种能力，Windows 2000/XP必须允许访问某些内存空间而不危及它和其他应用程序的安全性和完整性。
从性能的角度来看，共享内存的能力大大减少了应用程序使用的内存数量。
运行一个应用程序的多个副本时，每一个实例都可以使用相同的代码和数据，这意味着不必维护所加载应用程序代码的单独副本并使用相同的内存资源。
操作系统实验-存储管理
实验三存储管理【实验目的和要求】1、请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计。
2、了解虚拟存储技术的特点。
3、掌握请求页式存储管理的页面置换算法。
【实验原理】1、存储管理的主要功能之一是合理地分配空间。
2、请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。
3、命中率=1-(页面失效次数/页地址流长度)。
本实验页面失效次数为每次访问相应指令时，该指令所对应的页不在内存的次数。
【实验步骤】一、问题描述与分析1、通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。
指令的地址按下述原则生成：(1)50%的指令是顺序执行的；(2)25%的指令是均匀分布在前地址部分；(3)25%的指令是均匀分布在后地址部分。
具体的实施方法是：(1)在[0,319]的指令地址之间随机选取一起点m；(2)顺序执行一条指令，即执行地址为m+l的指今；(3)在前地址[0,m+l]中随机选取一条指令并执行，该指令的地址为m’；(4)顺序执行一条指今，其地址为m’ +l；(5)在后地址[m’ +2,319]中随机选取一条指令并执行；(6)重复上述步骤(1)一(5)，直到执行320次指令。
2、将指令序列变换成为页地址流(1)页面大小为1K；(2)用户内存容量为4页到32页；(3)用户虚存容量为32K。
在用户虚存中，按每K存放10条指令排列虚存地址，即320条指令在虚存中的存放方式为：第0条~第9条指令为第0页(对应虚存地址为[0,9])；第10条~第19条指令为第1页(对应虚存地址为[10, l9])；……第310条~第319条指令为第31页(对应虚存地址为[310,3191])；按以上方式，用户指令可组成32页。
3、考虑计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。
(1)先进先出的算法(FIFO) ；(2)最近最少使用算法(LRU)；其中(1)和(2)必做三、程序设计与调试在VC++6.0环境下进行程序设计和调试。
程序分析：问题1：怎样使模拟的指令随机？答：通过使用C++的rand函数生成随机数，来产生指令，并用算法保证指定指令序列的需求。
实验四 固定分区存储管理
实验四固定分区存储管理一、实验目的通过编写固定分区存储管理的模拟程序，加深对操作系统存储管理功能中的固定分区管理方式、主存分配表等相应知识的理解。
二、实验内容（1）作业J3请求资源，申请5K大小的内存空间；（2）作业J4申请33K大小的内存空间；（3）作业J1执行完毕，释放空间4、编写程序实现相应存储空间的分配和去配，若请求成功，修改主存分配表，并输出该表，若请求不能满足，输出“分配失败”。
（其中不考虑空闲分区的移动）。
实验代码：#include<stdio.h>#include<vector>#include<string>#include<string.h>#include<iostream>using namespace std;//定义进程资源类class Resource{public :string name; //用来表示占用进程int num; //用来标识分区号int begin; //用来存放其实地址int length; //用来标识内存长度int take; //用来表示当前的该资源是否被占用Resource(int n,int b,int l,int t){num = n;begin = b;length = l;take = t;}};//定义输出类class Output{public :string o_name;int o_num;int o_begin;int o_length;int o_take;};//申请资源请求bool Request(string name,int len,vector<Resource> &res) {vector<Resource *> r;//!!!!!!!!在这边定义一个指针，用来指向res，这里的好处是待会进行排序的时候，不会修改原来的res原来元素的顺序！！！！for(int m=0;m<res.size();m++){r.push_back(&res[m]);}//按书上所说的，首先对分区进行从小到大进行排序。
操作系统存储管理实验报告
操作系统存储管理实验报告一、实验目的本次实验的目的是通过编写一段程序，实现对内存的分配和回收操作，并验证算法的正确性和性能。
二、实验内容1.实现首次适应算法首次适应算法是一种动态分配的内存管理算法，通过从低地址往高地址内存块，找到第一个满足需求的空闲块进行分配。
具体实现过程如下：（1）初始化内存空间，设置内存块的大小和地址范围；（2）编写一个函数，实现内存的分配操作，根据需求大小找到第一个合适的空闲块，并在其前后设置相应的标志位；（3）编写一个函数，实现内存的回收操作，根据释放块的地址，将其前后的标志位进行合并；（4）模拟应用程序的运行，测试内存的分配和回收操作。
2.实现最佳适应算法最佳适应算法是一种动态分配的内存管理算法，通过整个内存空间，找到最小的满足需求的空闲块进行分配。
具体实现过程如下：（1）初始化内存空间，设置内存块的大小和地址范围；（2）编写一个函数，实现内存的分配操作，遍历整个内存空间，找到满足需求且大小最小的空闲块进行分配；（3）编写一个函数，实现内存的回收操作，根据释放块的地址，将其前后的标志位进行合并；（4）模拟应用程序的运行，测试内存的分配和回收操作。
三、实验结果1.首次适应算法经过测试，首次适应算法能够正确地进行内存的分配和回收操作，并且算法的性能良好。
尽管首次适应算法在分配过程中可能会产生碎片，但是由于它从低地址开始，可以在较短的时间内找到满足需求的空闲块。
在实际应用中，首次适应算法被广泛采用。
2.最佳适应算法经过测试，最佳适应算法能够正确地进行内存的分配和回收操作，并且算法的性能较好。
最佳适应算法会整个内存空间，找到大小最小的满足需求的空闲块。
因此，在分配过程中不会产生很多的碎片，但是算法的执行时间较长。
四、实验总结通过本次实验，我们成功地实现了首次适应算法和最佳适应算法，并对算法的正确性和性能进行了验证。
两种算法在内存的分配和回收过程中都表现出良好的性能，可广泛应用于实际场景中。
操作系统实验四存储管理实验(1)
操作系统课程实验年级2012 级专业计算机科学与技术（应用型）姓名学号指导教师日期实验四、存储管理实验一、关键问题1、实验目的理解内存分配和回收原理。
2、实验环境Ubuntu 8.0或者以上，Eclipse集成开发环境3、实验内容3.1 在控制台内观察Linux内存分配情况3.2存储管理模拟实验要求：写一动态分区管理程序，使其内存分配采用最佳适应分配算法。
老师所给的例子为内存分配算法是最先适应分配算法的系统模拟动态分区管理方案，而问题的关键就是如何把最先适应分配算法改为最佳适应分配算法。
二、设计修改思路struct freearea* min1=NULL;//定义了一个符合条件的最小空白块链表首先我们在分配内存函数中需要定义一个记录符合条件的最小空白块的链表结构指针，对当前空闲分区链进行遍历，找到符合条件的最小空白块并记录。
系统为作业分配内存时，根据指针freep查找空闲分区链。
当找到一块可以满足请求中最小的空闲分区时便分配。
当空间被分配后剩余的空间大于规定的碎片，则形成一个较小的空闲分区留在空闲链中。
三、实现修改的关键代码//有两个链:空白块链及作业链.空白块链描述空白块,链首指针freep,初始为一大块空白块.//作业链按从高址到低址的顺序链接,链首指针jobp//为作业jn分配jl大小内存，起始地址为javoid ffallocation(int jl,char jn[10],int* ja){struct mat* jp=NULL;//作业链当前节点struct mat* jp2=NULL;//新的作业节点struct mat* jp1=NULL;//struct freearea* fp=NULL;//当前空白块struct freearea* min1=NULL;//定义了一个符合条件的最小空白块链表int flag=0;int i;*ja=-1;if (totalfree<jl) //剩余空间大小不能满足作业要求return;fp=freep;while (fp!=NULL){if (fp->freesize>jl){ min1=fp;flag=1;break;}fp=fp->next;}if(freep->next!=NULL&&flag==0) {*ja=0;return;}fp=min1->next;while (fp!=NULL){if (fp->freesize>jl&&fp->freesize<min1->freesize)min1=fp;fp=fp->next;//当前空白块大小不满足要求}jobnumber++;totalfree=totalfree-jl;jp2=calloc(1,sizeof(struct mat));//在节点上登记为该作业分配的内存空间// for (i=0;i<10;i++) (jp2->jobname)[i]=' ';i=-1;while(jn[++i])(jp2->jobname)[i]=jn[i];(jp2->jobname)[i]='\0';jp2->joblength=jl;jp2->jobaddress=min1->freeaddress;//登记该作业的起始地址(块的最低地址)*ja=jp2->jobaddress;//将节点jp2插入作业链jobp,按高址到低址的顺序。
操作系统存储管理实验报告
操作系统存储管理实验报告一、实验目的操作系统的存储管理是计算机系统中非常重要的组成部分，它直接影响着系统的性能和资源利用率。
本次实验的目的在于深入理解操作系统中存储管理的基本原理和方法，通过实际操作和观察，掌握存储分配、回收、地址转换等关键技术，并对不同存储管理策略的性能进行分析和比较。
二、实验环境本次实验在 Windows 10 操作系统下进行，使用 Visual Studio 2019 作为编程环境，编程语言为 C+＋。
三、实验内容（一）固定分区存储管理1、原理固定分区存储管理将内存空间划分为若干个固定大小的分区，每个分区只能装入一道作业。
分区的大小可以相等，也可以不等。
2、实现创建一个固定大小的内存空间数组，模拟内存分区。
为每个分区设置状态标志（已分配或空闲），并实现作业的分配和回收算法。
3、实验结果与分析通过输入不同大小的作业请求，观察内存的分配和回收情况。
分析固定分区存储管理的优缺点，如内存利用率低、存在内部碎片等。
（二）可变分区存储管理1、原理可变分区存储管理根据作业的实际需求动态地划分内存空间，分区的大小和数量是可变的。
2、实现使用链表或数组来管理内存空间，记录每个分区的起始地址、大小和状态。
实现首次适应、最佳适应和最坏适应等分配算法，以及分区的合并和回收算法。
3、实验结果与分析比较不同分配算法的性能，如分配时间、内存利用率等。
观察内存碎片的产生和处理情况，分析可变分区存储管理的优缺点。
（三）页式存储管理1、原理页式存储管理将内存空间和作业都划分为固定大小的页，通过页表将逻辑地址转换为物理地址。
2、实现设计页表结构，实现逻辑地址到物理地址的转换算法。
模拟页面的调入和调出过程，处理缺页中断。
3、实验结果与分析测量页式存储管理的页面置换算法（如先进先出、最近最少使用等）的命中率，分析其对系统性能的影响。
探讨页大小的选择对存储管理的影响。
（四）段式存储管理1、原理段式存储管理将作业按照逻辑结构划分为若干个段，每个段有自己的名字和长度。
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宁德师范学院计算机系
实验报告
（2014—2015学年第二学期）
课程名称操作系统
实验名称实验四存储管理
专业计算机科学与技术（非师）年级2012级
学号B2012102147 姓名王秋指导教师王远帆
实验日期2015-05-20
2) 右键单击任务栏以启动“任务管理器”。
3) 在“Windows任务管理器”对话框中选定“进程”选项卡。
4) 向下滚动在系统上运行的进程列表，查找想要监视的应用程序。
请在表4-3中记录：
表4-3 实验记录
映像名称PID CPU CPU时间内存使用
WINWORD.EXE 5160 00 0：00：10 22772k
图1 word运行情况
“内存使用”列显示了该应用程序的一个实例正在使用的内存数量。
5) 启动应用程序的另一个实例并观察它的内存需求。
请描述使用第二个实例占用的内存与使用第一个实例时的内存对比情况：
第二个实例占用内存22772K，比第一个实例占用的内存大很多
4：未分页合并内存。
估算未分页合并内存大小的最简单方法是使用“任务管理器”。
未分页合并内存的估计值显示在“任务管理器”的“性能”选项卡的“核心内存”部分。
总数(K) ：________220___________
分页数：__________167___________
未分页(K) ：_________34__________
图2核心内存
还可以使用“任务管理器”查看一个独立进程正在使用的未分页合并内存数量和分页合并内存数量。
操作步骤如下：
1) 单击“Windows任务管理器”的“进程”选项卡，然后从“查看”菜单中选择“选择列”命令，显示“进程”选项卡的可查看选项。
2) 在“选择列”对话框中，选定“页面缓冲池”选项和“非页面缓冲池”选项旁边的复选框，然后单击“确定”按钮。
返回Windows “任务管理器”的“进程”选项卡时，将看到其中增加显示了各个进程占用的分页合并内存数量和未分页合并内存数量。
仍以刚才打开观察的应用程序(例如Word) 为例，请在表4-4中记录：
表4-4 实验记录
映像名称PID 内存使用页面缓冲池非页面缓冲池
WINWORD.EXE 2964 37488 951 42 从性能的角度来看，未分页合并内存越多，可以加载到这个空间的数据就越多。
拥有的物理内存越多，未分页合并内存就越多。
但未分页合并内存被限制为256MB，因此添加超出这个限制的内存对未分页合并内存没有影响。
5：提高分页性能。
在Windows 2000的安装过程中，将使用连续的磁盘空间自动创建分页文件(pagefile.sys) 。
用户可以事先监视变化的内存需求并正确配置分页文件，使得当系统必须借助于分页时的性能达到最高。
虽然分页文件一般都放在系统分区的根目录下面，但这并不总是该文件的最佳位置。
要想从分页获得最佳性能，应该首先检查系统的磁盘子系统的配置，以了解它是否有多个物理硬盘驱动器。
1) 在“开始”菜单中单击“设置”–“控制面板”命令，双击“管理工具”图标，再双击“计算机管理”图标。
2) 在“计算机管理”窗口的左格选择“磁盘管理”管理单元来查看系统的磁盘配置。
如果系统只有一个硬盘，那么建议应该尽可能为系统配置额外的驱动器。
这是因为：Windows 2000最多可以支持在多个驱动器上分布的16个独立的分页文件。
为系统配置多个分页文件可以实现对不同磁盘I/O请求的并行处理，这将大大提高I/O请求的分页文件性能。
请在表4-5中记录：
表4-5 实验记录
卷布局类型文件系统容量状态
C 简单基本NTFS 30G 良好（系
统）
D 简单基本NTFS 90G 良好
E 简单基本NTFS 90G 良好
F 简单基本NTFS 88
G 良好
图3磁盘情况
6：计算分页文件的大小。
要想更改分页文件的位置或大小配置参数，可按以下步骤进行：
1) 右键单击桌面上的“我的电脑”图标并选定“属性”。
2) 在“高级”选项卡上单击“性能选项”按钮。
3) 单击对话框中的“虚拟内存”区域中的“更改”按钮。
请记录：
所选驱动器的页面文件大小：
驱动器：______________F_____________________
可用空间：___________9825_____________________ MB
初始大小(MB) ：_____ 2048______________________
最大值(MB) ：________4092_____________________
所有驱动器页面文件大小的总数：
允许的最小值：________16____________________ MB
推荐：____________4590________________________ MB
当前已分配：________2048______________________ MB
4) 要想将另一个分页文件添加到现有配置，在“虚拟内存”对话框中选定一个还没有分页文件的驱动器，然后指定分页文件的初始值和最大值(以兆字节表示) ，单击“设置”，然后单击“确定”。
5) 要想更改现有分页文件的最大值和最小值，可选定分页文件所在的驱动器。
然后指定分页文件的初始值和最大值，单击“设置”按钮，然后单击“确定”按钮。
6) 在“性能选项”对话框中单击“确定”按钮。
7) 单击“确定”按钮以关闭“系统特性”对话框。
7：使用任务管理器。
可以使用“任务管理器”来简单地检查分页文件是否配置了正确容量。
这样可以实时提供系统正在使用分页文件的方式以及其他重要系统信息的准确描述。
2、教师批改学生实验报告应在学生提交实验报告10日内。