操作系統(tǒng)課程設(shè)計-模擬設(shè)計頁式存儲管理的分配與回收

1、武漢理工大學操作系統(tǒng)課程設(shè)計說明書學 號：0120910340228課程設(shè)計題目模擬設(shè)計頁式存儲管理的分配與回收學院計算機科學與技術(shù)專業(yè)計算機科學與技術(shù)班級XX姓名XX指導教師XXX2011 年 01月 09 日ii武漢理工大學操作系統(tǒng)課程設(shè)計說明書課程設(shè)計任務(wù)書學生姓名： XX 專業(yè)班級： 計算機0902班指導教師：XXX工作單位：計算機科學與技術(shù)學院題 目：模擬設(shè)計頁式存儲管理的分配與回收初始條件：1 .預備內(nèi)容：閱讀操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理章節(jié)內(nèi)容，了解有關(guān)虛擬存儲器、頁式存 儲管理等概念，并體會頁式管理內(nèi)存的分配和回收過程。2 .實踐準備：掌握一種計算機高級語言的使用。要求完成的主要任務(wù)：（

2、包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1 .采用頁式管理方案實施內(nèi)存分配和回收。能夠處理以下的情形 能夠輸入給定的內(nèi)存頁面數(shù)，頁面大小，進程的個數(shù)及每個進程的頁數(shù)。 要求當某進程提出申請空間的大小后，顯示能否滿足申請，以及為該進程分配資源后內(nèi)存空間的使用情況（被進程占用的頁面，空閑的頁面） 。2 .設(shè)計報告內(nèi)容應(yīng)說明：課程設(shè)計目的與功能； 需求分析，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或模塊說明 （功能與框圖）； 源程序的主要部分；（4）測試用例，運行結(jié)果與運行情況分析； 自我評價與總結(jié)：i）你認為你完成的設(shè)計哪些地方做得比較好或比較出色；ii）什么地方做得不太好，以后如何改正；iii）從本設(shè)計得到的

3、收獲（在編寫，調(diào)試，執(zhí)行過程中的經(jīng)驗和教訓）；iv）完成本題是否有其他的其他方法（如果有，簡要說明該方法）；v）對實驗題的評價和改進意見，請你推薦設(shè)計題目。時間安排：設(shè)計安排一周：周1、周2:完成程序分析及設(shè)計。周2、周3:完成程序調(diào)試及測試。 周4、周5:驗收，撰寫課程設(shè)計報告。（注意事項：嚴禁抄襲，一旦發(fā)現(xiàn)，抄與被抄的一律按0分記）指導教師簽名：年月日系主任（或責任教師）簽名：年月日模擬設(shè)計頁式存儲管理的分配與回收1需求分析頁式管理是一種內(nèi)存空間存儲管理的技術(shù),頁式管理分為靜態(tài)頁式管理和動態(tài) 頁式管理?；驹硎菍⒏鬟M程的虛擬空間劃分成若干個長度相等的頁(page), 頁式管理把內(nèi)存空間按

4、頁的大小劃分成片或者頁面(page frame),然后把頁式 虛擬地址與內(nèi)存地址建立對應(yīng)頁表，并用相應(yīng)的硬件地址變換機構(gòu)，來解決離散地址變換問題。頁式管理采用請求調(diào)頁或預調(diào)頁技術(shù)實現(xiàn)了內(nèi)外存 存儲器的 統(tǒng)一管理。1910 9頁號P頁內(nèi)地址W8圖1頁的劃分頁號頁面號圖2基本頁表小例靜態(tài)分頁管理的第一步是為要求內(nèi)存的作業(yè)或進程分配足夠的頁面。 系統(tǒng)通過存儲頁面表、請求表以及頁表來完成內(nèi)存的分配工作。 頁表指的是內(nèi)存中的一 塊固定存儲區(qū)。頁式管理時每個進程至少有一個頁表。請求表指的是用來確定作 業(yè)或進程的虛擬空間的各頁在內(nèi)存中的實際對應(yīng)位置； 另外整個系統(tǒng)有一個存儲 頁面表，其描述了物理內(nèi)存空間的分

5、配使用狀況。進程號請求頁面數(shù)曳曲始址負面長度120102420234104434318107813421 *圖3請求表的示例存儲頁面表有兩種構(gòu)成方法：1、位示圖法2、空閑頁面鏈表法模擬設(shè)計頁式存儲管理的分配與回收要求能夠滿足如下的要求：(1)輸入給定的內(nèi)存頁面數(shù)，頁面大小，進程的個數(shù)及每個進程的頁數(shù)。(2)要求當某進程提出申請空間的大小后，顯示能否滿足申請，以及為該進 程分配資源后內(nèi)存空間的使用情況(被進程占用的頁面，空閑的頁面)2功能設(shè)計2.1 算法分析首先，請求表給出進程或作業(yè)要求的頁面數(shù)。然后，由存儲頁面表檢查是否 有足夠的空閑頁面，如果沒有，則本次無法分配。如果有則首先分配設(shè)置頁表，

6、并請求表中的相應(yīng)表項后，按一定的查找算法搜索出所要求的空閑頁面，并將對 應(yīng)的頁好填入頁表中。圖4分配頁面的算法流程2.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)頁式管理把內(nèi)存空間按頁的大小劃分成片或者頁面，再按照一定的規(guī)律建立 起頁表，并通過請求表將分配內(nèi)容顯示出來.將頁表和請求表的內(nèi)容使用結(jié)構(gòu)體 來定義是比較方便的./頁表項結(jié)構(gòu)typedef struct _pagetableitempageid pagenum;頁號blockid blocknum;塊號pgtabitem; 頁表typedef pgtabitem * pagetable;/請求表結(jié)構(gòu)typedef struct _reqtableunsigned pi

7、d;/進程號unsigned reqpagenum; 請求頁面數(shù)pagetable pgtabadr; 頁表始址bool state;狀態(tài) reqtabitem;請求表還引入了支持快速插入和刪除的list順序容器來進行相關(guān)操作list reqtable因為模擬設(shè)計的關(guān)系，頁面的起始地址均應(yīng)該為隨機的數(shù)值，所以程序在 設(shè)計過程中加入了隨機數(shù)類的編寫.class RandomNumberprivate:unsigned long randseed;public:RandomNumber(unsigned long s=0);unsigned short Random(unsigned long n

8、);double fRandom(void);采用當前系統(tǒng)的時間值來生成偽隨機數(shù)分配地址.定義隨機數(shù)產(chǎn)生器：RandomNumber random定義內(nèi)存頁面數(shù):int pagenum定義頁面大小:int pagesize定義進程個數(shù):int pnum用整數(shù)數(shù)組模擬分配的內(nèi)存頁面數(shù)int * mempage=new intpagenum2.3 模塊說明2.3.1 主函數(shù)主函數(shù)依次運行了程序中所實現(xiàn)的關(guān)鍵函數(shù).int main()InitSys();/初始化系統(tǒng)MainChoice();輸出系統(tǒng)菜單Destroy。；/釋放申請的動態(tài)內(nèi)存return 0;2.3.2 各個功能函數(shù)初始化內(nèi)存頁面：v

9、oid Init_Mempage(void) 獲取內(nèi)存使用情況:int Get_Mempagenum(void) 初始化默認的請求表：void Init_Reqtable(void) 為默認的進程分配內(nèi)存：void Init_DistMem(void) 手動創(chuàng)建進程，并分配內(nèi)存：void Dist_Mem(void) 釋放申請的動態(tài)內(nèi)存：void Destroy(void) 結(jié)束指定進程：void Kill(void)2.3.3 打印函數(shù)打印出進程請求表：void PrintReqtable(void) 打印出頁表：void PrintPageTable(void) 打印出內(nèi)存使用情況：voi

10、d PrintMem(void) 打印出物理塊的大?。簐oid PrintBlockSize(void)2.3.4 其他函數(shù)初始化系統(tǒng):void InitSys(void) 輸出主菜單：void MainMenu(void) 選擇運彳T分支:void MainChoice()武漢理工大學操作系統(tǒng)課程設(shè)計說明書3開發(fā)平臺3.1開發(fā)平臺(1)使用系統(tǒng)：Windows 7(2)使用語言：C+(3)開發(fā)工具：Visual C+ 20084測試用例，運行結(jié)果與運行情況分析4.1 測試方法通過輸入正常數(shù)據(jù)以及非正常數(shù)據(jù)對程序進行全方位測試4.2 測試結(jié)果(1)程序主界面 65”軌Huang學習相關(guān)闡保疏深

11、程命中飄頁防治豈胖對岳與回收陳!8轉(zhuǎn)。區(qū)8煙9騙進晦內(nèi)物系您 5于示銷示前人 式手顯顯撤顯顯退輸 IM-LB.klfJei,1九程富統(tǒng)的(2)輸入進程號和頁面數(shù) 6U沁rHEJflng學習相關(guān)偎作系貌專程度小根挎頁式印第本的方武與回收曲小弟 03#武漢理工大學操作系統(tǒng)課程設(shè)計說明書(3)顯示進程頁表:f中心悔9字習同段隹緊舒烹推觀”模年口的開向定皚泗與回笈展同03詠23一配k刀2 7-面量 J- J. 面進頁表i選號 口建程A程至統(tǒng)的程用大工頁#青：.方不示銷示套人久式手顯顯撤&顯退箱i(4)顯示請求表0U導” E w ng導刁用云段隹緊齊深框浸L，唱引口式枳i忠守腕滿與亙曲5曰6總的(5)顯

12、示內(nèi)存使用情況以及物理塊大小.LeF-uanm學三隹W飛冬汽手叁及、，每三二式孑哈三不四一配二回門”e(6)錯誤檢驗 cAU$用Huang學習相關(guān)果方西回收tRdea33。5啟% LHgl程表況W 月大 I7)-20-i s:SQ5存 選后的內(nèi)言建程末程存理薪程,存加不示銷示一！人人足式手顯顯撤顯顯退 B0,3,4.5-L7.售清沒ft的程表 也造天表況目一人 金白0 不陽山干 it 講:該 選號在管建程求程停理統(tǒng)捫程仁內(nèi)物番鍍小 存功示示銷小屯入入中式手顯顯描顯顯退 頁l-e-B-ft-E-，r?,請耍 CL -SHuan不學習唱關(guān)抵作系講洗4苴計甄頁式于諸百歪的方元與回收、達用訶回時程哀況

13、月大理途頁表e送UL:紅 言建程求程存理統(tǒng)的程已 壽內(nèi)與仔口示示銷示lsA廠 式下顯顯撤顯后 一Q :一二6.7.工頁 1, 2L清輸入進程號二5源程序的主要部分#include #include #include #include #include page.h#include Random.husing namespace std;list reqtable;RandomNumber random;碰機數(shù)產(chǎn)生器unsigned pagenum=random.Random(80)+21;附存頁面數(shù) 21-100unsigned pagesize=random.Random(16)+5;灰面大

14、小 5-20unsigned pnum=random.Random(4)+5;冊程的八數(shù) 5-8int * mempage=new intpagenum; /用整數(shù)數(shù)組模擬內(nèi)存頁面數(shù)/*初始化內(nèi)存頁面*/void Init_Mempage(void) int i=0;for(i=0;iint(pagenum);i+) mempagei=0;/數(shù)組全部賦初值/*獲取內(nèi)存的使用情況*/ int Get_Mempagenum(void) int sum=0;for(int i=0;iint(pagenum);i+) if(mempagei=0)sum+;return sum; /判斷有多少內(nèi)存頁面已

15、經(jīng)被使用 /*初始化默認的請求表*/ void Init_Reqtable(void) int i;for(i=1;i=int(pnum);i+) reqtabitem preq; preq.pid=i;preq.reqpagenum=random.Random(4)+2;進程請求的頁面大小-5 preq.state=false;preq.pgtabadr=NULL;reqtable.push_back(preq); /依次壓入容器一/*為默認的進程分配內(nèi)存*/void Init_DistMem(void)/進程請求頁面數(shù)int reqpnum;int i;list二iterator pos=

16、reqtable.begin();for(;pos!=reqtable.end();pos+)reqpnum=(*pos).reqpagenum;if(reqpnumint(Get Mempagenum() 判斷請求的內(nèi)存頁面數(shù)目是否大cout”沒有足夠的內(nèi)存！endl;coutendl;else(*pos).state=true;pagetable temp = new pgtabitemreqpnum; 新建臨時頁表項數(shù)組 if(temp=NULL) cout”內(nèi)存分配失?。ndl;exit(0);(*pos).pgtabadr=temp;for(i=0;ireqpnum;i+)temp

17、i.pagenum=i; /頁表的頁號.一int randnum=random.Random(pagenum)+1;/l 機產(chǎn)生一個塊號 while(mempagerandnum=1)randnum=random.Random(pagenum)+1;tempi.blocknum=randnum;/頁裝的塊號 mempagerandnum=1;/*手動創(chuàng)建進程，并分配內(nèi)存*/void Dist_Mem(void)int i;reqtabitem preq;新創(chuàng)建進程記錄int pid;進程號int reqpnum;/請求頁面數(shù)bool flag=false;docoutpid;for(list:

18、iteratorif(*pos).pid=pid)pos=reqtable.begin();pos!=reqtable.end();pos+) flag=true;cout該進程號已經(jīng)存在，請重新輸入endl;coutendl;break;while(flag=true);/循環(huán)直到輸入的Pid滿足條件preq.pid=pid;coutreqpnum;preq.reqpagenum=reqpnum;preq.state=false;preq.pgtabadr=NULL;reqpnum=preq.reqpagenum;if(reqpnumGet_Mempagenum() cout沒有足夠的內(nèi)存，

19、進程創(chuàng)建失敗！endl; coutendl; elsepreq.state=true;pagetable temp = new pgtabitemreqpnum; if(temp=NULL)C cout”內(nèi)存分配失??！endl;exit(0);preq.pgtabadr=temp;for(i=0;iint(reqpnum);i+)tempi.pagenum=i; /頁表的頁號.一int randnum=random.Random(pagenum)+1;/l 機產(chǎn)生一個塊號 while(mempagerandnum=1)randnum=random.Random(pagenum)+1;reqta

20、ble.push_back(preq); /將該進程的記錄加入請求表一tempi.blocknum=randnum;/頁裝的塊號 mempagerandnum=1;/*程序結(jié)束時，釋放申請的動態(tài)內(nèi)存*/void Destroy(void)list二iterator pos=reqtable.begin();for(pos=reqtable.begin();pos!=reqtable.end();pos+) if(*pos).state=true)reqtable.clear();delete (*pos).pgtabadr;/*打印出進程請求表*/void PrintReqtable(void

21、) (coutendl;cout|endl;cout進程請求表|endl;cout|endl;cout setw(8)進程號setw(16)請求頁面數(shù)setw(16)頁表起始地址setw(16)頁表長度setw(16)狀態(tài) |endl;cout|endl;list二iterator pos=reqtable.begin();for(pos=reqtable.begin();pos!=reqtable.end();pos+)(coutTsetw(8)(*pos).pidsetw(16)(*pos).reqpagenumsetw(16)(*pos).pgtabadrsetw(16)(*pos).r

22、eqpagenum) * pagesize;if(*pos).state)coutsetw(4)已分配 |endl;elsecoutsetw(4)未分配 |endl;if(*pos).pid!=reqtable.back().pid)cout|endl;elsecout|endl;)/*打印頁表*/void PrintPageTable(void)(unsigned pid;int i;bool flag=false;coutpid;list二iterator pos=reqtable.begin();for(pos=reqtable.begin();pos!=reqtable.end();p

23、os+) (if(*pos).pid=pid&(*pos).state=true)(cout cout cout|endl;此進程的頁表|endl;|endl;flag=true;coutsetw(16)頁號setw(6)塊號 |endl; cout|endl;int reqpagenum=(*pos).reqpagenum;for(i=0;ireqpagenum;i+)coutTsetw(16)(*pos).pgtabadri.pagenumsetw(6)(*pos).pgtabadri.blocknum |endl;if(i!=reqpagenum-1) cout|endl;else co

24、ut|endl;if(flag=false)cout”系統(tǒng)中不存在該進程或者該進程還沒有被分配內(nèi)存！n”;coutendl;void PrintMem(void)cout”內(nèi)存總塊數(shù)為 pagenum”,已經(jīng)使用了 pagenum-Get_Mempagenum()塊!endl;cout現(xiàn)在還有Get_Mempagenum()塊內(nèi)存區(qū)域空閑！endl;coutendl;void PrintBlockSize(void)Ccout物理塊大小為：pagesizeKBendl;coutendl;/*結(jié)束指定進程*/void Kill(void)bool flag;int i;reqtabitem te

25、mp;list二iterator pos=reqtable.begin();int pid;docoutpid;for(pos=reqtable.begin();pos!=reqtable.end();pos+)if(*pos).pid=pid)flag=true;temp=*pos;break;if(flag=false)cout素統(tǒng)中不存在該進程！endl;coutendl;while(flag=false);or(i=0;iint(temp.reqpagenum);i+)mempagetemp.pgtabadri.blocknum=0;reqtable.remove(temp);/手新為

26、沒有分配到內(nèi)存的進程分配內(nèi)存for(pos=reqtable.begin();pos!=reqtable.end();pos+)if(*pos).state=false)int reqpnum;reqpnum=(*pos).reqpagenum;if(reqpnum=Get_Mempagenum()(*pos).state=true;pagetable temp = new pgtabitemreqpnum;if(temp=NULL)Ccout”內(nèi)存分配失??！endl;coutendl;exit(0);(*pos).pgtabadr=temp;for(i=0;iint(reqpnum);i+)

27、tempi.pagenum=i; /頁表的頁號 int randnum=random.Random(pagenum)+1;/ffi機產(chǎn)生一個塊 while(mempagerandnum=1)randnum=random.Random(pagenum)+1; tempi.blocknum=randnum;頁表的塊號 mempagerandnum=1;/*初始化系統(tǒng)*/void InitSys(void)一cout.setf(ios二left);左對齊 Init_Mempage();Init_Reqtable(); Init_DistMem();*輸出主菜單*/void MainMenu(void

28、)cout頁式存儲管理的分配與回收endl;cout1.手動倉建進程endl;cout2.顯示逐程頁表endl;cout3.顯示請求表endl;cout4.撤銷迸程endl;cout5.顯示內(nèi)存使用情況endl;cout6.顯示物理塊大小endl;cout7.退山系統(tǒng)endl;coutchoice;switch(choice)case 1:Dist_Mem();break;case 2:PrintPageTable();break;case 3:PrintReqtable();break;case 4:Kill();break;case 5:PrintMem();break;case 6:PrintBlockSize();break;case 7:break;default :cout輸入有誤，請重新輸入.n; coutvvendl;break;while(choice!=7); int main()IInitSys();/初始化系統(tǒng)