操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)90417

1、學(xué) 號：課程設(shè)計(jì)課程計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)題目模擬設(shè)計(jì)存儲管理的分配與回收學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班級計(jì)算機(jī)1404姓名王承禹指導(dǎo)教師王紅霞2016 年 12 月 27 日目錄1需求分析1.1任務(wù)描述1.2系統(tǒng)的功能需求3.功能設(shè)計(jì)2.1算法分析2.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.頁表結(jié)構(gòu)2.3模塊說明內(nèi)存模塊4.進(jìn)程模塊5.主控模塊5.錯誤處理模塊.7.7.開發(fā)平臺3.1開發(fā)平臺運(yùn)行結(jié)果與運(yùn)行情況分析4.1初始界面以及功能選項(xiàng)4.2內(nèi)存情況4.3進(jìn)程頁表信息自我評價與總結(jié)核心代碼9.4.1內(nèi)存模塊代碼104.2進(jìn)程模塊代碼134.3主控模塊代碼146成績評定表1.6模擬設(shè)計(jì)頁式存儲管理的分配與回收

2、1需求分析1.1任務(wù)描述頁式管理頁式管理是一種內(nèi)存空間存儲管理的技術(shù)，分為靜態(tài)頁式管理和動態(tài)頁式管 理。模擬動態(tài)頁式管理，請求調(diào)頁技術(shù)，將各進(jìn)程的虛擬空間劃分成若干個長度相等的 頁，將內(nèi)存劃分成若干長度相等的頁框。并且能完成邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。模擬虛擬存儲器的工作。1.2系統(tǒng)的功能需求（1） 能夠輸入給定的內(nèi)存頁面數(shù)，頁面大小，進(jìn)程的個數(shù)及每個進(jìn)程的頁數(shù)。（2） 當(dāng)某進(jìn)程提出申請空間的大小后，顯示能否滿足申請，以及為該進(jìn)程分配資源 后內(nèi)存空間的使用情況（被進(jìn)程占用的頁面，空閑的頁面）。（3） 當(dāng)某進(jìn)程撤消時，顯示內(nèi)存回收后內(nèi)存空間的使用情況。（4）實(shí)現(xiàn)缺頁中斷處理。2功能設(shè)計(jì)2.1算法分

3、析首先，請求表給出進(jìn)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，并請求表中的相 應(yīng)表項(xiàng)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。頁面分配算法如圖2.1所示。圖2.1頁面分配算法流程圖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)律建立起頁表頁表結(jié)構(gòu)struct Page Process* processPtr;/ 進(jìn)程指針int * memoryPage; / 內(nèi)存頁號bool * valid;II頁是否有效int size; II有用頁個數(shù)int pageSi

4、ze;；2.3模塊說明采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，將模塊分為內(nèi)存模塊、進(jìn)程模塊與主控模塊 要說明各個模塊的接口與數(shù)據(jù)定義。內(nèi)存模塊class Memory private :double allNum=1; / 訪問總次數(shù)double missNum = 0; / 不命中次數(shù)Process* processPtr; / 進(jìn)程指針數(shù)組int * allocateTime; /頁被分配時的系統(tǒng)時間bool * valid;/內(nèi)存頁數(shù)組，標(biāo)志頁是否可用int freeSize;/空閑頁數(shù)量int pageSize = 2;static Memory* in sta nee;Memory。；public

5、 :static Memory* getl nsta nce();int getPageNum();void setPageNum( int Num);int getPageSize();void setPageSize( int Size);Process* getProcess( int index) const; / 獲取進(jìn)程指針int getTime( int in dex) con st; / 獲取系統(tǒng)時間bool getValid( int index) const; / 獲取頁是否可用int getFreeSizse() c on st return freeSize; / 獲取

6、內(nèi)存空閑頁數(shù)量bool validIndex( int index) const; /index 是否有效int getEarliestPage() con st; /獲取最早進(jìn)入內(nèi)存的頁void allocate(Process* ptr, int index);/ 分配一個內(nèi)存頁給進(jìn)程 indexvoid allocateAII(Process* pr); /為所有進(jìn)程頁分配內(nèi)存頁void revoke(); / 釋放一頁void revoke( int mem); / 釋放一頁void revokeProcess(Process* ptr);/ 釋放進(jìn)程的所有頁void printlnf

7、o() con st; / 內(nèi)存頁信息;進(jìn)程模塊class Process private :string name;/進(jìn)程名double size;/進(jìn)程大小，單位為MBint pageCou nt;/頁數(shù)Page* page;/進(jìn)程的頁表public :Process(str ingnm, double sz); /默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)string getName() const return name; / 獲取進(jìn)程名double getSize() const return size; int getPageCount() const return pageCount; Page* getPa

8、ge() const return page; void prin tI nfo() con st;/ 輸岀進(jìn)程信息;主控模塊int mai n() Memory * memory = Memory :get In sta nce();/ 內(nèi)存指針Process* process = new Process*MAX_PROCESS_SIZE; / 進(jìn)程指針數(shù)組/初始化進(jìn)程指針數(shù)組for (i nt i = 0; i MAX_PROCESS_SIZE; i+)processi = NULL_PTR;in it();int select = -1;/ 操作編號do cout n=菜單= endl;

9、cout 1.創(chuàng)建進(jìn)程n2.分配進(jìn)程所有頁n3.分配進(jìn)程一頁n4.釋放進(jìn)程 endl;cout 5.釋放進(jìn)程一頁n6.內(nèi)存狀態(tài)n7.進(jìn)程狀態(tài)n8.頁表信息n9.退岀 endl;cout select;if (cin.fail() badl nput();/ 輸入流錯誤else if (select 9) cout n 操作編號錯誤! endl;else break; while (true);switch (select) case 1:op1(memory, process);break;case 2:op2(memory, process);break;case 3:op3(memory,

10、 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 怎么會運(yùn)行到這里？ endl; break; while (select != 9);return 0;錯誤處理模塊class Error private :stri

11、ng info; / 異常信息public :Error() :info( Error: exception occured! ) Error( string i) :info( i) string getlnfo() const return info; ;3.1開發(fā)平臺(1) 操作系統(tǒng)：Windows10(2) 開發(fā)語言：C+(3) 開發(fā)環(huán)境：Visual Studio 2015 Community本程序米用C+作為編程語言,用visual studio 2015進(jìn)行開發(fā)。C+是C語言的繼 承，它既可以進(jìn)行C語言的過程化程序設(shè)計(jì)，又可以進(jìn)行以抽象數(shù)據(jù)類型為特點(diǎn)的基于對 象的程序設(shè)計(jì)，還可以

12、進(jìn)行以繼承和多態(tài)為特點(diǎn)的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)。C+擅長面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的同時，還可以進(jìn)行基于過程的程序設(shè)計(jì)。4運(yùn)行結(jié)果與運(yùn)行情況分析 CWI N DOWSsysternSScrnd .cws D X- -Q-一-nF -Q ft?* 0乘-程程程趕程態(tài)態(tài)息 戰(zhàn)一曲曲赴l(fā)a-fr-u.-信 邏gl配奴KI存桎衣岀 11分分w欄山啟貞退 S - - V 1 2LJ 4 t 7 cl- b-屎作編號:4.1初始界面以及功能選項(xiàng)4.2內(nèi)存情況33 L:W IN DOWS5yitem3 ZKcmd.exe程程態(tài)態(tài)息 途it-狀言 冊放存押召出 W釋內(nèi)進(jìn)頁退 仁一九.廠蟲二LUtpIllto LitU工口王

13、raFd壬匚土工0王nFn壬口壬 K-VH-*Kr YKrVHr 進(jìn)進(jìn)講進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn) 屬屬屬屬屬屬SK屬屬 圻所m所所所所所0-123456789ml J -0- 一 F 0 1 .4f寸中4f1 f1 f1 f山4r屮 MHH H nnH nnu- nuo- nHM nn nu HHM nn rL- - i i -JH rtJ nJ nJ mJ 己己 nJ fi B Raffia 存分分分分分分分 八刀分分o- 1 2 3 4 s 6 7 8 9output, txt羊細(xì)內(nèi)存信卓請査看文件4.3進(jìn)程頁表信息HB C :WI N DOWS yitem 32cm d .ewe有頁貝 L所一-

14、程程程程程態(tài)態(tài)息 4進(jìn)4進(jìn)進(jìn)快矢言 -1TA -nA rj hli nA JMdL J 建配配放放存程表出 創(chuàng)分分釋釋內(nèi)進(jìn)頁退輸出進(jìn)程頁表信息=左程名：A1234內(nèi)存頁號 內(nèi)存頁號 內(nèi)存頁號 內(nèi)存頁號 內(nèi)存頁號5I J01234表環(huán)引號引哥nl谷歌拼音輸入袪2半；5自我評價與總結(jié)（1）本次實(shí)驗(yàn)中我認(rèn)為完成的比較好的工作有模塊設(shè)計(jì)和編碼以及分配算法的實(shí)現(xiàn) 其中模塊分為了內(nèi)存、進(jìn)程以及主控模塊三部分。可以方便的完成內(nèi)存分配算法的轉(zhuǎn)換 具有較高的獨(dú)立性，同時也可以方便的完成分頁到分段的轉(zhuǎn)換，采用的調(diào)度算法也有較 高的獨(dú)立性。可見，一個模塊獨(dú)立性高的系統(tǒng)，其變更與擴(kuò)展都會變得十分容易。其次，在頁面置換

15、算法的選擇上，我選擇了先進(jìn)先出算法，該算法易于實(shí)現(xiàn)，而且不 命中率與隨機(jī)置換算法的不命中率都比較低，是比較理想的頁面置換算法。（2） 需求分析時對題目的理解不完全正確，造成了實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能不符合要求，例如，在內(nèi)存中應(yīng)該給每個進(jìn)程分配一定數(shù)量的塊，而我的實(shí)現(xiàn)中并沒有這樣做，而是一個進(jìn)程最極端的情況下可以占用所有內(nèi)存，并且一個進(jìn)程可以替換其他進(jìn)程的頁面。這一點(diǎn)是由于沒有完全理解實(shí)驗(yàn)要求和對頁式虛擬存儲器理解有誤造成的。同時這樣也給系統(tǒng)帶來了很大的影響。我吸取到的教訓(xùn)是，需求分析階段就要搞清楚問題所在，在問 題不明確的情況下，不能貿(mào)然著手實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，否則實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)講沒有意義。（3） 本次設(shè)計(jì)中，在編寫

16、、調(diào)試、執(zhí)行的過程中，我熟悉了頁式存儲管理的各個置 換算法與分配方法，以及回收方法。同時，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的過程中，我在需求分析階段沒 有搞清楚問題，以至于系統(tǒng)功能有誤，這都是很好的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。6核心代碼6.1內(nèi)存模塊代碼class Memory private :double allNum=1;double missNum = 0;Process* processPtr; / 進(jìn)程指針數(shù)組int * allocateTime;/頁被分配時的系統(tǒng)時間bool * valid; /內(nèi)存頁數(shù)組,標(biāo)志頁是否可用int freeSize; II空閑頁數(shù)量int pageSize = 2;static Mem

17、ory* in sta nee;Memory。；public :static Memory* getl nsta nce();int getPageNum();void setPageNum( int Num);int getPageSize();void setPageSize( int Size);Process* getProcess( int index) const; II 獲取進(jìn)程指針int getTime( int in dex) con st; II 獲取系統(tǒng)時間bool getValid( int index) const; II 獲取頁是否可用int getFreeSizs

18、e() c on st return freeSize; II 獲取內(nèi)存空閑頁數(shù)量bool validlndex( int index) const; /index 是否有效int getEarliestPage() con st; II獲取最早進(jìn)入內(nèi)存的頁void allocate(Process* ptr, int index);II 分配一個內(nèi)存頁給進(jìn)程indexvoid allocateAII(Process* pr);II為所有進(jìn)程頁分配內(nèi)存頁void revoke。；/ 釋放一頁void revoke( int mem);/ 釋放一頁void revokeProcess(Proce

19、ss* ptr);/ 釋放進(jìn)程的所有頁void printlnfo() con st; / 內(nèi)存頁信息；/默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，私有Memory:Memory() valid = new bool pageNum;processPtr = new Process*pageNum;allocateTime = new int pageNum;freeSize = pageNum;/初始化：頁標(biāo)志、進(jìn)程指針、分配時間for (int i = 0; i pageNum; i+) validi = true ;processPtri = NULL_PTR;allocateTimei = -1;int Memo

20、ry:getPageNum() return pageNum;int Memory:getPageSize()return pageSize; void Memory:setPageNum( int Num) pageNum = Num; void Memory:setPageSize( int Size)pageSize = Size;Memory* Memory:i nsta nee =new Memory。;/獲取單例Memory* Memory:get In sta nce() return instanee;/獲取進(jìn)程指針Process* Memory:getProcess( int

21、 index) eonst if (validIndex(index)return processPtrindex;else throw Error( Error: in Memory:getProcess(), /獲取系統(tǒng)時間int Memory:getTime( int index) const if (validIndex(index)return allocateTimeindex;else throw Error( Error: in Memory:getTime(), 錯誤的下標(biāo)r);錯誤的下標(biāo)r);/獲取頁是否可用bool Memory:getValid( int index)

22、const if (validIndex(index)return validindex;else throw Error( Error: in Memory.getValid(),錯誤的下標(biāo)r);/index是否有效bool Memory:validIndex( int index) const if (index = pageNum) return false; else return true ;/獲取最早進(jìn)入內(nèi)存的頁int Memory:getEarliestPage() const int min = MAX_TIME;/最小分配時間int pos = -1;/最早進(jìn)入的頁for (

23、int i = 0; i pageNum; i+) if (allocateTimei != -1 & allocateTimei getPage();if (page-getValid(index)throw Error(Error:頁已在內(nèi)存中 r);if (freeSize = 0) revoke(); / 釋放一頁/開始分配for (int i = 0; i allocate(i ndex, i);/更新內(nèi)存信息processPtri = ptr;allocateTimei = time+;validi = false;freeSize-;第vv index cout 分配內(nèi)存頁 i

24、給進(jìn)程getName() 頁. endl;break;catch (Error e) cout e.get lnfo() en dl;6.1進(jìn)程模塊代碼class Process private :string name;/進(jìn)程名double size;/進(jìn)程大小，單位為MBint pageCou nt;/頁數(shù)Page* page;/進(jìn)程的頁表public :Process(str ingnm, double sz); /默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)/獲取進(jìn)程信息string getName() const return name; double getSize() const return size; in

25、t getPageCount() const return pageCount; Page* getPage() const return page; /輸岀進(jìn)程信息void pr in tI nfo() con st;；/默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)Process:Process(string nm , double sz) /if (sz = pageNum) throw Error(Error:進(jìn)程大小參數(shù)錯誤，構(gòu)造失敗!);int nameSize = nm .size();if (nameSize MAX_NAME_SIZE) throw Error(Error:進(jìn)程名長度錯誤，允許的長度為 110

26、 !);n ame = nm;size = sz;/進(jìn)程大小double temp = size - ( int)size;if (temp = 0) pageCou nt = size;else pageCou nt = size + 1;/新建頁表page = new Page(this , pageCount);/輸岀進(jìn)程信息void Process:printlnfo() const cout 進(jìn)程名： name endl;cout 大小: size endl;cout 頁數(shù): pageCount endl;#en dif6.2主控模塊代碼int mai n() Memory* memory = Memory:getInstan