实验五存储管理
1.实验目的：
存储管理的主要功能之一是合理地分配空间。请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。
本实验的目的是通过请求页式存储管理中页面置换算法的模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式管理的页面置换算法
2.实验内容：
设计程序实现下述三个算法，并计算下述算法的命中率。
A.OPTIMAL：最佳置换算法
B.FIFO：先进先出置换算法
C.LRU：最近最久未使用置换算法
[预备内容]
地址映射过程中，若发现所要访问的页面不再内存中，则产生缺页中断。当发生缺页中断时操作系统必须在内存选择一个页面将其移出内存，以便为即将调入的页面让出空间。而用来选择淘汰哪一页的规则叫做页面置换算法。以下分别是三个算法的设计思想。
OPTIMAL：最佳置换算法。其所选择的被淘汰页面，将是以后永不使用的，或是在未来最长时间内不再被访问的页面。
FIFO：先进先出置换算法。该算法总是淘汰最先进入内存的页面，既选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。
LRU ：最近最久未使用置换算法。该算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来所经历的的时间T ，当须淘汰一个页面时，选择现有页面中其T 值最大的给予淘汰。在该实现中是选择Timer 值最大的淘汰。 2）举例即将被访问的页面如下 page
7,0,1,2,0,3,0,4,2,3,0,3,2,1,2,0,1,7,0,1
内存情况 Block
FIFO
OPT
……
……
……
LRU
具体实现：
7,0,1,2,0,3,0,4,2,3,0,3,2,1,2,0,1,7,0,1
Block
Block Block
参考程序如下： #include
int content;//页面号 int timer;//被访问标记 }page;
page block[Bsize];//物理块
FIFO
OPT
LRU
page page[Psize];//页面号串
void Init(void)
{//初始化
int QString[20]={7,0,1,2,0,3,0,4,2,3,0,3,2,1,2,0,1,7,0,1};
for(int i=0; i { block[i].content = -1; block[i].timer = 0; } for(i=0; i { page[i].content = QString[i]; page[i].timer = 0; } } int findSpace(void) {//查找是否有空闲内存 for(int i=0; i if(block[i].content == -1) return i;//找到空闲内存，返回BLOCK中位置return -1; } int findExist(int curpage) {//查找内存中是否有该页面 for(int i=0; i if(block[i].content == page[curpage].content) return i;//找到内存中有该页面，返回BLOCK中位置return -1; } int findReplace(void) {//查找应予置换的页面，被置换的页面的Timer值最大int pos = 0; for(int i=0; i if(block[i].timer >= block[pos].timer) pos = i;//找到应予置换页面，返回BLOCK中位置return pos; } void display(void) {//显示 for(int i=0; i if(block[i].content != -1) cout< cout< } void Optimal(void) {//OPTIMAL算法 int exist,space,position ; for(int i=0; i { exist = findExist(i); if(exist != -1) { cout<<"不缺页"< else { space = findSpace(); if(space != -1) {block[space]=page[i];//block[space].content=page[i].content,block[spac e].timer=page[i].timer display(); } else {//没有找到空闲分区，需找一个页面进行置换 for(int k=0; k for(int j=i; j { if(block[k].content != page[j].content) { block[k].timer = 1000; }//将来不会用，设置TIMER为一个很大数 else { block[k].timer = j; break; } } position = findReplace(); block[position] = page[i]; display(); } } } } void LRU(void) {// } void FIFO(void) {// } void BlockClear(void) { for(int i=0; i { block[i].content = -1; block[i].timer = 0; } } void main(void){ Init(); cout<<"|----------页面置换算法----------|"< cout<<"页面号引用串:7,0,1,2,0,3,0,4,2,3,0,3,2,1,2,0,1,7,0,1"< cout<<"选择<1>应用Optimal算法"< cout<<"选择<2>应用FIFO算法"< cout<<"选择<3>应用LRU算法"< cout<<"选择<0>退出"< int select; while(select) { cin>>select; switch(select) { case 0: break; case 1: cout<<"Optimal算法结果如下:"< Optimal(); BlockClear(); cout<<"----------------------"< case 2: cout<<"FIFO算法结果如下:"< FIFO(); BlockClear(); cout<<"----------------------"< break; case 3: cout<<"LRU算法结果如下:"< LRU(); BlockClear(); cout<<"----------------------"< break; default: cout<<"请输入正确功能号"< break; } } } 实验三：存储管理 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】 一、实验名称 实验三：存储管理 [1]Windows Server 2003内存结构 [2] Windows Server 2003虚拟内存 二、 [1]实验目的 1）通过实验了解windows Server 2003内存的使用，学习如何在应用程序中管理内存、体会Windows应用程序内存的简单性和自我防护能力。 2）了解windows Server 2003的内存结构和虚拟内存的管理，进而了解进程堆和windows为使用内存而提供的一些扩展功能。 三、 [1]实验内容 四、 [1]实验步骤 Windows提供了一个API即GetSystemInfo() ，以便用户能检查系统中虚拟内存的一些特性。程序5-1显示了如何调用该函数以及显示系统中当前内存的参数。 步骤1：登录进入Windows Server 2003 。 步骤2：在“开始”菜单中单击“程序”-“Microsoft Visual Studio 6.0”–“Microsoft Visual C++ 6.0”命令，进入Visual C++窗口。 步骤3：在工具栏单击“打开”按钮，在“打开”对话框中找到并打开实验源程序。 程序5-1：获取有关系统的内存设置的信息 步骤4：单击“Build”菜单中的“Compile ”命令，并单击“是”按钮确认。系统对进行编译。 步骤5：编译完成后，单击“Build”菜单中的“Build ”命令，建立可执行文件。 操作能否正常进行如果不行，则可能的原因是什么 答：操作能正常进行。 _____________________________________________________ 步骤6：在工具栏单击“Execute Program” (执行程序) 按钮，执行程序。 运行结果 (分行书写。如果运行不成功，则可能的原因是什么？) ： 1) 虚拟内存每页容量为： 2) 最小应用地址： 0x00010000 3) 最大应用地址为： 0x7ffeffff 4) 当前可供应用程序使用的内存空间为： 5) 当前计算机的实际内存大小为： 阅读和分析程序5-1，请回答问题： 实验五存储管理（二） 学号：姓名：班级： 实验目的： 1. 了解虚拟存储器。 2. 掌握分页存储管理的原理，熟悉段式存储和段页式存储管理。 3. 掌握常用的页面置换算法。 实验内容： 一、选择： 1.可变分区方式常用的主存分配算法中，（）总是找到能满足作业要求的最大空闲区分配 A、最佳适应算法 B、首次适应算法 C、最坏适应算法 D、循环首次适应算法 2．下列（）存储方式不能实现虚拟存储器 A、分区 B、页式 C、段式 D、段页式 3．操作系统处理缺页中断时，选择一种好的调度算法对主存和辅存中的信息进行高效调度尽可能地避免（） A、碎片 B、CPU空闲 C、多重中断 D、抖动 4．分页式存储管理的主要特点是（） A、要求处理缺页中断 B、要求扩充主存容量 C、不要求作业装入到主存的连续区域 D、不要求作业全部同时装人主存 5．LRU页面调度算法淘汰（）的页 A、最近最少使用 B、最近最久未使用 C、最先进入主存 D、将来最久使用 6．分区管理要求对每一个作业都分配（）的主存单元 A、地址连续 B、若干地址不连续的 C、若干连续的页 D、若干不连续的帧 7．在存储管理中，采用覆盖与交换技术的目的是（） A、节省主存空间 B、物理上扩充主存容量 C、提高CPU的效率 D、实现主存共享 8．分页虚拟存储管理中，缺页中断时，欲调度一页进入主存中，内存己无空闲块，如何决定淘汰已在主存的块时，（）的选择是很重要的 A、地址变换 B、页面调度算法 C、对换方式 D、覆盖技术 9．（）存储管理兼顾了段式在逻辑上清晰和页式在存储管理上方便的优点 A、分段 B、分页 C、可变分区方式 D、段页式 10．在固定分区分配中，每个分区的大小是（） A、随作业长度变化 B、相同 C、可以不同但预先固定 D、可以不同但根据作业长度固定 11．下述（）页面置换算法会产生Belady现象 A、最佳置换算法 B、先进先出算法 C、LRU算法 D、Clock算法 12．在一个分页式存储管理系统中，页表的内容为： 若页的大小为4KB，则地址转换机构将相对地址0转换成的物理地址是（）。 A．8192 B．4096 C．2048 D．1024 13．采用先进先出页面淘汰算法的系统中，一进程在内存占3块（开始为空），页面访问序列为1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5、6。运行时会产生（）次缺页中断。 A．7 B．8 C．9 D．10 二、填空： 1.在分页式存储管理的页表里，主要应该包含和两个信息。 2.在请求分页式存储管理中，页面淘汰是由于引起的。 实验3：页式虚拟存储管理程序模拟 实验目的：编写程序来模拟计算机的两种调度方式： （1）先进先出算法 （2）最近最少使用算法 程序设计 FIFO页面置换算法 1在分配内存页面数(AP)小于进程页面数(PP)时，当然是最先运行的AP个页面放入内存。2这时有需要处理新的页面，则将原来内存中的AP个页面最先进入的调出(是以称为FIFO)，然后将新页面放入。 3以后如果再有新页面需要调入，则都按2的规则进行。 算法特点：所使用的内存页面构成一个队列。 LRU页面置换算法 1当分配内存页面数(AP)小于进程页面数(PP)时，当然是把最先执行的AP个页面放入内存。2当需要调页面进入内存，而当前分配的内存页面全部不空闲时，选择将其中最长时间没有用到的那个页面调出，以空出内存来放置新调入的页面(称为LRU)。 算法特点：每个页面都有属性来表示有多长时间未被CPU使用的信息。 结果分析 #include 实验三动态分区存储管理方式的主存分配回收 一、实验目的 深入了解动态分区存储管理方式主存分配回收的实现。 二、实验预备知识 存储管理中动态分区的管理方式。 三、实验内容 编写程序完成动态分区存储管理方式的主存分配回收的实现。实验具体包括： 首先确定主存空间分配表；然后采用最优适应算法完成主存空间的分配和回收；最后编写主函数对所做工作进行测试。 四、提示与讲解 动态分区管理方式预先不将主存划分成几个区域，而把主存除操作系统占用区域外的空间看作一个大的空闲区。当作业要求装入主存时，根据作业需要主存空间的大小查询主存内各个空闲区，当从主存空间中找到一个大于或等于该作业大小的主存空闲区时，选择其中一个空闲区，按作业需求量划出一个分区装入该作业。作业执行完后，它所占的主存分区被收回，成为一个空闲区。如果该空闲区的相邻分区也是空闲区，则需要将相邻空闲区合并成一个空闲区。 实现动态分区的分配和回收，主要考虑的问题有三个： 第一，设计记录主存使用情况的数据表格，用来记录空闲区和作业占用的区域；第二，在设计的数据表格基础上设计主存分配算法；第三，在设计的数据表格基础上设计主存回收算法。 首先，考虑第一个问题： 设计记录主存使用情况的数据表格，用来记录空闲区和作业占用的区域。 由于动态分区的大小是由作业需求量决定的，故分区的长度是预先不固定的，且分区的个数也随主存分配和回收变动。总之，所有分区情况随时可能发生变化，数据表格的设计必须和这个特点相适应。由于分区长度不同，因此设计的表格应该包括分区在主 存中的起始地址和长度。由于分配时空闲区有时会变成两个分区： 空闲区和已分分区，回收主存分区时，可能会合并空闲分区，这样如果整个主存采用一张表格记录已分分区和空闲区，就会使表格操作繁琐。主存分配时查找空闲区进行分配，然后填写已分配区表，主要操作在空闲区；某个作业执行完后，将该分区变成空闲区，并将其与相邻的空闲区合并，主要操作也在空闲区。 由此可见，主存的分配和回收主要是对空闲区的操作。这样为了便于对主存空间的分配和回收，就建立两张分区表记录主存使用情况，一张表格记录作业占用分区的 “已分配区表”；一张是记录空闲区的“空闲区表”。这两张表的实现方法一般有两种，一种是链表形式，一种是顺序表形式。在实验中，采用顺序表形式，用数组模拟。由于顺序表的长度必须提前固定，所以无论是“已分配区表”还是“空闲区 表”都必须事先确定长度。它们的长度必须是系统可能的最大项数，系统运行过程中才不会出错，因而在多数情况下，无论是“已分配区表”还是“空闲区表”都有空闲栏目。已分配区表中除了分区起始地址、长度外，也至少还要有一项“标志”，如果是空闲栏目，内容为“空”，如果为某个作业占用分区的登记项，内容为该作业的作业名；空闲区表中除了分区起始地址、长度外，也要有一项“标志”，如果是空闲栏目，内容为“空”，如果为某个空闲区的登记项，内容为“未分配”。在实际系统中，这两表格的内容可能还要多，实验中仅仅使用上述必须的数据。为此, “已分配区表”和“空闲区表”在实验中有如下的结构定义。 已分配区表的定义： #define n 10// 假定系统允许的最大作业数量为n struct {float address;// 已分分区起始地址 float length; // 已分分区长度，单位为字节 int flag;// 已分配区表登记栏标志, “0表”示空栏目，实验中只支持一个字符的作业名}used_table[n];// 已分配区表 空闲区表的定义： 实验三、存储管理 一、实验目的： ? 一个好的计算机系统不仅要有一个足够容量的、存取速度高的、稳定可靠的主存储器，而且要能合理地分配和使用这些存储空间。当用户提出申请存储器空间时，存储管理必须根据申请者的要求，按一定的策略分析主存空间的使用情况，找出足够的空闲区域分配给申请者。当作业撤离或主动归还主存资源时，则存储管理要收回作业占用的主存空间或归还部分主存空间。主存的分配和回收的实现虽与主存储器的管理方式有关的，通过本实验理解在不同的存储管理方式下应怎样实现主存空间的分配和回收。 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。通过本实验理解在分页式存储管理中怎样实现虚拟存储器。 在本实验中，通过编写和调试存储管理的模拟程序以加深对存储管理方案的理解。熟悉虚存管理的各种页面淘汰算法通过编写和调试地址转换过程的模拟程序以加强对地址转换过程的了解。 二、实验题目： 设计一个可变式分区分配的存储管理方案。并模拟实现分区的分配和回收过程。 对分区的管理法可以是下面三种算法之一：（任选一种算法实现） 首次适应算法 循环首次适应算法 最佳适应算法 三．实验源程序文件名:cunchuguanli.c 执行文件名:cunchuguanli.exe 四、实验分析： 1)本实验采用可变分区管理，使用首次适应算法实现主存的分配和回收 1、可变分区管理是指在处理作业过程中建立分区，使分区大小正好适合作业的需求，并 且分区个数是可以调整的。当要装入一个作业时，根据作业需要的主存量查看是否有足够的空闲空间，若有，则按需要量分割一个分区分配给该作业；若无，则作业不能装入，作业等待。随着作业的装入、完成，主存空间被分成许多大大小小的分区，有的分区被作业占用，而有的分区是空闲的。 为了说明那些分区是空闲的，可以用来装入新作业，必须有一张空闲说明表 ? 空闲区说明表格式如下：? 第一栏 第二栏 其中，起址——指出一个空闲区的主存起始地址，长度指出空闲区的大小。 长度——指出从起始地址开始的一个连续空闲的长度。 状态——有两种状态，一种是“未分配”状态，指出对应的由起址指出的某个长度的区域是空闲区；另一种是“空表目”状态，表示表中对应的登记项目是空白（无效），可用来登记新的空闲区（例如，作业完成后，它所占的区域就成了空闲区，应找一个“空表目”栏登记归还区的起址和长度且修改状态）。由于分区的个数不定，所以空闲区说明表中应有适量的状态为“空表目”的登记栏目，否则造成表格“溢出”无法登记。 2、当有一个新作业要求装入主存时，必须查空闲区说明表，从中找出一个足够大的空闲区。 有时找到的空闲区可能大于作业需要量，这时应把原来的空闲区变成两部分：一部分分 实验五动态分区存储管理 一、实验目的 深入了解采用动态分区存储管理方式的内存分配回收的实现。通过编写和调试存储管理的模拟程序以加深对存储管理方案的理解，熟悉动态分区存储管理的内存分配和回收。 二、实验内容 编写程序完成动态分区存储管理方式的内存分配回收。 具体包括：确定内存空间分配表； 采用最优适应算法完成内存空间的分配和回收； 编写主函数对所做工作进行测试。 三、设计思路 整体思路： 动态分区管理方式将内存除操作系统占用区域外的空间看成一个大的空闲区。当作业要求装入内存时，根据作业需要内存空间的大小查询内存中的各个空闲区，当从内存空间中找到一个大于或等于该作业大小的内存空闲区时，选择其中一个空闲区，按作业需求量划出一个分区装人该作业，作业执行完后，其所占的内存分区被收回，成为一个空闲区。如果该空闲区的相邻分区也是空闲区，则需要将相邻空闲区合并成一个空闲区。 设计所采用的算法： 采用最优适应算法，每次为作业分配内存时，总是把既能满足要求、又是最小的空闲分区分配给作业。但最优适应算法容易出现找到的一个分区可能只比作业所需求的长度略大一点的情行，这时，空闲区分割后剩下的空闲区就很小以致很难再使用，降低了内存的使用率。为解决此问题，设定一个限值minsize，如果空闲区的大小减去作业需求长度得到的值小于等于minsize，不再将空闲区分成己分分区和空闲区两部分，而是将整个空闲区都分配给作业。 内存分配与回收所使用的结构体： 为便于对内存的分配和回收，建立两张表记录内存的使用情况。一张为记录作业占用分 区的“内存分配表”，内容包括分区起始地址、长度、作业名/标志（为0时作为标志位表示空栏目）；一张为记录空闲区的“空闲分区表”，内容包括分区起始地址、长度、标志（0表空栏目，1表未分配）。两张表都采用顺序表形式。 实验四操作系统存储管理实验报告 一、实验目的 存储管理的主要功能之一是合理地分配空间。请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。 本实验的目的是通过请求页式管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式存储管理的页面置换算法。 二、实验内容 （1）通过计算不同算法的命中率比较算法的优劣。同时也考虑了用户内存容量对命中率的影响。 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中的次数。 在本实验中，假定页面大小为1k，用户虚存容量为32k，用户内存容量为4页到32页。 （2）produce_addstream通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。 A、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 B、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+1的指令； 3）在前地址[0，m+1]中随机选取一条指令并执行，该指令的地址为m’； 4）顺序执行一条指令，地址为m’+1的指令 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）~5），直到执行320次指令 C、将指令序列变换称为页地址流 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[10，19]）； 。。。。。。 第310条~第319条指令为第31页<对应虚存地址为[310，319]）； 按以上方式，用户指令可组成32页。 （3）计算并输出下属算法在不同内存容量下的命中率。 1）先进先出的算法 实验二存储管理 一．实验目的 存储管理的主要功能之一是合理地分配空间。请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。 本实验的目的是通过请求页式管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式存储管理的页面置换算法。 二．实验内容 （1）通过计算不同算法的命中率比较算法的优劣。同时也考虑了用户内存容量对命中率的影响。 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页面失效次数 命中率?1?页地址流长度中的次数。，用户内存，用户虚存容量为 32k 在本实验中，假定页面大小为1k 32页。容量为4页到320条指令。produce_addstream通过随机数产生一个指令序列，共（2）指令的地址按下述原则生成：A、 的指令是顺序执行的）150% 的指令是均匀分布在前地址部分2）25% 的指令是均匀分布在后地址部分3）25% 体的实施方法是：、具B ；319]的指令地址之间随机选取一起点m）在[0，1 的指令；顺序执行一条指令，即执行地址为m+1）2 该指令的地址为中随机选取一条指令并执行，，m+1]3）在前地址[0 ；m' 的指令'+1）顺序执行一条指令，地址为m4 319]中随机选取一条指令并执行；[m在后地址'+2，5） 320次指令）~5），直到执行6）重复上述步骤1 将指令序列变换称为页地址流C、 条指令条指令排列虚存地址，即320k存放10在用户虚存中，按每在虚存中的存放方式为：；，9]）第9条指令为第0页（对应虚存地址为[0第0条~ ；19]）条指令为第1页（对应虚存地址为[10，第10条~第19 。。。。。。；，319]）[310条~第319条指令为第31页（对应虚存地址为310第页。按以上方式，用户指令可组成32 计算并输出下属算法在不同内存容量下的命中率。）（3 ）；）先进先出的算法（FIFO1 ；最近最少使用算法（LRU）2） ；OPT）最佳淘汰算法（）3 ；）LFR最少访问页面算法（）4． 其中3）和4）为选择内容 三．系统框图 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。 实验五动态分区存储管理模拟 一、实验目的 深入了解可变分区存储管理式主存分配回收的实现。 二、实验预备知识 可变分区存储管理式不预先将主存划分成几个区域，而把主存除操作系统占用区域外的空间看作一个大的空闲区。当进程要求装入主存时，根据进程需要主存空间的大小查询主存各个空闲区，当从主存空间找到一个大于或等于该进程大小要求的主存空闲区时，选择其中一个空闲区，按进程需求量划出一个分区装入该进程。进程执行完后，它所占的主存分区被回收，成为一个空闲区。如果该空闲区的相邻分区也是空闲区，则需要将相邻空闲区合并成一个空闲区。 这个实验主要需要考虑三个问题： (1)设计记录主存使用情况的数据表格，用来记录空闲区和进程占用的区域； (2)在设计的数据表格基础上设计主存分配算法； (3)在设计的数据表格基础上设计主存回收算法。 首先，考虑第一个问题：设计记录主存使用情况的数据表格，用来记录空闲区和进程占用的区域。 由于可变分区的大小是由进程需求量决定的，故分区的长度是预先不固定的，且分区的个数也随主存分配和回收而变动。总之，所有分区情况随时可能发生变化，数据表格的设计必须和这个特点相适应。由于分区长度不同，因此设计的表格应该包括分区在主存中的起始地址和长度。由于分配时空闲区有时会变成两个分区：空闲区和已分分区，回收主存分区时，可能会合并空闲分区，这样如果整个主存采用一表格记录已分分区和空闲区，就会使表格操作繁琐。主存分配 时查找空闲区进行分配，然后填写已分分区表，主要操作在空闲区；某个进程执行完成后，将该分区变成空闲区，并将其与相邻空闲区合并，主要操作也在空闲区。由此可见，主存分配和回收主要是对空闲区的操作。 这样，为了便于对主存空间的分配和回收，就建立两分区表记录主存使用情况，一表格记录进程占用分区的“已分分区表”；一是记录空闲区的“空闲区表”。这两表的实现法一般有两种，一种是链表形式，一种是顺序表形式。在实验中，采用顺序表形式，用数组模拟。由于顺序表的长度必须提前固定，所以无论是“已分分区表”还是“空闲区表”都必须事先确定长度。它们的长度必须是系统可能的最大项数，系统运行过程中才不会出错，因而在多数情况下，无论是“已分分区表”还是“空闲区表”都有空闲栏目。已分分区表中除了分区起始地址、长度外，也至少还要有一项“标志”，如果是空闲栏目，容为“空”，如果为某个进程占用分区的登记项，容为该进程的进程名；空闲区表中除了分区起始地址、长度外，也要有一项“标志”，如果是空闲栏目，容为“空”，如果为某个空闲区的登记项，容为“未分配”。在实际系统中，这两个表格的容可能还要更多，实验中仅仅使用上述必须的数据。为此，“已分分区表”和“空闲区表”在实验中有如下的结构定义： 已分分区表的定义： #define n 10 //假定系统允的进程数量最多为n struct { float address; //已分分区起始地址 float length; //已分分区长度，单位为字节 存储管理实验报告 北方工业大学 《计算机操作系统》实验报告 实验名称存储管理实验序号 2 实验日期2013.11.27实验人 一、实验目的和要求 1．请求页式存储管理是一种常用的虚拟存储管理技术。本实验目的 是通过请求页式存储管理中页面置换算法的模拟设计，了解虚拟存储 技术的特点，掌握请求页式存储管理的页面置换算法。 二、相关背景知识 1．随机数产生办法 关于随机数产生办法， Linux 或 UNIX 系统提供函数 srand() 和 rand() ，分 别进行初始化和产生随机数。 三、实验内容 (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+1 的指令； 3.在前地址[0，m+1]中随机选取一条指令并执行，该指令的地址为m’； 4.顺序执行一条指令，其地址为 m’+1； 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 1~5，直到执行 320 次指令。 (2)将指令序列变换成页地址流，设 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 中存放的方式为： 第 0 条至第 9 条指令为第 0 页（对应虚存地址为 [0， 9]）； 第 10 条至第 19 条指令为第 1 页（对应虚存地址为 [10， 19]）； 第 310 条至第 319 条指令为第 31 页（对应虚存地址为 [310，319]）； 按以上方式，用户指令可以组成 32 页。 (3)计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。 可变分区存储管理 设计思路： 整体思路： 可变分区管理方式将内存除操作系统占用区域外的空间看做一个大的空闲区。当作业要求装入内存时，根据作业需要内存空间的大小查询内存中的各个 空闲区，当从内存空间中找到一个大于或等于该作业大小的内存空闲区时，选择其中一个空闲区，按作业需求量划出一个分区装人该作业，作业执行完后，其所占的内存分区被收回，成为一个空闲区。如果该空闲区的相邻分区也是空闲区，则需要将相邻空闲区合并成一个空闲区。 设计所才用的算法： 采用最优适应算法，每次为作业分配内存时，总是把既能满足要求、又是最小的空闲分区分配给作业。但最优适应算法容易出现找到的一个分区可能只比作业所需求的长度略大一点的情行，这时，空闲区分割后剩下的空闲区就很小以致很难再使用，降低了内存的使用率。为解决此问题，设定一个限值min size，如果空闲区的大小减去作业需求长度得到的值小于等于min size，不再将空闲区分成己分分区和空闲区两部分，而是将整个空闲区都分配给作业。 内存分配与回收所使用的结构体： 为便于对内存的分配和回收，建立两张表记录内存的使用情况。一张为记录作业占用分区的“内存分配表”，内容包括分区起始地址、长度、作业名/标志（为0时作为标志位表示空栏目）；一张为记录空闲区的“空闲分区表”，内容包括分区起始地址、长度、标志（0表空栏目，1表未分配）。两张表都采用顺序表形式。 关于分配留下的内存小碎片问题： 当要装入一个作业时，从“空闲分区表”中查找标志为“ 1”（未分配）且满足作业所需内存大小的最小空闲区，若空闲区的大小与作业所需大小的差值小于或等于min size，把该分区全部分配给作业，并把该空闲区的标志改为“0”（空栏目）。同时，在已分配区表中找到一个标志为“ 0”的栏目登记新装人作业所占用分区的起始地址，长度和作业名。若空闲区的大小与作业所需大小的差值大于 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： 实验二存储管理 一、实验目的与基本要求 1．加深对可变分区的存储管理的理解； 2．提高用C 语言编制大型系统程序的能力，特别是掌握C 语言编程的难点：指针和指针作为函数参数； 3．掌握用指针实现链表和在链表上的基本操作。 二、实验条件 1．硬件：一台微机 2．软件：操作系统和C语言系统或VC++编译系统。 三、实验方法 编写程序，记录、观察显示结果，并分析原因。 四、实验内容 编写一个 C 程序，用char *malloc(unsigned size)函数向系统申请一次内存空间（如size=1000，单位为字节），用循环首次适应法来匹配。 两个模拟申请和释放函数，可以按以下定义addr = (char *)lmalloc(unsigned size) 和lfree(unsigned size,char * addr)模拟UNIX 操作系统的可变分区内存管理，实现对该内存区的分配和释放管理。 五、实验提示 要分配函数lmalloc 的参数size 和释放函数lfree 的参数size、addr 以键盘命令的形式 输入，每次分配和释放后显示自己的空闲存储区表。 空闲存储区表可采用结构数组的形式（最低要求）或双向链接表的形式，建议采用 的数据结构为： struct map { unsigned m_size; char * m_addr; }; struct map { unsigned m_size; char *m_addr; struct map *next, *prior； }; 整个系统的基本框架为 程序结束前将整个存储区归还给系统。 六、实验报告要求 要采用标准的实验报告纸。它包含以下几个方面： 1．题目。 2．算法思想和概要设计和重要模块的详细设计及功能和接口说明。 3．重要数据结构和变量的说明。 4．源程序、注释和结果。注释如在上机时来不及打入，可在写报告时补上。5．测试方法，对测试结果的分析，错误的分析。 6．程序及测试的改进、本次上机经验及体会。 . 操作系统实验 实验五虚拟存储器管理 学号 1115102015 姓名方茹 班级 11电子A 华侨大学电子工程系 实验五虚拟存储器管理 实验目的 1、理解虚拟存储器概念。 2、掌握分页式存储管理地址转换盒缺页中断。 实验内容与基本要求 1、模拟分页式存储管理中硬件的地址转换和产生缺页中断。 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。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。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。 2、用先进先出页面调度算法处理缺页中断。 FIFO 页面调度算法总是淘汰该作业中最先进入主存的那一页，因此可以用一个数组来表示该作业已在主存的页面。假定作业被选中时， 把开始的m 个页面装入主存，则数组的元素可定为m 个。 实验报告内容 1、分页式存储管理和先进先出页面调度算法原理。 分页式存储管理的基本思想是把内存空间分成大小相等、位置固定 操作系统原理 课程设计报告 题目：动态分区分配存储管理系统 所在学院：计算机科学与技术学院 班级： 11级计算机科学与技术(非师) 学号： 20111202052 姓名：吴创连 指导教师：黄侠剑 2014年3月18 目录 1 引言 (1) 2 需求分析 (1) 3 概要设计 (1) 4 详细设计 (1) 4.1问题描述和分析 (1) 4.2程序流程图 (2) 4.3数据结构体分析 (3) 4.4主要程序代码分析 (4) 5 调试与操作说明 (11) 5.1初始界面 (11) 5.2模拟内存分配 (12) 5.3回收内存界面 (12) 5.4最佳适应算法的实现 (13) 5.5最坏适应算法的实现 (13) 6总结与体会 (13) 1 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。 2 需求分析 动态分区分配是根据进程的实际需要，动态地为之分配内存空间。在实现动态分区分配时，将涉及到分区分配中所用的数据结构、分区分配算法和分区的分配和回收操作这样三个问题。常用的数据结构有动态分区表和动态分区链。在对数据结构有一定掌握程度的情况下设计合理的数据结构来描述存储空间，实现分区存储管理的内存分配功能，应该选择最合适的适应算法（最佳适应算法，最坏适应算法），在动态分区存储管理方式中主要实现内存分配和内存回收算法，在这些存储管理中间必然会有碎片的产生，当碎片产生时，进行碎片的拼接等相关的内容。 3 概要设计 本程序采用机构化模块化的设计方法，共分为两大模块。 1．最佳适应算法实现 它从全部空闲区中找出能满足作业要求的、且大小最小的空闲分区，这种方法能使碎片尽量小。为适应此算法，空闲分区表（空闲区链）中的空闲分区要按从小到大进行排序，自表头开始查找到第一个满足要求的自由分区分配。 2.最坏算法实现 最坏适应分配算法要扫描整个空闲分区或链表，总是挑选一个最大的空闲分区分割给作业使用。该算法要求将所有的空闲分区按其容量从大到小的顺序形成一空闲分区链，查找时只要看第一个分区能否满足作业要求。 4 详细设计 4.1 问题描述和分析 系统应利用某种分配算法，从空闲分区链表中找到所需大小的分区，如果空闲分区大小 实验四 操作系统存储管理实验报告 一、实验目的 存储管理的主要功能之一是合理地分配空间。请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。 本实验的目的是通过请求页式管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式存储管理的页面置换算法。 二、实验内容 （1） 通过计算不同算法的命中率比较算法的优劣。同时也考虑了用户内存容量对命 中率的影响。 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中的次数。 在本实验中，假定页面大小为1k ，用户虚存容量为32k ，用户内存容量为4页到32页。 （2） produce_addstream 通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。 A 、 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 B 、 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+1的指令； 3） 在前地址[0，m+1]中随机选取一条指令并执行，该指令的地址为m ’； 4） 顺序执行一条指令，地址为m ’+1的指令 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）~5），直到执行320次指令 页地址流长度页面失效次数命中率- =1 C、将指令序列变换称为页地址流 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[10，19]）； 。。。。。。 第310条~第319条指令为第31页（对应虚存地址为[310，319]）； 按以上方式，用户指令可组成32页。 （3）计算并输出下属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）； 3）最佳淘汰算法（OPT）； 4）最少访问页面算法（LFR）； 其中3）和4）为选择内容 实验二请求分页存储管理模拟实验 一、实验目的： 通过编写和调试存储管理的模拟程序以加深对存储管理方案的理解。熟悉虚存管理的各种页面淘汰算法。通过编写和调试地址转换过程的模拟程序以加强对地址转换过程的了解。 二、实验要求： 设计一个请求页式存储管理方案。并编写模拟程序实现。 （1）产生一个需要访问的指令地址流。它是一系列需要访问的指令的地址。为不失一般性，你可以适当地（用人工指定地方法或用随机数产生器）生成这个序列。 （2）简单起见，页面淘汰算法采用LRU页面淘汰算法，并且在淘汰一页时，只将该页在页表中抹去。而不再判断它是否被改写过，也不将它写回到辅存。 #include 实验三存储管理实验 一. 目的要求： 1、通过编写和调试存储管理的模拟程序以加深对存储管理方案的理解。熟悉虚存管理的各种页面淘汰算法。 2、通过编写和调试地址转换过程的模拟程序以加强对地址转换过程的了解。二．实验内容： 1、设计一个固定式分区分配的存储管理方案，并模拟实现分区的分配和回收过程。 可以假定每个作业都是批处理作业，并且不允许动态申请内存。为实现分区的分配和回收，可以设定一个分区说明表，按照表中的有关信息进行分配，并根据分区的分配和回收情况修改该表。 算法描述： 本算法将内存的用户区分成大小相等的四个的分区，设一张分区说明表用来记录分区，其中分区的表项有分区的大小、起始地址和分区的状态，当系统为某个作业分配主存空间时，根据所需要的内存容量，在分区表中找到一个足够大的空闲分区分配给它，然后将此作业装入内存。如果找不到足够大的空闲分区，则这个作业暂时无法分配内存空间，系统将调度另一个作业。当一个作业运行结束时，系统将回收改作业所占据的分区并将该分区改为空闲。 算法原程序 #include "stdio.h" #include "windows.h" #include 实验三：存储管理
实验五 存储管理(二)
操作系统-页式虚拟存储管理程序模拟
实验三动态分区存储管理方式的主
存储管理实验报告
实验五 动态分区存储管理
实验操作系统存储管理实验报告
实验报告实验二存储管理
实验五动态页式存储管理实现过程的模拟
实验五动态分区存储管理模拟
存储管理实验报告.doc
动态分区式存储管理
动态分区存储管理的模拟实现
实验二 存储管理
操作系统实验五虚拟存储器管理
动态分区存储管理系统分解
实验四 操作系统存储管理实验报告
实验二 请求分页存储管理模拟实验
实验三 存储管理实验
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