操作系统课程设计内存管理.doc
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内存管理模拟
实验目标：
本实验的目的是从不同侧面了解Windows2000／XP对用户进程的虚拟内存空间的管理、分配方法。
同时需要了解跟踪程序的编写方法（与被跟踪程序保持同步，使用Windows提供的信号量）。
对Windows分配虚拟内存、改变内存状态，以及对物理内存（physicalmemory）和页面文件（pagefile）状态查询的API函数的功能、参数限制、使用规则要进一步了解。
默认情况下，32位Windows2000／XP上每个用户进程可以占有2GB的私有地址空间，操作系统占有剩下的2GB。
Windows2000／XP在X86体系结构上利用二级页表结构来实现虚拟地址向物理地址的变换。
一个32位虚拟地址被解释为三个独立的分量——页目录索引、页表索引和字节索引——它们用于找出描述页面映射结构的索引。
页面大小及页表项的宽度决定了页目录和页表索引的宽度。
实验要求：
使用Windows2000／XP的API函数，编写一个包含两个线程的进程，一个线程用于模拟内存分配活动，一个线程用于跟踪第一个线程的内存行为，而且要求两个线程之间通过信号量实现同步。
模拟内存活动的线程可以从一个文件中读出要进行的内存操作，每个内存操作包括如下内容：
时间：
操作等待时间。
块数：
分配内存的粒度。
操作：
包括保留（reserve）一个区域、提交（commit）一个区域、释放（release）一个区域、回收（decommit）一个区域和加锁（lock）与解锁（unlock）一个区域，可以将这些操作编号存放于文件。
保留是指保留进程的虚拟地址空间，而不分配物理存储空间。
提交在内存中分配物理存储空间。
回收是指释放物理内存空间，但在虚拟地址空间仍然保留，它与提交相对应，即可以回收已经提交的内存块。
释放是指将物理存储和虚拟地址空间全部释放，它与保留（reserve）相对应，即可以释放已经保留的内存块。
大小：
块的大小。
访问权限：
共五种，分别为PAGE_READONLY,PAGE_READWRITE，PAGE_EXECUTE，PAGE_EXECUTE_READ和PAGEEXETUTE_READWRITE。
可以将这些权限编号存放于文件中跟踪线程将页面大小、已使用的地址范围、物理内存总量，以及虚拟内存总量等信息显示出来。
三、主要内容
1．设计思路
Windows进程的虚拟地址空间中也有三种状态的页面：
空闲页面、保留页面和提交页面。
空闲（Free）页面：
空闲页面是指那些可以保留或提交的可用页面。
保留（Reserved）页面：
保留页面是逻辑页面已分配但没有分配物理存储的页面。
设置这种状态的效果是可以保留一部分虚拟地址，这样，如果不预先释放这些地址，就不能被其他应用程序（如Malloc，LocalAlloc等）的操作所使用。
试图读或写空闲页面或保留页面将导致页面出错异常。
保留页面可被释放或提交。
提交（Committed）页面：
提交页面是物理存储（在内存中或磁盘上）已被分配的页面。
可对它加以保护，不许访问或允许只读访问，或允许读写访问。
提交也可以被回收以释放存储空间，从而变成保留页面。
在本实验中，首先创建工程makefile生成随机输入文件，其中包含对内存要求作的各种操作；然后创建工程MemoryAllocation，实现输入文件所要求的各项内存管理操作。
2．主要数据结构
实现内存在管理的主要API函数有:
GetSystemInfo
函数功能：
返回当前系统信息,存放入lpSystemInfo中。
GlobalMemoryStatus
函数功能：
获得计算机系统中当前使用的物理内存和虚拟内存的信息。
使用GlobalMemoryStatus函数
可以判断应用程序能够分配多少与其它应用程序不冲突的内存空间。
但GlobalMemoryStatus函数返回的信息是不稳定的，我们不能保证两次调用该函数都能返回到相同的信息。
VirtualQuery
函数功能：
提供有关调用进程虚拟窨中的页面信息.
VirtualAlloc
函数功能：
在调用进程的虚拟地址中保留或提交页面。
除非设置了MEM_RESET标志，否则被这个函
数分配的内存单元被自动初始化为0。
VirtualAllocEX
函数功能：
使用该函数可以保留、提交或者保留和提交进程虚拟空间的页面的基址，否则返回NULL。
VirtualFree
函数功能：
可以释放或注销调用进程虚拟空间中的页面。
成功则返回一个非零值，否则返回零值。
VirtualFreeEx
函数功能：
该函数可以释放或注销指定进程虚拟空间中的页面。
VirtualFreeEx函数和VirtualFree函数区别是：
VirtualFree函数释放调用进程的地址空间，而VirtualFreeEx函数可以释放任意指定的进程的地址空间。
如果函数调用成功则返回非零值，否则返回零值。
VirtualLock
功能：
该函数可以将进程虚拟空间中的内存加锁。
以确保后面的对该区域的存取操作不会失败。
成功则返回一个非零值，否则返回一个零值。
VirtualUnlock
功能：
该函数可以将进程虚拟空间指定范围内的页面解锁，从以系统在必要时可以将这些页面换出
到页面文件中。
函数调用成功则返回一个非零值，否则返回零值。
3．主要代码段
首先，定义两个结构体structoperation和structtrace，分别记录对内存的操作信息和跟踪每一次分配活动，并为之分别定义信号量allo和rac，以实现对内存操作的互斥。
具体实现用函数WaitForSingleObject（trac,INFINITE）和ReleaseSemaphore（allo,1,NULL）来实现。
函数DWORDTracker（LPDWORDlpdwparm）用以跟踪allocator线程的内存行为，并输出必要信息。
函数voidAllocator（）用以模拟内存分配活动的线程。
4．主要代码结构
1）makefile.cpp
//文件生成程序
#include
#include
#include
#include
structoperation
{
inttime;//起始时间
intblock;//内存页数
intoper;//操作
intprotection;//权限
};
intmain（）
{
FILE*file;
file=fopen（"opfile","wb"）;//"opfile"为二进制文件用以确定内存操作
operationop;
for（intj=0;j<6;j++）//0--保留，1--提交，2--锁，3--解锁，4--回收，5--释放
for（inti=0;i<5;i++）
//0-PAGE_READONLY;
//1-PAGE_READWRITE;
//2-PAGE_EXECUTE;
//3-PAGE_EXECUTE_READ;
//4-PAGE_EXECUTE_READWRITE;
{
op.time=rand（）%1000;//随机生成等待时间
op.block=rand（）%5+1;//随机生成块大小
op.oper=j;
op.protection=i;
fwrite（&op,sizeof（operation）,1,file）;//将生成的结构写入文件
}
return0;
}
2）memory_op.cpp
//从文件读入每次的操作，并将结果输出到out.txt文件中
#include
#include
#include
#include
#include
structoperation
{
inttime;//起始时间
intblock;//内存页数
intoper;//操作
intprotection;//权限
};
structtrace//跟踪每一次分配活动的数据结构
{
LPVOIDstart;//起始地址
longsize;//分配的大小
};
HANDLEallo,trac;//信号量句柄
DWORDTracker（LPDWORDlpdwparm）//跟踪allocator线程的内存行为，并输出必要信息
{ofstreamoutfile;//输出文件
outfile.open（"out.txt"）;
for（inti=0;i<=30;i++）
{
WaitForSingleObject（trac,INFINITE）;//等待allocator一次内存分配活动结束
//打印内存状况和系统状况
outfile< //以下一段显示系统信息，每次执行操作后系统信息不变
SYSTEM_INFOinfo;//系统消息
GetSystemInfo（&info）;
outfile<<"dwActiveProcessorMask"<<"\t"< outfile<<"dwAllocationGranularity"<<"\t"<outfile<<"dwNumberOfProcessors"<<"\t"< outfile<<"dwOemId"<<"\t"<outfile<<"dwPageSize"<<"\t"< outfile<<"dwProcessorType"<<"\t"< outfile<<"lpMaximumApplicationAddress"<<"\t"< outfile<<"lpMinimumapplicationAddress"<<"\t"< outfile<<"wProcessorArchitecture"<<"\t"< outfile<<"wProcessorLevel"<<"\t"< outfile<<"wProcessorRevision"<<"\t"< outfile<<"wReserved"<<"\t"< outfile<<"******************************************************
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