操作系统课设内存管理.docx
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操作系统课设内存管理
操作系统
课程设计说明书
班级：
_______________
学号：
_______________
姓名：
_______________
指导教师：
___________
电子与信息工程学院计算机科学系
1设计题目
1.2内存管理
设计并实现一个可完整演示操作系统中请求分页系统的内存分配、地址变换、页面置换等过程的演示系统。
1.2.1实验目的
通过本设计：
●理解内存分页机制
●掌握页面置换算法
●理解虚拟存储器的实现过程
1.2.2准备知识
●程序设计语言（C/C++/Java）
●数据结构（结构体、链表、队列等）
●基本分页存储管理方式
●虚拟存储器概念
●请求分页存储管理方式
●页面置换算法
1.2.3设计内容
●设计和实现基本分页存储管理的数据结构（包括物理块、页、进程空间、页表等的模拟）
●实现基于固定分配局部置换策略的分页式存储分配
●实现最佳、先进先出、LRU置换算法（栈式和寄存器方式任选其一）
●用上面实现的算法以至少三组以上的页面请求序列，从缺页率角度比较页面置换算法的性能
●设计必要的UI，接收用户输入的运行参数（页和物理课大小、逻辑和物理地址空间大小、进程驻留集大小、置换算法选择、页面请求序列等），输出运行过程及结果（每个页面请求前后页表情况、快表情况、内存使用情况、被置换页面的选择过程及结果等）。
可采用命令行、桌面版或者Web版形式。
2设计思路
经过两天时间仔细研地究题目，我将本次设计划分为两部分，一部分为基本分页存储管理系统的模拟，另一部分为基于固定分配局部置换的页面算法实现。
基本分页存储管理系统的模拟，我主要侧重于分页系统的地址变换机构的实现，即输入一个逻辑地址，将其所指向的逻辑空间中数据存入对应的物理地址所指向的空间，逻辑和物理空间大小采用输入逻辑和物理空间的地址大小控制。
此外，本程序还用位示图显示内存存储状况，用以显示存入数据的结果。
页表方面采用手工输入方式。
块表更新采用类似最近最久未使用算法思想。
页面置换算法方面参考了《计算机操作系统》的算法思想。
其中属最佳置换算法最难实现，耗费时间最长。
先进先出置换算法采用队列结构，最近最久未使用置换算法采用栈结构。
最后的UI设计，采用的是VC++6.0自带的程序运行命令行形式。
3功能模块图
3.1opks1.c（基本分页管理系统）
3.2opks2.c（页面置换算法模拟）
4主要程序流程图
opks1.cmain（）
create（）:
showyb（）:
showkb（）:
shownc（）;
work（）:
Opks2.cmain（）:
creat（）:
in（）;
print（）:
OPT（）;
FIFO（）:
LRU（）:
5程序说明
5.1开发及运行环境
本程序的开发及运行环境为MicrosoftVisualC++6.0。
5.2代码结构
5.2.1opks1.c（基本页面存储管理系统）
顶层目录：
opks1.c：
基本分页存储管理系统
二层目录：
intmain（）：
主函数
三层目录：
voidCreatA（）;内存初始化
voidshowyb（）;显示页表
voidshowkb（）;显示快表
voidshownc（）;显示内存块使用情况
5.2.1opks2.c（页面置换算法模拟）
顶层目录：
opks2.c：
页面置换算法模拟
二层目录：
intmain（）：
主函数
三层目录：
voidcreat（）;初始化
voidOPT（）;最佳置换算法
voidFIFO（）;先进先出置换算法
voidLRU（）;最近最久未使用置换算法
voidin（）;数据输入函数
voidprint（）;数据输出函数
6主要代码
6.1opks1.c（基本分页管理系统）
#include
#include
#include
//#defineNULL0
intmax;//逻辑和物理地址空间大小
int*A;//内存物理块，0：
未使用，非0：
已使用
intcount;//记录内存未使用物理块数
intkysize;//块页大小
int*yb;//页表
structkb
{
intyh;//页号
intkh;//块号
structkb*front;
structkb*next;
};
intmain（）
{
//structLNode*L=NULL;
inti=0;
structkba,b,c,d,e,*head;
voidCreatA（）;//内存初始化
voidshowyb（）;//显示页表
voidshowkb（）;//显示快表
voidshownc（）;//显示内存块使用情况，不分进程
structkb*work（structkb*L）;
CreatA（）;
a.kh=0;a.yh=0;
b.kh=0;b.yh=0;
c.kh=0;c.yh=0;
d.kh=0;d.yh=0;
e.kh=0;e.yh=0;
head=&a;a.next=&b;b.next=&c;c.next=&d;d.next=&e;e.next=NULL;
a.front=NULL;b.front=&a;c.front=&b;d.front=&c;e.front=&d;
printf（"\n*******基本分页算法*******\n"）;
do
{
printf（"\n***********菜单*************\n"）;
printf（"1装入\n"）;
printf（"2查看页表\n"）;
printf（"3查看快表\n"）;
printf（"4查看内存\n"）;
printf（"5退出程序\n"）;
printf（"****************************\n"）;
printf（"请输入你的选择（select）:
"）;
scanf（"%d",&i）;
switch（i）
{
case1:
head=work（head）;
break;
case2:
showyb（）;
break;
case3:
showkb（head）;
break;
case4:
shownc（）;
break;
case5:
printf（"谢谢使用\n\n"）;
exit（0）;
break;
}
}while（i!
=0）;
return0;
}
//内存初始化
voidCreatA（）{
inti;
printf（"请输入逻辑和物理地址空间大小：
\n"）;
scanf（"%d",&max）;
printf（"请输入物理块大小：
\n"）;
scanf（"%d",&kysize）;
A=（int*）malloc（（max-1）*sizeof（int））;
count=max-1;
yb=（int*）malloc（（max/kysize）*sizeof（int））;
printf（"请手动输入页表\n"）;
for（i=0;i<（max/kysize）;i++）
scanf（"%d",&yb[i]）;
for（i=0;i<=max;i++）
A[i]=0;
}
//装入
structkb*work（structkb*L）
{
intlgad;//逻辑地址
intname;//代表了名，标志，数据
intk1,k2,k3;//k1为页号，k2为偏移地址,k3为物理地址
structkb*p;
printf（"请输入逻辑地址：
\n"）;
scanf（"%d",&lgad）;
printf（"请输入数据\n"）;
scanf（"%d",&name）;
k1=lgad/kysize;
k2=lgad%kysize;
p=L;
while（p->yh!
=k1&&p->next!
=NULL）
{p=p->next;}
if（p->yh!
=k1）
{p->front->next=NULL;p->front=NULL;p->next=L;L->front=p;p->yh=k1;p->kh=yb[k1];}
elseif（p->yh==k1&&p->next==NULL）
{p->front->next=NULL;p->front=NULL;p->next=L;L->front=p;}
elseif（p->yh==k1&&p->front!
=NULL）
{p->front->next=p->next;p->next->front=p->front;p->front=NULL;p->next=L;L->front=p;}
elseif（p->front==NULL&&p->yh==k1）
{
k3=p->kh*kysize+k2;
A[k3]=name;
returnL;
}
k3=p->kh*kysize+k2;
A[k3]=name;
returnp;
}
//显示页表
voidshowyb（）
{
inti;
printf（"\n****************************\n"）;
printf（"|页表|\n"）;
printf（"****************************\n"）;
for（i=0;i<（max/kysize）;i++）
printf（"%d",yb[i]）;
}
//显示快表
voidshowkb（structkb*L）
{
structkb*p;
printf（"\n****************************\n"）;
printf（"|快表|\n"）;
printf（"****************************\n"）;
p=L;
while（p!
=NULL）
{
printf（"%d%d\n",p->yh,p->kh）;
p=p->next;
}
}
//显示内存块使用情况，不分进程
voidshownc（）
{
inti=0;
printf（"\n****************************\n"）;
printf（"|内存物理块分配情况|\n"）;
printf（"****************************\n"）;
for（i=0;i{
printf（"%d\t",A[i]）;
if（i%10==9）
printf（"\n"）;
}
}
6.2opks2.c（页面置换算法模拟）
#include
#include
intznum;//驻留集大小
intqnum;//请求序列大小
int*zl;//驻留集
int*qq;//请求序列
intmain（）
{
inti;
voidcreat（）;//初始化
voidOPT（）;
voidFIFO（）;
voidLRU（）;
voidin（）;
voidprint（）;
creat（）;
do
{
printf（"\n******************菜单******************\n"）;
printf（"1请输入页面请求序列\n"）;
printf（"2请选择最佳（Optimal）置换算法\n"）;
printf（"3请选择先进先出置换（FIFO）置换算法\n"）;
printf（"4请选择最近最久未使用（LRU）置换算法\n"）;
printf（"5退出程序\n"）;
printf（"****************************\n"）;
printf（"请输入你的选择（select）:
"）;
scanf（"%d",&i）;
switch（i）
{
case1:
in（）;
break;
case2:
OPT（）;
break;
case3:
FIFO（）;
break;
case4:
LRU（）;
break;
case5:
printf（"谢谢使用\n\n"）;
return0;
break;
}
}while（i!
=0）;
return0;
}
//初始化
voidcreat（）
{
inti;
printf（"请输入驻留集大小：
\n"）;
scanf（"%d",&znum）;
zl=（int*）malloc（znum*sizeof（int））;
for（i=0;izl[i]=0;
}
//输入数据
voidin（）
{
inti;
printf（"请输入页面请求序列大小：
\n"）;
scanf（"%d",&qnum）;
qq=（int*）malloc（qnum*sizeof（int））;
printf（"请输入页面请求序列：
\n"）;
for（i=0;iscanf（"%d",&qq[i]）;
}
voidprint（）
{
inti;
for（i=0;iprintf（"%d",zl[i]）;
printf（"\n"）;
}
voidOPT（）
{
intcout=0;//记录缺页数
//floatv;//缺页率
inti,j,q,max,t,y,z;
intbz;
int*jl=（int*）malloc（znum*sizeof（int））;
y=i=0;z=znum;
while（i{
for（bz=0,j=0;j{if（zl[j]==qq[i]）{bz=1;y--;z++;break;}}
if（bz==0）{zl[y]=qq[i];cout++;}//若缺页
printf（"%d:
",qq[i]）;
print（）;
y++;
i++;
}//将前znum个不同的页装入驻留集
for（;i{
for（bz=0,j=0;j{if（zl[j]==qq[i]）{bz=1;break;}}
if（bz==0）//若缺页
{
for（q=i,j=0;j{for（;qfor（max=0,q=0;q{if（maxfor（q=0;q{if（jl[q]==max）{t=q;break;}}
zl[t]=qq[i];//将该页换出
cout++;
}
printf（"%d:
",qq[i]）;
print（）;
}
printf（"缺页率：
%d分之%d",qnum,cout）;
for（j=0;jzl[j]=0;
}
voidFIFO（）
{
intcout=0;//记录缺页数
inti,j,t,y,z;
intbz;
//int*jl=（int*）malloc（znum*sizeof（int））;
y=i=0;z=znum;
while（i{
for（bz=0,j=0;j{if（zl[j]==qq[i]）{bz=1;y--;z++;break;}}
if（bz==0）{zl[y]=qq[i];cout++;}//若缺页
printf（"%d:
",qq[i]）;
print（）;
y++;
i++;
}//将前znum个不同的页装入驻留集
for（;i{
for（bz=0,j=0;j{if（zl[j]==qq[i]）{bz=1;break;}}
if（bz==0）//若缺页
{
for（j=1;j{t=j-1;zl[t]=zl[j];}
j=j-1;
zl[j]=qq[i];
cout++;
}
printf（"%d:
",qq[i]）;
print（）;
}
printf（"缺页率：
%d分之%d",qnum,cout）;
for（j=0;jzl[j]=0;
}
//采用栈操作
voidLRU（）
{
intcout=0;//记录缺页数
inti,j,q,t;
intbz;
for（i=0;i{
bz=0;
for（j=0;j{if（zl[j]==qq[i]）{bz=1;break;}}
if（bz==0）{for（j=j-1;j>0;j--）{t=j-1;zl[j]=zl[t];}zl[j]=qq[i];cout++;}//若缺页
if（bz==1&&j!
=0）{q=zl[j];for（;j>0;j--）{t=j-1;zl[j]=zl[t];}zl[j]=q;}//不缺页，且不为栈顶
printf（"%d:
",qq[i]）;
print（）;
}
printf（"缺页率：
%d分之%d",qnum,cout）;
for（j=0;jzl[j]=0;
}
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