兰州大学操作系统实验七存储管理题目和答案.docx

1、兰州大学操作系统实验七存储管理题目和答案实验七 实验报告实验名称：7存储管理实验目的：1.观察系统存储器利用情况2.观察进程利用存储器的情况3.掌握通过内存映像文件提高性能的方式4.掌握动态内存分派技术实验时间3学时预备知识：1.存储相关的命令free 显示系统利用和未被利用的内存数量（可以实时执行）输出包括的题目有 3 行信息：Mem。此行包括了有关物理内存的信息。包括以下详细内容：total。该项显示可用的物理内存总量，单位为 KB。该数字小于安装的物理内存的容量，是因为内核本身也要利用一小部份的内存。used。该项显示了用于应用程序超速缓存数据的内存容量。free。该项显示了此时未利用且

2、有效的内存容量。Shared/buffers 缓冲区/cached。这些列显示了有关内存如何利用的更为详细的信息。-/+ buffers/cache。Linux 系统中的部份内存用来为应用程序或设备高速缓存数据。这部份内存在需要用于其他目的时可以释放。free 列显示了调整的缓冲区行，显示释放缓冲区或高速缓存时可利用的内存容量。Swap。该行显示有关互换内存利用率的信息。该信息包括全数、已利用和释放的可用内存容量。vmstat 报告进程、内存、分页、IO等多类信息（利用手册页）size 列出目标文件段大小和总大小（利用手册页）2./proc文件系统（利用手册页man 5 proc）/proc/

3、meminfo 内存状态信息/proc/stat 包括内存页、内存对换等信息。/proc/$pid/stat 某个进程的信息(包括内存利用信息)/proc/$pid/maps某个进程的内存映射区信息，包括地址范围、权限、偏移量和主次设备号和映射文件的索引节点。/proc/$pid/statm 某个进程的内存利用信息，包括内存总大小、驻留集大小、共享页面数、文本页面数、堆栈页面数和脏页面数。3.内存映像文件内存映像文件是指把一个磁盘文件映像到内存中，二者存在逐字节的对应关系。这样做可以加速I/O操作，并可以共享数据。 mmap（成立内存映射） 表头文件 #include #include 概念函

4、数 void *mmap(void *start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offsize); 函数说明 mmap()用来将某个文件内容映射到内存中，对该内存区域的存取即是直接对该文件内容的读写。参数start指向欲对应的内存起始地址，通常设为NULL，代表让系统自动选定地址，对应成功后该地址会返回。参数length代表将文件中多大的部份对应到内存。参数 prot代表映射区域的保护方式有下列组合PROT_EXEC 映射区域可被执行PROT_READ 映射区域可被读取PROT_WRITE 映射区域可被写入PROT_NONE 映射区

5、域不能存取参数 flags会影响映射区域的各类特性MAP_FIXED 若是参数start所指的地址无法成功成立映射时，则放弃映射，不对地址做修正。通常不鼓励用此旗标。MAP_SHARED对映射区域的写入数据会复制回文件内，而且允许其他映射该文件的进程共享。MAP_PRIVATE 对映射区域的写入操作会产生一个映射文件的复制，即私人的“写入时复制”（copy on write）对此区域作的任何修改都不会写回原来的文件内容。MAP_ANONYMOUS成立匿名映射。此时会忽略参数fd，不涉及文件，而且映射区域无法和其他进程共享。MAP_DENYWRITE只允许对映射区域的写入操作，其他对文件直接写入

6、的操作将会被拒绝。MAP_LOCKED 将映射区域锁定住，这表示该区域不会被置换（swap）。在挪用mmap()时必需要指定MAP_SHARED 或MAP_PRIVATE。参数fd为open()返回的文件描述词，代表欲映射到内存的文件。参数offset为文件映射的偏移量，通常设置为0，代表从文件最前方开始对应，offset必需是分页大小的整数倍。返回值 若映射成功则返回映射区的内存起始地址，不然返回MAP_FAILED(1)，错误原因存于errno 中。错误代码 EBADF 参数fd 不是有效的文件描述词EACCES 存取权限有误。若是是MAP_PRIVATE 情况下文件必需可读，利用MAP_

7、SHARED则要有PROT_WRITE和该文件要能写入。EINVAL 参数start、length 或offset有一个不合法。EAGAIN 文件被锁住，或是有太多内存被锁住。ENOMEM 内存不足。 munmap（解除内存映射） 表头文件 #include#include概念函数 int munmap(void *start,size_t length);函数说明 munmap()用来取消参数start所指的映射内存起始地址，参数length则是欲取消的内存大小。当进程结束或利用exec相关函数来执行其他程序时，映射内存会自动解除，但关闭对应的文件描述词时不会解除映射。返回值 若是解除映射成

8、功则返回0，不然返回1，错误原因存于errno中错误代码EINVAL参数 start或length 不合法。4.动态内存分派 malloc（配置内存空间） 表头文件 #include概念函数 void * malloc(size_t size);函数说明 malloc()用来配置内存空间，其大小由指定的size决定。返回值 若配置成功则返回一指针，失败则返回NULL。 free（释放原先配置的内存） 表头文件 #include概念函数 void free(void *ptr);函数说明 参数ptr为指向先前由malloc()、calloc()或realloc()所返回的内存指针。挪用free(

9、)后ptr所指的内存空间便会被收回。假若参数ptr所指的内存空间已被收回或是未知的内存地址，则挪用free()可能会有无法预期的情况发生。若参数ptr为NULL，则free()不会有任何作用。 calloc（配置内存空间） 表头文件 #include 概念函数 void *calloc(size_t nmemb，size_t size);函数说明 calloc()用来配置nmemb个相邻的内存单位，每一单位的大小为size，并返回指向第一个元素的指针。这和利用下列的方式效果相同:malloc(nmemb*size);不过，在利用calloc()配置内存时会将内存内容初始化为0。返回值 若配置成

10、功则返回一指针，失败则返回NULL。5.其他getpagesize（取得内存分页大小） 4096个字节表头文件 #include概念函数 size_t getpagesize(void);函数说明 返回一分页的大小，单位为字节（byte）。此为系统的分页大小，不必然会和硬件分页大小相同。返回值 内存分页大小。附加说明在Intel x86 上其返回值应为4096bytes。实验要求: 1.别离利用命令和/proc文件系统列出系统当前内存的利用情况。 Free2.启动几个耗时较长的后台进程（多个grep），别离利用free和vmstat持续实时观察内存的利用情况。寻觅字符串模式匹配3.用size工

11、具观察三个不同的可执行文件的大小和它们段的大小。4.启动一个耗时较长的后台进程，通过/proc文件系统查看该进程所有内存利用相关信息，并列出。5.编写一个程序，打印系统的页面大小。6.阅读并编译运行以下程序，总结内存映象文件的利用方式。范例 /* 利用mmap()来读取/etc/passwd 文件内容*/#include#include#include#include#includemain()int fd;void *start;struct stat sb;fd=open(“/etc/passwd”,O_RDONLY); /*打开/etc/passwd*/fstat(fd,&sb); /*

12、取得文件大小*/start=mmap(NULL,PROT_READ,MAP_PRIVATE,fd,0);if(start= = MAP_FAILED) /*判断是不是映射成功*/return;printf(“%s”,start);munmap(start,; /*解除映射*/closed(fd);7.编写一个程序，利用内存映象文件，实现less工具的功能。manp到内存中 实验要求: 8.别离利用命令和/proc文件系统列出系统当前内存的利用情况。 9.启动几个耗时较长的后台进程（多个grep），别离利用free和vmstat持续实时观察内存的利用情况。寻觅字符串模式匹配10.用size工具观

13、察三个不同的可执行文件的大小和它们段的大小。Size命令的输出不包括stack和heap的部份。只包括文本段（text）， 代码段（data），未初始化数据段（bss）三部份。11.启动一个耗时较长的后台进程，通过/proc文件系统查看该进程所有内存利用相关信息，并列出。第一个启动的后台进程是上个实验最后一题的读写程序。此程序耗时较长第二个启动的是xeyes进程。12.编写一个程序，打印系统的页面大小。代码超级简单，只用到了getpagesize()语句的应用13.阅读并编译运行以下程序，总结内存映象文件的利用方式。范例 /* 利用mmap()来读取/etc/passwd 文件内容*/#inc

14、lude#include#include#include#includemain()int fd;void *start;struct stat sb;fd=open(“/etc/passwd”,O_RDONLY); /*打开/etc/passwd*/fstat(fd,&sb); /*取得文件大小*/start=mmap(NULL,PROT_READ,MAP_PRIVATE,fd,0);if(start= = MAP_FAILED) /*判断是不是映射成功*/return;printf(“%s”,start);munmap(start,; /*解除映射*/close(fd);总结内存映象文件的

15、利用方式: 内存映像其实就是在内存中创建一个和外存文件完全相同的映像，用户可以将整个文件映射到内存，也可以部份映射。通过内存映像实现对外存文件的操作。 首先Mmap申请虚拟内存，再次挪用file指针所指映射函数对其进行映射。判断是不是映射成功。进行操作。最后解除映射。14.编写一个程序，利用内存映象文件，实现less工具的功能。manp到内存中#include#include#include#include#include#include#include#include#includeint lastrow(char * s,int d);int nextrow(char * s,int d)

16、;int onepage(char * s,int d);int main() int fd,play=0; char lab; char *start; struct stat sb; fd=open(,O_RDONLY); /*打开*/ fstat(fd,&sb); /*获取文件大小*/ start=mmap(NULL,PROT_READ,MAP_PRIVATE,fd,0); if(start=MAP_FAILED) /*判断是不是映射成功*/ return(1); play=onepage(start,play)+1; lab=getchar(); while(lab!=q&lab!=Q

17、) if(play lab=getchar(); break; else if(lab= ) play=play+1+onepage(start,play); else if(lab=D|lab=d) play=play+1+nextrow(start,play); else if(lab=U|lab=u) play=1+lastrow(start,play); lab=getchar(); munmap(start,; /*解除映射*/ close(fd); return 0;int onepage(char * s,int d) int i,count=0; char * buffer=m

18、alloc(2048);的体会是，通过内存映像文件可以提高速度，提高性能。Mmap成立内存映射 munmap解除内存映射。动态分派内存空间用malloc free calloc 还有其他的如getpagesize()方式取得页面大小等。2. linux 内核映像文件有两种：一种是非紧缩版本，叫Image；另一种是它的紧缩版本，叫zImage。zImage是Image通过紧缩形成的，所以它的大小比Image小。为了能利用zImage这个紧缩版本，必需在它的开头加上解紧缩的代码，将zImage 解紧缩以后才能执行，因此它的执行速度比Image要慢。但考虑到嵌入式系统的存储空容量一般都比较小，内核要常驻内存，采用zImage可以占用较少的存储空间，因此捐躯一点性能上的代价也是值得的，所以一般嵌入式系统均采用紧缩的内核映像文件，即zImage。