存儲(chǔ)器管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

操作系統(tǒng)課程報(bào)告題目：存儲(chǔ)器管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院名稱：電子與信息工程學(xué)院專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班級(jí)：計(jì)科101班姓名：學(xué)號(hào)關(guān)鍵詞：目錄TOC\o"1-3"\u1研究的背景和意義1.1研究背景…………..……….1.2意義………...........................................................................2研究?jī)?nèi)容2.1目的和內(nèi)容2.2總體設(shè)計(jì)………...........................................2.3詳細(xì)設(shè)計(jì)..............................................................................................................................3關(guān)鍵技術(shù)3.1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)...........................................................................................................................3.1.1全局變量說明……………………3.2算法分析3.2.1簡(jiǎn)要的語言描述..................................................................................................3.2.2層次圖形式.........................................................................................................3.2.3流層圖形式.........................................................................................................3.3算法實(shí)現(xiàn)...........................................................................................................................3.3.1核心代碼………………………..試驗(yàn)結(jié)果……………………….4總結(jié)4.1設(shè)計(jì)體會(huì)………......................................4.2學(xué)習(xí)改良……….........................................參考文獻(xiàn)......................................................................存儲(chǔ)器管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)一.研究背景和意義1.1、應(yīng)用背景：操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)器管理系統(tǒng)是指系統(tǒng)軟件對(duì)其他應(yīng)用程序使用內(nèi)存，外存時(shí)所做的管理，是一種統(tǒng)籌關(guān)系。存儲(chǔ)器由內(nèi)、外存儲(chǔ)器組成，程序的指令和數(shù)據(jù)只有存放在CPU能直接訪問的內(nèi)存中，這個(gè)程序或這個(gè)程序的局部才能夠被執(zhí)行，存儲(chǔ)器管理主要是對(duì)內(nèi)存的管理。內(nèi)存的管理對(duì)于編寫出高效率的Windows程序時(shí)非常重要的，這是因?yàn)閃indows是多任務(wù)系統(tǒng)，它的內(nèi)存管理可以在同一時(shí)刻可以有多個(gè)應(yīng)用程序享用內(nèi)存，有時(shí)為了是某個(gè)任務(wù)能更好的執(zhí)行，Windows系統(tǒng)可能會(huì)對(duì)其他任務(wù)分配的內(nèi)存進(jìn)行移動(dòng)，甚至刪除。因此，我們?cè)赪indows應(yīng)用程序中使用內(nèi)存時(shí)，要遵守Windows內(nèi)存管理的一些約定，以提高Windows內(nèi)存的利用率。分頁內(nèi)存管理策略，連續(xù)分配方式會(huì)形成許多“碎片〞，雖然可通過“緊湊“方法將許多碎片拼接成可用的大塊空間，但為之需付出很大開銷。為了將一個(gè)進(jìn)程直接分散地裝入到許多的不相鄰的分區(qū)中，進(jìn)而引入了離散分配方式,消除碎片而打破存儲(chǔ)分配的連續(xù)性，使得一個(gè)作業(yè)的地址空間可以分布在假設(shè)干離散的內(nèi)存塊上，從而充分利用內(nèi)存空間，提高內(nèi)存利用率。1.2、意義：分頁式管理的出發(fā)點(diǎn)是為了消除碎片而打破存儲(chǔ)分配的連續(xù)性，使得一個(gè)作業(yè)的地址空間可以分布在假設(shè)干離散的內(nèi)存塊上，從而充分利用內(nèi)存空間，提高內(nèi)存利用率.能夠有效地消除內(nèi)存碎片，使作業(yè)地址空間不受內(nèi)存容量大小的限制，提高內(nèi)存利用率，建立和管理頁表及動(dòng)態(tài)地址，增大了系統(tǒng)時(shí)間和空間開銷，如算法選擇不當(dāng)可能引起系統(tǒng)“顛簸〞，致使系統(tǒng)性能下降二.研究?jī)?nèi)容2.1、目的和內(nèi)容：使學(xué)生熟悉存儲(chǔ)器管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；加深對(duì)所學(xué)各種存儲(chǔ)器管理方案的了解；要求采用一些常用的存儲(chǔ)器分配算法，設(shè)計(jì)一個(gè)存儲(chǔ)器管理模擬系統(tǒng)并調(diào)試運(yùn)行。具體要求如下：⑴設(shè)計(jì)一個(gè)模擬內(nèi)存分配的系統(tǒng)；⑵采用可變分區(qū)內(nèi)存管理策略；⑶輸入數(shù)據(jù)為進(jìn)程號(hào)，需要的內(nèi)存量，并根據(jù)這些信息進(jìn)行內(nèi)存分配；⑷輸入數(shù)據(jù)為進(jìn)程號(hào)，那么將該進(jìn)程占用的內(nèi)存釋放，釋放時(shí)要求與相鄰的空閑分區(qū)合并；⑸動(dòng)態(tài)顯示分配結(jié)果，即內(nèi)存占用表和內(nèi)存空閑表。2.2、總體設(shè)計(jì)〔1〕根據(jù)根本分頁存儲(chǔ)管理方式的原理，模擬根本分頁存儲(chǔ)管理進(jìn)行內(nèi)存分配，實(shí)驗(yàn)過程中可建立A[i][j]來存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)存分區(qū)塊數(shù)，如A[10][10]，表示內(nèi)存塊100個(gè)，十行十列；建立一個(gè)數(shù)組B[m][n]，存儲(chǔ)進(jìn)程和該進(jìn)程所分配的內(nèi)存塊?！?〕調(diào)度分頁存儲(chǔ)管理方式算法，為各進(jìn)程分配內(nèi)存塊，輸入進(jìn)程名稱和進(jìn)程所需頁數(shù)，對(duì)進(jìn)程進(jìn)行內(nèi)存塊分配。〔3〕為進(jìn)程進(jìn)行內(nèi)存分配前，檢查內(nèi)存塊數(shù)與進(jìn)程所需頁數(shù)，內(nèi)存塊缺乏，不進(jìn)行分配，做出錯(cuò)誤判斷。〔4〕對(duì)內(nèi)存塊進(jìn)行初始化分配，對(duì)于已分配給進(jìn)程的內(nèi)存塊，可以回收，并且可以查看內(nèi)存分配情況。2.3、詳細(xì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)用NewNode〔)建立一個(gè)新的進(jìn)程，輸入數(shù)據(jù)進(jìn)程號(hào)和內(nèi)存量，并根據(jù)這些信息進(jìn)行內(nèi)存分配，對(duì)申請(qǐng)得到的內(nèi)存區(qū)域進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)了用戶程序中申請(qǐng)內(nèi)存的過程，內(nèi)存管理使用分頁管理。整個(gè)過程先定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體，再進(jìn)行各個(gè)數(shù)據(jù)的初始化；進(jìn)行內(nèi)存NewNode〔〕，F(xiàn)reeNode()和showit()然后進(jìn)行總體操作。當(dāng)請(qǐng)求分配內(nèi)時(shí)，掃描內(nèi)存空間，當(dāng)有足夠大的內(nèi)存空間進(jìn)行分配時(shí)，分配空間，剩余的空間留在剩余內(nèi)存中，把內(nèi)存分配給申請(qǐng)者；當(dāng)空間不夠大時(shí)，返回內(nèi)存物理塊缺乏，新建進(jìn)程失敗；釋放存儲(chǔ)塊時(shí)要搜索自由鏈表，找到適當(dāng)?shù)奈恢脤⒁尫诺膲K插進(jìn)去，如果被釋放的塊的任何一邊與鏈表的某一塊鄰接，即對(duì)其進(jìn)行合并操作，知道沒有任何合并的鄰接塊為止，這樣可以防止內(nèi)存空間變得過于零碎。設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)主要通過main()函數(shù)實(shí)現(xiàn)，用戶輸入進(jìn)程號(hào)和進(jìn)程的長(zhǎng)度，通過使用switch〔〕語句，對(duì)功能操作進(jìn)行選擇，分別實(shí)現(xiàn)NewNode〔〕，F(xiàn)reeNode()和showit()的任務(wù)。三.關(guān)鍵技術(shù)3.1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、全局變量說明：intA[100];內(nèi)存物理塊，0：未使用，1：已使用〔A[100]：一百個(gè)內(nèi)存塊〕intmax=99; 記錄內(nèi)存的物理塊數(shù),值為A[100]最大下標(biāo)intcount=100;記錄內(nèi)存未使用物理塊數(shù)實(shí)現(xiàn)算法所需要用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)typedefstructLNode{intno; //進(jìn)程號(hào)intn; //進(jìn)程頁數(shù)intye[100]; //進(jìn)程各頁所在物理塊structLNode*next;}LNode,*LinkList;3.2、算法分析簡(jiǎn)要的語言描述★模塊一：initial(LinkList&L)——初始化內(nèi)存塊，用位視圖表示，用二進(jìn)制的來表示磁盤中一塊盤塊的使用情況，其值為“0〞時(shí)表示對(duì)應(yīng)的盤塊空閑；其值為“1〞時(shí)表示對(duì)應(yīng)的物理塊已分配?！锬K二：NewNode〔LinkList&L〕——建立新進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)用戶程序中申請(qǐng)、內(nèi)存的過程，為新建的進(jìn)程分配相應(yīng)的進(jìn)程號(hào)，進(jìn)程頁數(shù)，以及進(jìn)程頁數(shù)所在的物理塊，將二進(jìn)制置“0〞，對(duì)內(nèi)存管理使用分頁管理。★模塊三：FreeNode〔LinkList&L〕——回收進(jìn)程，釋放內(nèi)存同時(shí)釋放掉進(jìn)程所占用物理塊，將二進(jìn)制重新置“1〞。★模塊四：printf〔LinkListL〕——輸出內(nèi)存物理塊分配情況★模塊五：showit〔〕——顯示內(nèi)存塊使用情況，不分進(jìn)程，用位視圖輸出對(duì)局部算法簡(jiǎn)要分析：★模塊一：內(nèi)存初始化采用位視圖來初始化磁盤中一個(gè)盤塊的使用情況。用【for(i=0;i<=max;i++)A[i]=0;】的代碼初始化盤塊，把其全部賦值為0，即將“0”【for(i=0;i<c;i++){ init=rand()%100; if(A[init]!=1) { A[init]=1;//賦值為1，作為盤塊已分配的標(biāo)志 count--;//沒分配一塊總的盤塊數(shù)要減少一塊}}】采用順序掃描位視圖的方法，從中找出一個(gè)或一組其值為“0”的二進(jìn)制位，來為分配所需要的盤塊，并將其賦值為1，即將“1”作為盤塊已分配的標(biāo)志。從而使所有盤塊都有一個(gè)二進(jìn)制位于之對(duì)應(yīng)。而每當(dāng)分配好一個(gè)盤塊時(shí)，作【★模塊二：建立新進(jìn)程首先輸入新建的進(jìn)程的進(jìn)程號(hào)，【 scanf("%d",&num);】再對(duì)進(jìn)程號(hào)是否重復(fù)進(jìn)行判斷，假假設(shè)進(jìn)程號(hào)重復(fù)了，那么輸出進(jìn)程號(hào)已存在的提示，并且要求重新輸如新的進(jìn)程號(hào)，成功出入新的進(jìn)程號(hào)之后，指針重新指向頭結(jié)點(diǎn)。【while(p!=NULL){ if(p->no!=num) p=p->next; else { printf("\n進(jìn)程號(hào)%d已存在，請(qǐng)重新輸入：",num); scanf("%d",&num); p=L;//p重新指向頭結(jié)點(diǎn) }}】然后輸入進(jìn)程所需要的頁數(shù)【scanf("%d",&i);】并對(duì)頁數(shù)進(jìn)行判斷，當(dāng)其小于1時(shí)，表示輸入的頁數(shù)不對(duì)，出現(xiàn)從新輸入頁數(shù)的提示。【while(i<1) { printf("\n請(qǐng)重新輸入進(jìn)程%d的頁數(shù)：",num); scanf("%d",&i); }】當(dāng)頁數(shù)大于系統(tǒng)中目前所擁有的頁數(shù)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存塊缺乏，新建的該進(jìn)程失敗的提示?！緄f(i>count){printf("\n內(nèi)存物理塊缺乏，新建進(jìn)程%d失敗!!!\n\n",num);scanf("%d",&num);}】否那么為新建內(nèi)存分配內(nèi)存空間【new_node=(LinkList)malloc(sizeof(LNode));】并且將總的物理塊數(shù)減一，表示當(dāng)前剩余的物理塊數(shù)【count-=i;】在進(jìn)程物理塊未被使用，并且頁數(shù)還未到達(dá)新建的進(jìn)程頁數(shù)的情況下，將物理塊賦值成“1〞，表示物理塊已被分配?！緁or(i=0;i<=max;i++) if(A[i]==0&&m<new_node->n) { A[i]=1; new_node->ye[m]=i; m++; }】如果鏈列為空時(shí)，就在頭結(jié)點(diǎn)所指的下一個(gè)結(jié)點(diǎn)后新建一個(gè)進(jìn)程【if(L==NULL) L=new_node;】否那么查找到最后一個(gè)結(jié)點(diǎn)，在將指針指向其下一個(gè)結(jié)點(diǎn)，新建一個(gè)進(jìn)程【{ p=L; //查找最后一個(gè)節(jié)點(diǎn) while(p->next!=NULL) { p=p->next; } p->next=new_node; }】★模塊三：回收進(jìn)程，釋放內(nèi)存首先是輸入想要?jiǎng)h除的進(jìn)程號(hào)【scanf("%d",&num);】再那么是查找進(jìn)程號(hào)，用P記錄，從鏈頭開始查找【p=L; q=p;】在結(jié)點(diǎn)的指針域部位空的情況下按循序查找，如果找到要?jiǎng)h除的進(jìn)程號(hào)，那么跳出程序【 while(p!=NULL) { if(p->no==num) break;}】如果未找到，那么將指針繼續(xù)指向先一個(gè)結(jié)點(diǎn)繼續(xù)查找，直到尾結(jié)點(diǎn)【{q=p;p=p->next; }】當(dāng)指針到達(dá)尾結(jié)點(diǎn)時(shí)還未找到對(duì)應(yīng)的進(jìn)程號(hào)，那么表示查找失敗，跳出輸入的進(jìn)程不存在的提示句【printf("\n進(jìn)程%d不存在!!!\n",num);】否那么，釋放該進(jìn)程擁有的頁數(shù)所占用的物理塊，將二進(jìn)制位重新賦值為“0〞，表示未占用。【for(inti=0;i<p->n;i++) A[p->ye[i]]=0;】并且將物理塊數(shù)加上該進(jìn)程擁有的頁數(shù)所回收的物理塊數(shù)【count+=p->n;】最后將該進(jìn)程從鏈列中將結(jié)點(diǎn)刪除【if(p->no==q->no)//要?jiǎng)h除的是頭結(jié)點(diǎn){L=p->next; } else { q->next=p->next; } }】★模塊四：輸出內(nèi)存物理塊分配情況【LinkListp=L;】從鏈頭指針開始，進(jìn)行如下代碼：【 while(p!=NULL){ printf("%d\t\t%d\t\t",p->no,p->n); for(i=0;i<p->n;i++) printf("%d,",p->ye[i]); printf("\n"); p=p->next; }】表示當(dāng)指針還未到達(dá)鏈尾或指針還未空時(shí)，按順序的輸出已分配內(nèi)存的各進(jìn)程的信息，有進(jìn)程號(hào)，進(jìn)程頁數(shù)。當(dāng)還未到達(dá)每隔進(jìn)程的額進(jìn)程頁數(shù)的時(shí)候，輸出進(jìn)程所用的物理塊數(shù)，并將指針指向下一個(gè)。循環(huán)往復(fù)，直到到達(dá)指針尾或指針為空，及完成內(nèi)存塊分配情況的輸出。★模塊五：顯示內(nèi)存塊使用情況，不分進(jìn)程采用位視圖的方法將內(nèi)存塊的使用情況，不分進(jìn)程的輸出，其主要的代碼為如下:【for(i=0;i<=max;i++){ printf("%d\t",A[i]); if(i%10==9)//每隔是個(gè)數(shù)換行輸出 printf("\n"); }】每隔十個(gè)內(nèi)存塊就換行。層次圖形式給出總的層次圖存儲(chǔ)器管理系統(tǒng)存儲(chǔ)器管理系統(tǒng)添加進(jìn)程回收進(jìn)程查看內(nèi)存退出程序流層圖形式給出總的流程圖存儲(chǔ)器管理系統(tǒng)存儲(chǔ)器管理系統(tǒng)輸入select的值—選擇操作Select>=1&&select<=4退出系統(tǒng)添加進(jìn)程回收進(jìn)程退出存儲(chǔ)器管理系統(tǒng)查看內(nèi)存建立新進(jìn)程開始開始p!=null&&p->no=num?進(jìn)程號(hào)已存在指針指向下一個(gè)結(jié)點(diǎn)，p=p->next輸入進(jìn)程頁數(shù):i輸入進(jìn)程號(hào)：numi<1?重新輸入i>count?內(nèi)存塊缺乏為之分配相應(yīng)的內(nèi)存，使count-=iA[i]==0&&m<new_node->n?A[i]=1;new_node=ye[m]=I;m++L=!nullp->next!=nullp=p->nextNew_node完成回收進(jìn)程，釋放內(nèi)存輸入要?jiǎng)h除的進(jìn)程號(hào)：num輸入要?jiǎng)h除的進(jìn)程號(hào)：num開始p=L;q=p;p!=null?進(jìn)程不存在p->no=num?>q=p;p=p->next;i<p->nA[p->ye[i]=0;count+=p->n;p->no=q->noL=p->nextq->next=p->next；結(jié)束3.3、算法實(shí)現(xiàn)核心代碼：//內(nèi)存初始化voidinitial(){ inti=0; for(i=0;i<=max;i++) A[i]=0; srand(time(NULL)); intc=rand()%50+1; intinit=0; for(i=0;i<c;i++){ init=rand()%100; if(A[init]!=1) { A[init]=1; count--; } }}//建立新進(jìn)程voidNewNode(LinkList&L){ intnum; inti; intm; LinkListp; LinkListnew_node; printf("\n輸入進(jìn)程號(hào)："); scanf("%d",&num); p=L;//查找進(jìn)程名是否重復(fù)while(p!=NULL){ if(p->no!=num) p=p->next; else { printf("\n進(jìn)程號(hào)%d已存在，請(qǐng)重新輸入：",num); scanf("%d",&num); p=L;//p重新指向頭結(jié)點(diǎn) }} printf("\n輸入進(jìn)程%d的頁數(shù)：",num); scanf("%d",&i); while(i<1) { printf("\n請(qǐng)重新輸入進(jìn)程%d的頁數(shù)：",num); scanf("%d",&i); } if(i>count) { printf("\n內(nèi)存物理塊缺乏，新建進(jìn)程%d失敗!!!\n\n",num); scanf("%d",&num); } else { new_node=(LinkList)malloc(sizeof(LNode)); new_node->no=num; new_node->n=i; new_node->next=NULL; count-=i; m=0; for(i=0;i<=max;i++) if(A[i]==0&&m<new_node->n) { A[i]=1; new_node->ye[m]=i; m++; } if(L==NULL) L=new_node; else { p=L; //查找最后一個(gè)節(jié)點(diǎn) while(p->next!=NULL) { p=p->next; } p->next=new_node; } }}//回收進(jìn)程，釋放內(nèi)存voidFreeNode(LinkList&L){ LinkListp,q; intnum; printf("請(qǐng)輸入要?jiǎng)h除的進(jìn)程號(hào)："); scanf("%d",&num); //查找進(jìn)程num；用p記錄 p=L; q=p; while(p!=NULL) { if(p->no==num) break; else { q=p; p=p->next; } } if(p==NULL) { printf("\n進(jìn)程%d不存在!!!\n",num); scanf("%d",&num); } else { for(inti=0;i<p->n;i++) A[p->ye[i]]=0; count+=p->n; if(p->no==q->no)//要?jiǎng)h除的是頭結(jié)點(diǎn) { L=p->next; } else { q->next=p->next; } }}//輸出內(nèi)存物理塊分配情況voidPrintf(LinkListL){ inti=0; printf("\n內(nèi)存物理塊分配情況:\n"); LinkListp=L; printf("\n各進(jìn)程信息:\n"); printf("進(jìn)程號(hào)\t進(jìn)程頁數(shù)\t所用物理塊\n"); while(p!=NULL) { printf("%d\t\t%d\t\t",p->no,p->n); for(i=0;i<p->n;i++) printf("%d,",p->ye[i]); printf("\n"); p=p->next; }}//顯示內(nèi)存塊使用情況，不分進(jìn)程voidshowit(){ inti=0; printf("\n****************************\n"); printf("|內(nèi)存物理塊分配情況|\n"); printf("****************************\n"); for(i=0;i<=max;i++) { printf("%d\t",A[i]); if(i%10==9) printf("\n"); }}voidmain(){ initial(); printf("\n**********************存儲(chǔ)器管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)**************************\n");LinkListL=NULL; inti=0;do{ //菜單 printf("\n****************************************************************\n"); printf("┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓\n"); printf("┃*******************歡送進(jìn)入存儲(chǔ)管理管理系統(tǒng)*******************┃\n"); printf("┠───────────────────────────────┨\n"); printf("┃>>>>>>>>>>>>>>以下為該系統(tǒng)的功能操作：<<<<<<<<<<<<<<┃\n"); printf("┃>>>>(1)添加進(jìn)程<<<<┃\n");printf("┃>>>>(2)回收進(jìn)程<<<<┃\n"); printf("┃>>>>(3)查看內(nèi)存<<<<┃\n"); printf("┃>>>>(4)退出程序<<<<┃\n"); printf("┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛\n"); printf("****************************************************************\n"); printf("請(qǐng)輸入你的選擇(select):"); scanf("%d",&i); switch(i) { case1: { //建立新的進(jìn)程 NewNode(L); //輸出內(nèi)存物理塊分配情況和各進(jìn)程概況 Printf(L); break; } case2: { //刪除某進(jìn)程 FreeNode(L); //輸出內(nèi)存物理塊分配情況和各進(jìn)程概況 Printf(L); break;} case3: { //顯示當(dāng)前內(nèi)存的使用情況 showit(); break; } case4: break; }}while(i!=0);}試驗(yàn)結(jié)果：輸入一個(gè)進(jìn)程：輸入4個(gè)進(jìn)程后：查看內(nèi)存：刪除進(jìn)程：輸入同進(jìn)程：物理塊缺乏：四.總結(jié)4