实验四 存储管理
实验四存储管理
背景知识
耗尽内存是Windows 2000/XP系统中最常见的问题之一。当系统耗尽内存时，所有进程对内存的总需求超出了系统的物理内存总量。随后，Windows 2000/XP必须借助它的虚拟内存来维持系统和进程的运行。虚拟内存机制是Windows 2000/XP操作系统的重要组成部分，但它的速度比物理内存慢得多，因此，应该尽量避免耗尽物理内存资源，以免导致性能下降。解决内存不足问题的一个有效的方法就是添加更多的内存。但是，一旦提供了更多的内存，Windows 2000/XP很可以会立即“吞食”。而事实上，添加更多的内存并非总是可行的，也可能只是推迟了实际问题的发生。因此，应该相信，优化所拥有的内存是非常关键的。
1. 分页过程
当Windows 2000/XP求助于硬盘以获得虚拟内存时，这个过程被称为分页(paging) 。分页就是将信息从主内存移动到磁盘进行临时存储的过程。应用程序将物理内存和虚拟内存视为一个独立的实体，甚至不知道Windows 2000/XP使用了两种内存方案，而认为系统拥有比实际内存更多的内存。例如，系统的内存数量可能只有16MB，但每一个应用程序仍然认为有4GB内存可供使用。
使用分页方案带来了很多好处，不过这是有代价的。当进程需要已经交换到硬盘上的代码或数据时，系统要将数据送回物理内存，并在必要时将其他信息传输到硬盘上，而硬盘与物理内存在性能上的差异极大。例如，硬盘的访问时间通常大约为4-10毫秒，而物理内存的访问时间为60 us，甚至更快。
2. 内存共享
应用程序经常需要彼此通信和共享信息。为了提供这种能力，Windows 2000/XP必须允许访问某些内存空间而不危及它和其他应用程序的安全性和完整性。从性能的角度来看，共享内存的能力大大减少了应用程序使用的内存数量。运行一个应用程序的多个副本时，每一个实例都可以使用相同的代码和数据，这意味着不必维护所加载应用程序代码的单独副本并使用相同的内存资源。无论正在运行多少个应用程序实例，充分支持应用程序代码所需求的内存数量都相对保持不变。
3. 未分页合并内存与分页合并内存
Windows 2000/XP决定了系统内存组件哪些可以以及哪些不可以交换到磁盘上。显然，不应该将某些代码(例如内核) 交换出主内存。因此，Windows 2000/XP将系统使用的内存进一步划分为未分页合并内存和分页合并内存。
分页合并内存是存储迟早需要的可分页代码或数据的内存部分。虽然可以将分页合并内存中的任何系统进程交换到磁盘上，但是它临时存储在主内存的这一部分，以防系统立刻需要它。在将系统进程交换到磁盘上之前，Windows 2000/XP会交换其他进程。
未分页合并内存包含必须驻留在内存中的占用代码或数据。这种结构类似于早期的MS-DOS 程序使用的结构，在MS-DOS中，相对较小的终止并驻留程序(Terminate and Stay Resident，TSR) 在启动时加载到内存中。这些程序在系统重新启动或关闭之前一直驻留在内存的特定部分中。例如，防病毒程序将加载为TSR程序，以预防可能的病毒袭击。
未分页合并内存中包含的进程保留在主内存中，并且不能交换到磁盘上。物理内存的这个部分用于内核模式操作（例如，驱动程序）和必须保留在主内存中才能有效工作的其他进程。
没有主内存的这个部分，内核组件就将是可分页的，系统本身就有变得不稳定的危险。
分配到未分页内存池的主内存数量取决于服务器拥有的物理内存数量以及进程对系统上的内存地空间的需求。不过，Windows 2000/XP将未分页合并内存限制为256MB (在Windows NT 4中的限制为128MB) 。根据系统中的物理内存数量，复杂的算法在启动时动态确定Windows 2000/XP系统上的未分页合并内存的最大数量。Windows 2000/XP内部的这一自我调节机制可以根据当前的内存配置自动调整大小。例如，如果增加或减少系统中的内存数量，那么Windows2000将自动调整未分页合并内存的大小，以反映这一更改。
4. 提高分页性能
只有一个物理硬盘驱动器的系统限制了优化分页性能的能力。驱动器必须处理系统和应用程序的请求以及对分页文件的访问。虽然物理驱动器可能有多个分区，但是将分页文件分布到多个分区的分页文件并不能提高硬盘驱动器的能力。只有当一个分区没有足够的空间来包含整个分页文件时，才将分页文件放在同一个硬盘的多个分区上。
拥有多个物理驱动器的服务器可以使用多个分页文件来提高分页性能。关键是将分页请求的负载分布到多个物理硬盘上。实际上，使用独立物理驱动器上的分页文件，系统可以同时处理多个分页请求。各个物理驱动器可以同时访问它自己的分页文件并写入信息，这将增加可以传输的信息量。多个分页文件的最佳配置是将各个分页文件放在拥有自己的控制器的独立驱动器上。不过，由于额外的费用并且系统上的可用中断很有限，因此对于大多数基于服务器的配置来说，这可能是不切实际的解决方案。
分页文件最重要的配置参数是大小。无论系统中有多少个分页文件，如果它们的大小不合适，那么系统就可能遇到性能问题。
如果初始值太小，那么系统可能必须扩大分页文件，以补偿额外的分页活动。当系统临时增加分页文件时，它必须在处理分页请求的同时创建新的空间。这时，系统将出现大量的页面错误，甚至可能出现系统失效。当系统必须在进程的工作区外部(在物理内存或分页文件中的其他位置) 查找信息时，就会出现页面错误。当系统缺乏存储资源(物理内存及虚拟内存) 来满足使用需求，从而遇到过多的分页时，就会出现系统失效。系统将花更多的时间来分页而不是执行应用程序。当系统失效时，Memory：Pages/see计数器将持续高于每秒100页。系统失效严重降低了系统的性能。此外，动态扩展分页文件将导致碎片化。分页文件将散布在整个磁盘上而不是在启动时的连续空间中创建，从而增加了系统的开销，并导致系统性能降低。因此，应该尽量避免系统增加分页文件的大小。
5. Windows虚拟内存
Windows 2000是32位的操作系统，它使计算机CPU可以用32位地址对32位内存块进行操作。内存中的每一个字节都可以用一个32位的指针来寻址。这样，最大的存储空间就是232字节或4000兆字节(4GB) 。这样，在Windows下运行的每一个应用程序都认为能独占可能的4GB大小的空间。
而另一方面，实际上没有几台机器的RAM能达到4GB，更不必说让每个进程都独享4GB 内存了。Windows在幕后将虚拟内存(virtual memory，VM) 地址映射到了各进程的物理内存地址上。而所谓物理内存是指计算机的RAM和由Windows分配到用户驱动器根目录上的换页文件。物理内存完全由系统管理。
在Windows 2000环境下，4GB的虚拟地址空间被划分成两个部分：低端2GB提供给进程使用，高端2GB提供给系统使用。这意味着用户的应用程序代码，包括DLL以及进程使用的各种数据等，都装在用户进程地址空间内(低端2GB) 。用户进程的虚拟地址空间也被分成三部分：
1) 虚拟内存的已调配区(committed) ：具有备用的物理内存，根据该区域设定的访问权限，用户可以进行写、读或在其中执行程序等操作。
2) 虚拟内存的保留区(reserved) ：没有备用的物理内存，但有一定的访问权限。
3) 虚拟内存的自由区(free) ：不限定其用途，有相应的PAGE_NOACCESS权限。
与虚拟内存区相关的访问权限告知系统进程可在内存中进行何种类型的操作。例如，用户不能在只有PAGE_READONL Y权限的区域上进行写操作或执行程序；也不能在只有PAGE_EXECUTE权限的区域里进行读、写操作。而具有PAGE_ NOACCESS权限的特殊区域，则意味着不允许进程对其地址进行任何操作。
在进程装入之前，整个虚拟内存的地址空间都被设置为只有PAGE_NOACCESS权限的自由区域。当系统装入进程代码和数据后，才将内存地址的空间标记为已调配区或保留区，并将诸如EXECUTE、READWRITE和READONL Y的权限与这些区域相关联。
程序清单4-1还显示了如何理解Virtual QueryEX() API填充的MEMORY_BASIC_ INFORMA TION结构，如表4-l所示。此数据描述了进程虚拟内存空间中一组虚拟内存页面的当前状态。其中State项表明这些区域是否为自由区、已调配区或保留区；Protect项则包含了Windows系统为这些区域添加了何种访问保护；Type项则表明这些区域是可执行图像、内存映射文件还是简单的私有内存。VirtualQueryEX() API能让用户在指定的进程中，对虚拟内存地址的大小和属性进行检测。
Windows还提供了一整套能使用户精确控制应用程序的虚拟地址空间的虚拟内存API。一些用于虚拟内存操作及检测的API见表4-2所示。
提供虚拟内存分配功能的是VirtualAlloc() API。该API支持用户向系统要求新的虚拟内存或改变已分配内存的当前状态。用户若想通过VirtualAlloc() 函数使用虚拟内存，可以采用两种方式通知系统：
1) 简单地将内存内容保存在地址空间内；
2) 请求系统返回带有物理存储区(RAM的空间或换页文件) 的部分地址空间。
用户可以用flAllocation Type参数(commit和reserve) 来定义这些方式，用户可以通知Windows按只读、读写、不可读写、执行或特殊方式来处理新的虚拟内存。
与VirtualAlloc() 函数对应的是VirtualFree() 函数，其作用是释放虚拟内存中的已调配页或保留页。用户可利用dwFree Type参数将已调配页修改成保留页属性。
VirtualProtect() 是VirtualAlloc() 的一个辅助函数，利用它可以改变虚拟内存区的保护规范。
1、实验目的
（1）通过对Windows 2000“任务管理器”、“计算机管理”、“我的电脑”属性、“系统信息”、“系统监视器”等程序的应用，学习如何察看和调整Windows的内存性能，加深对操作系统存储管理、虚拟存储管理等理论知识的理解。
（2）了解Windows 2000的内存结构和虚拟内存的管理，理解进程的虚拟内存空间和物理内存的映射关系。
2、实验内容和步骤
（1）观察和调整Windows 2000/XP的内存性能。
步骤1：阅读“背景知识”，请回答：
1) 什么是“分页过程”？
___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 2) 什么是“内存共享”？
____________________________________________________________________
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 3) 什么是“未分页合并内存”和“分页合并内存”？
Windows 2000中，未分页合并内存的最大限制是多少？
____________________________________________________________________
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 4) Windows 2000分页文件默认设置的最小容量和最大容量是多少？
____________________________________________________________________
________________________________________________________________________
步骤2：登录进入Windows。
步骤3：查看包含多个实例的应用程序的内存需求。
1) 启动想要监视的应用程序，例如Word。
2) 右键单击任务栏以启动“任务管理器”。
3) 在“Windows任务管理器”对话框中选定“进程”选项卡。
4) 向下滚动在系统上运行的进程列表，查找想要监视的应用程序。
请在表4-3中记录：
“内存使用”列显示了该应用程序的一个实例正在使用的内存数量。
5) 启动应用程序的另一个实例并观察它的内存需求。
请描述使用第二个实例占用的内存与使用第一个实例时的内存对比情况：
____________________________________________________________________
________________________________________________________________________
步骤4：未分页合并内存。
估算未分页合并内存大小的最简单方法是使用“任务管理器”。未分页合并内存的估计值显示在“任务管理器”的“性能”选项卡的“核心内存”部分。
总数(K) ：_____________________________
分页数：________________________________
未分页(K) ：___________________________
还可以使用“任务管理器”查看一个独立进程正在使用的未分页合并内存数量和分页合并内存数量。操作步骤如下：
1) 单击“Windows任务管理器”的“进程”选项卡，然后从“查看”菜单中选择“选择列”命令，显示“进程”选项卡的可查看选项。
2) 在“选择列”对话框中，选定“页面缓冲池”选项和“非页面缓冲池”选项旁边的复选框，然后单击“确定”按钮。
返回Windows “任务管理器”的“进程”选项卡时，将看到其中增加显示了各个进程占用的分页合并内存数量和未分页合并内存数量。
仍以刚才打开观察的应用程序(例如Word) 为例，请在表4-4中记录：
从性能的角度来看，未分页合并内存越多，可以加载到这个空间的数据就越多。拥有的物理内存越多，未分页合并内存就越多。但未分页合并内存被限制为256MB，因此添加超出这个限制的内存对未分页合并内存没有影响。
步骤5：提高分页性能。
在Windows 的安装过程中，将使用连续的磁盘空间自动创建分页文件(pagefile.sys) 。用户可以事先监视变化的内存需求并正确配置分页文件，使得当系统必须借助于分页时的性能达到最高。
虽然分页文件一般都放在系统分区的根目录下面，但这并不总是该文件的最佳位置。要想从分页获得最佳性能，应该首先检查系统的磁盘子系统的配置，以了解它是否有多个物理硬盘驱动器。
1) 在“开始”菜单中单击“设置”–“控制面板”命令，双击“管理工具”图标，再双击“计算机管理”图标。
2) 在“计算机管理”窗口的左格选择“磁盘管理”管理单元来查看系统的磁盘配置。
如果系统只有一个硬盘，那么建议应该尽可能为系统配置额外的驱动器。这是因为：Windows 2000最多可以支持在多个驱动器上分布的16个独立的分页文件。为系统配置多个分页文件可以实现对不同磁盘I/O请求的并行处理，这将大大提高I/O请求的分页文件性能。
请在表4-5中记录：
步骤6：计算分页文件的大小。
要想更改分页文件的位置或大小配置参数，可按以下步骤进行：
1) 右键单击桌面上的“我的电脑”图标并选定“属性”。
2) 在“高级”选项卡上单击“性能选项”按钮。
3) 单击对话框中的“虚拟内存”区域中的“更改”按钮。
请记录：
所选驱动器(C: ) 的页面文件大小：
驱动器：___________________________________
可用空间：________________________________ MB
初始大小(MB) ：___________________________
最大值(MB) ：_____________________________
所选驱动器(D: ) 的页面文件大小：(如果有的话)
驱动器：___________________________________
可用空间：________________________________ MB
初始大小(MB) ：___________________________
最大值(MB) ：_____________________________
所有驱动器页面文件大小的总数：
允许的最小值：____________________________ MB
推荐：____________________________________ MB
当前已分配：______________________________ MB
4) 要想将另一个分页文件添加到现有配置，在“虚拟内存”对话框中选定一个还没有分页文件的驱动器，然后指定分页文件的初始值和最大值(以兆字节表示) ，单击“设置”，然后单击“确定”。
5) 要想更改现有分页文件的最大值和最小值，可选定分页文件所在的驱动器。然后指定分页文件的初始值和最大值，单击“设置”按钮，然后单击“确定”按钮。
6) 在“性能选项”对话框中单击“确定”按钮。
7) 单击“确定”按钮以关闭“系统特性”对话框。
步骤7：使用任务管理器。
可以使用“任务管理器”来简单地检查分页文件是否配置了正确容量。这样可以实时提供系统正在使用分页文件的方式以及其他重要系统信息的准确描述。
通过右键单击任务栏运行“任务管理器”，选定“性能”选项卡查看实时的系统统计数据。与分页文件大小最有关的信息位于“认可用量”区域。这一区域显示了认可“峰值”是否达到或超过了认可“限制”，以及它是否超过了系统上的物理内存数量。认可“峰值”是指系统迄今为止向进程分配的最大物理内存和虚拟内存数量。
请记录：
物理内存(K)
总数：________________________________
可用数：______________________________
系统缓存：____________________________
认可用量(K)
总数：________________________________
限制：________________________________
峰值：________________________________
当系统遇到分页活动增加的情况时，提交的内存数量(“认可总数”) 就会增加。一旦它达到了“认可限制”值，系统就需要扩展分页文件。“认可限制”值指出在不必扩展分页文件的情况下可以向内存提交的虚拟内存数量。因为目标是避免扩展分页文件，所以必须保持“认可总数”和“认可限制”值相差较大。如果这两个值接近了，那么系统必须动态增加分页文件的大小。
“任务管理器”的“认可用量”区域显示的信息还说明了系统的主内存是否足以满足系统执行的任务。如果认可“总数”值经常超过系统中的内存数量，那么系统的物理内存可能不足。（2）了解和检测进程的虚拟内存空间。
步骤1：创建一个“Win32 Consol Application”工程，然后拷贝清单4-1中的程序，编译成可执行文件。
步骤2：在VC的工具栏单击“Execute Program”(执行程序) 按钮，或者按Ctrl + F5键，或者在“命令提示符”窗口运行步骤1中生成的可执行文件。
范例：E:\课程\os课\os实验\程序\os11\debug>os41
(假设编译生成的可执行文件是os41.exe)
步骤3：根据运行结果，回答下列问题
虚拟内存每页容量为：______________________________________________
最小应用地址：____________________________________________________
最大应用地址：____________________________________________________
当前可供应用程序使用的内存空间为：________________________________
当前计算机的实际内存大小为：______________________________________
理论上每个Windows应用程序可以独占的最大存储空间是：_____________
按committed、reserved、free等三种虚拟地址空间分别记录实验数据。其中“描述”是指对该组数据的简单描述，例如，对下列一组数据：
00010000 – 00012000 <8.00KB> Committed, READWRITE, Private
可描述为：具有READWRITE权限的已调配私有内存区。
将系统当前的自由区(free) 虚拟地址空间填入表4-6中。
将系统当前的已调配区(committed) 虚拟地址空间填入表4-7中。
将系统当前的保留区(reserved) 虚拟地址空间填入表4-8中。
3、实验结论
简单描述windows进程的虚拟内存管理方案：
_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 4、程序清单
清单4-1 了解和检测进程的虚拟内存空间
// 工程vmwalker
#include
#include
#include
#include
#pragma comment(lib, "Shlwapi.lib")
// 以可读方式对用户显示保护的辅助方法。
// 保护标记表示允许应用程序对内存进行访问的类型
// 以及操作系统强制访问的类型
inline bool TestSet(DWORD dwTarget, DWORD dwMask)
{
return ((dwTarget &dwMask) == dwMask) ;
}
# define SHOWMASK(dwTarget, type) \
if (TestSet(dwTarget, PAGE_##type) ) \
{std :: cout << ", " << #type; }
void ShowProtection(DWORD dwTarget)
{
SHOWMASK(dwTarget, READONLY) ;
SHOWMASK(dwTarget, GUARD) ;
SHOWMASK(dwTarget, NOCACHE) ;
SHOWMASK(dwTarget, READWRITE) ;
SHOWMASK(dwTarget, WRITECOPY) ;
SHOWMASK(dwTarget, EXECUTE) ;
SHOWMASK(dwTarget, EXECUTE_READ) ;
SHOWMASK(dwTarget, EXECUTE_READWRITE) ;
SHOWMASK(dwTarget, EXECUTE_WRITECOPY) ;
SHOWMASK(dwTarget, NOACCESS) ;
}
// 遍历整个虚拟内存并对用户显示其属性的工作程序的方法
void WalkVM(HANDLE hProcess)
{
// 首先，获得系统信息
SYSTEM_INFO si;
:: ZeroMemory(&si, sizeof(si) ) ;
:: GetSystemInfo(&si) ;
// 分配要存放信息的缓冲区
MEMORY_BASIC_INFORMATION mbi;
:: ZeroMemory(&mbi, sizeof(mbi) ) ;
// 循环整个应用程序地址空间
LPCVOID pBlock = (LPVOID) si.lpMinimumApplicationAddress;
while (pBlock < si.lpMaximumApplicationAddress)
{
// 获得下一个虚拟内存块的信息
if (:: VirtualQueryEx(
hProcess, // 相关的进程
pBlock, // 开始位置
&mbi, // 缓冲区
sizeof(mbi))==sizeof(mbi) ) // 大小的确认
{
// 计算块的结尾及其大小
LPCVOID pEnd = (PBYTE) pBlock + mbi.RegionSize;
TCHAR szSize[MAX_PATH];
:: StrFormatByteSize(mbi.RegionSize, szSize, MAX_PATH) ;
// 显示块地址和大小
std :: cout.fill ('0') ;
std :: cout
<< std :: hex << std :: setw(8) << (DWORD) pBlock << "-"
<< std :: hex << std :: setw(8) << (DWORD) pEnd << (:: strlen(szSize)==7? " (" : " (") << szSize << ") " ;
// 显示块的状态
switch(mbi.State)
{
case MEM_COMMIT :
std :: cout << "Committed" ;
break;
case MEM_FREE :
std :: cout << "Free" ;
break;
case MEM_RESERVE :
std :: cout << "Reserved" ;
break;
}
// 显示保护
if(mbi.Protect==0 && mbi.State!=MEM_FREE)
{
mbi.Protect=PAGE_READONLY;
}
ShowProtection(mbi.Protect);
// 显示类型
switch(mbi.Type){
case MEM_IMAGE :
std :: cout << ", Image" ;
break;
case MEM_MAPPED:
std :: cout << ", Mapped";
break;
case MEM_PRIVATE :
std :: cout << ", Private" ;
break;
}
// 检验可执行的影像
TCHAR szFilename [MAX_PATH] ;
if (:: GetModuleFileName (
(HMODULE) pBlock, // 实际虚拟内存的模块句柄
szFilename, //完全指定的文件名称
MAX_PATH)>0) //实际使用的缓冲区大小
{
// 除去路径并显示
:: PathStripPath(szFilename) ;
std :: cout << ", Module: " << szFilename;
}
std :: cout << std :: endl;
// 移动块指针以获得下一下个块
pBlock = pEnd;
}
}
}
void ShowVirtualMemory()
{
// 首先，让我们获得系统信息
SYSTEM_INFO si;
:: ZeroMemory(&si, sizeof(si) ) ;
:: GetSystemInfo(&si) ;
// 使用外壳辅助程序对一些尺寸进行格式化
TCHAR szPageSize[MAX_PATH];
::StrFormatByteSize(si.dwPageSize, szPageSize, MAX_PATH) ;
DWORD dwMemSize = (DWORD)si.lpMaximumApplicationAddress -
(DWORD) si.lpMinimumApplicationAddress;
TCHAR szMemSize [MAX_PATH] ;
:: StrFormatByteSize(dwMemSize, szMemSize, MAX_PATH) ;
// 将内存信息显示出来
std :: cout << "Virtual memory page size: " << szPageSize << std :: endl;
std :: cout.fill ('0') ;
std :: cout << "Minimum application address: 0x"
<< std :: hex << std :: setw(8)
<< (DWORD) si.lpMinimumApplicationAddress
<< std :: endl;
std :: cout << "Maximum application address: 0x"
<< std :: hex << std :: setw(8)
<< (DWORD) si.lpMaximumApplicationAddress << std :: endl;
std :: cout << "Total available virtual memory: " << szMemSize << std :: endl ;
}
void main()
{
//显示虚拟内存的基本信息
ShowVirtualMemory();
// 遍历当前进程的虚拟内存
::WalkVM(::GetCurrentProcess());
}
存储管理实验报告
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
实验三存储管理实验
实验三存储管理实验 Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】
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 "" #include "" #include <>
#include <> #define PCB_NUM 5 行程序."); printf("\n\t\t\t0.退出程序."); scanf("%d",&m); switch(m) { case1: break; case0: system("cls"); menu(); break; default: system("cls"); break; } } void paixu(struct MemInf* ComMem,int n) { int i,j,t; for(j=0; j
操作系统-页式虚拟存储管理程序模拟
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 师学院计算机系 实验报告 （2014—2015学年第二学期） 课程名称操作系统 实验名称实验四存储管理 专业计算机科学与技术（非师）年级2012级 学号B2012102147 姓名秋指导教师远帆 实验日期2015-05-20 图1 word运行情况 “存使用”列显示了该应用程序的一个实例正在使用的存数量。 5) 启动应用程序的另一个实例并观察它的存需求。 请描述使用第二个实例占用的存与使用第一个实例时的存对比情况： 第二个实例占用存22772K，比第一个实例占用的存大很多 4：未分页合并存。 估算未分页合并存大小的最简单法是使用“任务管理器”。未分页合并存的估计值显示在“任务管理器”的“性能”选项卡的“核心存”部分。 总数(K) ：________220___________ 分页数：_____________________ 未分页(K) ：_________34__________ 图2核心存 C 简单基本NTFS 30G 良好（系 统） D 简单基本NTFS 90G 良好 E 简单基本NTFS 90G 良好 F 简单基本NTFS 88 G 良好 图3磁盘情况 6：计算分页文件的大小。 要想更改分页文件的位置或大小配置参数，可按以下步骤进行： 1) 右键单击桌面上的“我的电脑”图标并选定“属性”。 2) 在“高级”选项卡上单击“性能选项”按钮。 3) 单击对话框中的“虚拟存”区域中的“更改”按钮。 请记录： 所选驱动器的页面文件大小： 驱动器：______________F_____________________ 可用空间：___________9825_____________________ MB 初始大小(MB) ：_____ 2048______________________ 最大值(MB) ：________4092_____________________ 所有驱动器页面文件大小的总数： 允的最小值：________16____________________ MB 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 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。 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。 湖北文理学院《网络存储》 实验报告 专业班级：计科1211 姓名：*** 学号：*** 任课教师：李学峰 2014年11月16日 实验01 Windows 2003的磁盘阵列技术 一、实验目的 1．掌握在Windows 2003环境下做磁盘阵列的条件和方法。 2．掌握在Windows 2003环境下实现RAID0的方法。 3. 掌握在Windows 2003环境下实现RAID1的方法。 4. 掌握在Windows 2003环境下实现RAID5的方法。 5. 掌握在Windows 2003环境下实现恢复磁盘阵列数据的方法。 二、实验要求 1．在Windows 2003环境下实现RAID0 2．在Windows 2003环境下实现RAID1 3．在Windows 2003环境下实现RAID5 4．在Windows 2003环境下实现恢复磁盘阵列数据 三、实验原理 （一）磁盘阵列RAID技术的概述 RAID是一种磁盘容错技术,由两块以上的硬盘构成冗余，当某一块硬盘出现物理损坏时，换一块同型号的硬盘即可自行恢复数据。RAID有RAID0、RAID1、RAID5等。RAID 技术是要有硬件来支持的，即常说的RAID卡，如果没RAID卡或RAID芯片，还想做RAID，那就要使用软件RAID技术，微软Windows系统只有服务器版本才支持软件RAID技术，如Windows Server 2003等。 （二）带区卷（RAID0） 带区卷是将多个（2-32个）物理磁盘上的容量相同的空余空间组合成一个卷。需要注意的是，带区卷中的所有成员，其容量必须相同，而且是来自不同的物理磁盘。带区卷是Windows 2003所有磁盘管理功能中，运行速度最快的卷，但带区卷不具有扩展容量的功能。它在保存数据时将所有的数据按照64KB分成一块，这些大小为64KB的数据块被分散存放于组成带区卷的各个硬盘中。 （三）镜像卷（RAID1） 镜像卷是单一卷的两份相同的拷贝，每一份在一个硬盘上。它提供容错能力，又称为RAID1技术。 RAID1的原理是在两个硬盘之间建立完全的镜像，即所有数据会被同时存放到两个物理硬盘上，当一个磁盘出现故障时，系统仍然可以使用另一个磁盘内的数据，因此，它具备容错的功能。但它的磁盘利用率不高，只有50%。 四、实验设备 1．一台装有Windows Server 2003系统的虚拟机。 2．虚拟网卡一块，类型为“网桥模式”。 3．虚拟硬盘五块。 五、实验步骤 （一）组建RAID实验的环境 （二）初始化新添加的硬盘 （三）带区卷（RAID0的实现） 宁德师范学院计算机系 实验报告 （2014—2015学年第二学期） 课程名称操作系统 实验名称实验四存储管理 专业计算机科学与技术（非师）年级2012级 学号B2012102147 姓名王秋指导教师王远帆 实验日期2015-05-20 2) 右键单击任务栏以启动“任务管理器”。 3) 在“Windows任务管理器”对话框中选定“进程”选项卡。 4) 向下滚动在系统上运行的进程列表，查找想要监视的应用程序。 请在表4-3中记录： 表4-3 实验记录 映像名称PID CPU CPU时间内存使用 WINWORD.EXE 5160 00 0：00：10 22772k 图1 word运行情况 “内存使用”列显示了该应用程序的一个实例正在使用的内存数量。 5) 启动应用程序的另一个实例并观察它的内存需求。 请描述使用第二个实例占用的内存与使用第一个实例时的内存对比情况： 第二个实例占用内存22772K，比第一个实例占用的内存大很多 4：未分页合并内存。 估算未分页合并内存大小的最简单方法是使用“任务管理器”。未分页合并内存的估计值显示在“任务管理器”的“性能”选项卡的“核心内存”部分。 总数(K) ：________220___________ 分页数：__________167___________ 未分页(K) ：_________34__________ 图2核心内存 还可以使用“任务管理器”查看一个独立进程正在使用的未分页合并内存数量和分页合并内存数量。操作步骤如下： 1) 单击“Windows任务管理器”的“进程”选项卡，然后从“查看”菜单中选择“选择列”命令，显示“进程”选项卡的可查看选项。 2) 在“选择列”对话框中，选定“页面缓冲池”选项和“非页面缓冲池”选项旁边的复选框，然后单击“确定”按钮。 返回Windows “任务管理器”的“进程”选项卡时，将看到其中增加显示了各个进程占用的分页合并内存数量和未分页合并内存数量。 仍以刚才打开观察的应用程序(例如Word) 为例，请在表4-4中记录： 表4-4 实验记录 映像名称PID 内存使用页面缓冲池非页面缓冲池 WINWORD.EXE 2964 37488 951 42 从性能的角度来看，未分页合并内存越多，可以加载到这个空间的数据就越多。拥有的物理内存越多，未分页合并内存就越多。但未分页合并内存被限制为256MB，因此添加超出这个限制的内存对未分页合并内存没有影响。 5：提高分页性能。 在Windows 2000的安装过程中，将使用连续的磁盘空间自动创建分页文件(pagefile.sys) 。用户可以事先监视变化的内存需求并正确配置分页文件，使得当系统必须借助于分页时的性能达到最高。 虽然分页文件一般都放在系统分区的根目录下面，但这并不总是该文件的最佳位置。要想从分页获得最佳性能，应该首先检查系统的磁盘子系统的配置，以了解它是否有多个物理硬盘驱动器。 1) 在“开始”菜单中单击“设置”–“控制面板”命令，双击“管理工具”图标，再双击“计算机管理”图标。 2) 在“计算机管理”窗口的左格选择“磁盘管理”管理单元来查看系统的磁盘配置。 如果系统只有一个硬盘，那么建议应该尽可能为系统配置额外的驱动器。这是因为：Windows 2000最多可以支持在多个驱动器上分布的16个独立的分页文件。为系统配置多个分页文件可以实现对不同磁盘I/O请求的并行处理，这将大大提高I/O请求的分页文件性能。 请在表4-5中记录： 表4-5 实验记录 综合性实验报告 一、实验目的 通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式管理的页面置换算法。 页面置换算法是虚拟存储管理实现的关键，通过本次实验理解内存页面调度的机制，在模拟实现FIFO、LRU、OPT、LFU、NUR几种经典页面置换算法的基础上，比较各种置换算法的效率及优缺点，从而了解虚拟存储实现的过程。 二、总体设计 1、编写函数计算并输出下述各种算法的命中率 ①OPT页面置换算法 OPT所选择被淘汰的页面是已调入内存，且在以后永不使用的，或是在最长时间内不再被访问的页面。因此如何找出这样的页面是该算法 的关键。可为每个页面设置一个步长变量，其初值为一足够大的数，对 于不在内存的页面，将其值重置为零，对于位于内存的页面，其值重置 为当前访问页面与之后首次出现该页面时两者之间的距离，因此该值越 大表示该页是在最长时间内不再被访问的页面，可以选择其作为换出页 面。 ②FIFO页面置换算法 FIFO总是选择最先进入内存的页面予以淘汰，因此可设置一个先进先出的忙页帧队列，新调入内存的页面挂在该队列的尾部，而当无空闲 页帧时，可从该队列首部取下一个页帧作为空闲页帧，进而调入所需页 面。 ③LRU页面置换算法 LRU是根据页面调入内存后的使用情况进行决策的，它利用“最近的过去”作为“最近的将来”的近似，选择最近最久未使用的页面予以 淘汰。该算法主要借助于页面结构中的访问时间time来实现，time记 录了一个页面上次的访问时间，因此，当须淘汰一个页面时，选择处于 内存的页面中其time值最小的页面，即最近最久未使用的页面予以淘 汰。 ④LFU页面置换算法 LFU要求为每个页面配置一个计数器（即页面结构中的counter），一旦某页被访问，则将其计数器的值加1，在需要选择一页置换时，则 将选择其计数器值最小的页面，即内存中访问次数最少的页面进行淘 汰。 ⑤NUR页面置换算法 NUR要求为每个页面设置一位访问位（该访问位仍可使用页面结构中的counter表示），当某页被访问时，其访问位counter置为1。需要 进行页面置换时，置换算法从替换指针开始（初始时指向第一个页面） 顺序检查处于内存中的各个页面，如果其访问位为0，就选择该页换出， 否则替换指针下移继续向下查找。如果内存中的所有页面扫描完毕未找 到访问位为0的页面，则将替换指针重新指向第一个页面，同时将内存 中所有页面的访问位置0，当开始下一轮扫描时，便一定能找到counter 为0的页面。 2、在主函数中生成要求的指令序列，并将其转换成页地址流；在不同 的内存容量下调用上述函数使其计算并输出相应的命中率。 三、实验步骤（包括主要步骤、代码分析等） 主要步骤： 、通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。其地址按下述原则生成： ①50%的指令是顺序执行的； ②25%的指令是均匀分布在前地址部分； ③25%的指令是均匀分布在后地址部分； 具体的实施方法是： A.在[0，319]的指令地址之间随机选区一起点M； B.顺序执行一条指令，即执行地址为M+1的指令； C.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’； D.顺序执行一条指令，其地址为M’+1； E.在后地址[M’+2，319]中随机选取一条指令并执行； 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 ____大学____学院实验报告 课程名称：计算机操作系统实验名称：存储管理实验实验日期： 班级：姓名：学号：仪器编号：XX 实验报告要求：1.实验目的 2.实验要求 3.实验步骤 4.程序清单 5.运行情况 6.流程图7.实验体会 1、实验目的 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。 2、实验要求 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。 ②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：首次适应算法；最坏适应算法；最佳适应算法。 ③编写并调试一个段页式存储管理的地址转换的模拟程序。 首先设计好段表、页表，然后给出若干个有一定代表性的地址，通过查找段表页表后得到转换的地址。要求打印转换前的地址，相应的段表，页表条款及转换后的地址，以便检查。 3、实验步骤 （1）理解实验要求，联系所学知识；（2）根据要求编写调度算法；（3）编写完整的实验代码并在VC++ 6.0环境下编译运行；（4）调试程序直至得出结果。 4、程序清单 ① #include 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.观察系统存储器使用情况 2.观察进程使用存储器的情况 3.掌握通过内存映像文件提高性能的方法 4.掌握动态内存分配技术 实验时间 3学时 预备知识： 1.存储相关的命令 free 显示系统使用和未被使用的内存数量（可以实时执行） 输出包含的标题有 3 行信息： Mem。此行包含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使用一小部分的内存。 used。该项显示了用于应用程序超速缓存数据的内存容量。 free。该项显示了此时未使用且有效的内存容量。 Shared/buffers 缓冲区/cached。这些列显示了有关内存如何使用的更为详细的信息。 -/+ buffers/cache。Linux 系统中的部分内存用来为应用程序或设备高速缓存数据。这部分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以使用的内存容量。 Swap。该行显示有关交换内存利用率的信息。该信息包含全部、已使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（使用手册页） size 列出目标文件段大小和总大小（使用手册页） 2./proc文件系统（使用手册页man 5 proc） /proc/meminfo 内存状态信息 /proc/stat 包含内存页、内存对换等信息。 /proc/$pid/stat 某个进程的信息(包含内存使用信息) /proc/$pid/maps某个进程的内存映射区信息，包括地址范围、权限、偏移量以及主次设备号和映射文件的索引节点。 /proc/$pid/statm 某个进程的内存使用信息，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。 3.1 mmap（建立内存映射） 表头文件#include 实验四存储管理 背景知识 耗尽内存是Windows 2000/XP系统中最常见的问题之一。当系统耗尽内存时，所有进程对内存的总需求超出了系统的物理内存总量。随后，Windows 2000/XP必须借助它的虚拟内存来维持系统和进程的运行。虚拟内存机制是Windows 2000/XP操作系统的重要组成部分，但它的速度比物理内存慢得多，因此，应该尽量避免耗尽物理内存资源，以免导致性能下降。解决内存不足问题的一个有效的方法就是添加更多的内存。但是，一旦提供了更多的内存，Windows 2000/XP很可以会立即“吞食”。而事实上，添加更多的内存并非总是可行的，也可能只是推迟了实际问题的发生。因此，应该相信，优化所拥有的内存是非常关键的。 1. 分页过程 当Windows 2000/XP求助于硬盘以获得虚拟内存时，这个过程被称为分页(paging) 。分页就是将信息从主内存移动到磁盘进行临时存储的过程。应用程序将物理内存和虚拟内存视为一个独立的实体，甚至不知道Windows 2000/XP使用了两种内存方案，而认为系统拥有比实际内存更多的内存。例如，系统的内存数量可能只有16MB，但每一个应用程序仍然认为有4GB内存可供使用。 使用分页方案带来了很多好处，不过这是有代价的。当进程需要已经交换到硬盘上的代码或数据时，系统要将数据送回物理内存，并在必要时将其他信息传输到硬盘上，而硬盘与物理内存在性能上的差异极大。例如，硬盘的访问时间通常大约为4-10毫秒，而物理内存的访问时间为60 us，甚至更快。 2. 内存共享 应用程序经常需要彼此通信和共享信息。为了提供这种能力，Windows 2000/XP必须允许访问某些内存空间而不危及它和其他应用程序的安全性和完整性。从性能的角度来看，共享内存的能力大大减少了应用程序使用的内存数量。运行一个应用程序的多个副本时，每一个实例都可以使用相同的代码和数据，这意味着不必维护所加载应用程序代码的单独副本并使用相同的内存资源。无论正在运行多少个应用程序实例，充分支持应用程序代码所需求的内存数量都相对保持不变。 3. 未分页合并内存与分页合并内存 Windows 2000/XP决定了系统内存组件哪些可以以及哪些不可以交换到磁盘上。显然，不应该将某些代码(例如内核) 交换出主内存。因此，Windows 2000/XP将系统使用的内存进一步划分为未分页合并内存和分页合并内存。 分页合并内存是存储迟早需要的可分页代码或数据的内存部分。虽然可以将分页合并内存中的任何系统进程交换到磁盘上，但是它临时存储在主内存的这一部分，以防系统立刻需要它。在将系统进程交换到磁盘上之前，Windows 2000/XP会交换其他进程。 未分页合并内存包含必须驻留在内存中的占用代码或数据。这种结构类似于早期的MS-DOS 程序使用的结构，在MS-DOS中，相对较小的终止并驻留程序(Terminate and Stay Resident，TSR) 在启动时加载到内存中。这些程序在系统重新启动或关闭之前一直驻留在内存的特定部分中。例如，防病毒程序将加载为TSR程序，以预防可能的病毒袭击。 未分页合并内存中包含的进程保留在主内存中，并且不能交换到磁盘上。物理内存的这个部分用于内核模式操作（例如，驱动程序）和必须保留在主内存中才能有效工作的其他进程。 实验四存储管理（一） 学号：姓名：班级： 实验目的： 1。了解存储管理的内容和目的。 2。掌握分区式存储管理的主要内容 3。掌握可变分区管理分配策略。 实验内容： 一、填空： 1。存储管理的实质对内存的管理，主要对内存中用户区进行管理 2。将作业相对地址空间的相对地址转换成内存中的绝对地址的过程称为地址重定位 3。在可变分区存储管理中采用最佳适应算法时，最好按分区块大小从小到大排序空闲分区。 4。在可变分区存储管理中采用最先适应算法时，最好按分区块地址从低到高排序空闲分区。 5。静态重定位在程序装入时进行，动态重定位在程序执行时进行。 6。在可变分区管理中有两张说明表，一是已分配分区说明表，一是空闲分区说明表。 7。可变分区管理中的空闲分区表根据分配算法需要排序。已分配分区表不需要排序。（需要、不需要） 二、简答： 1．何谓名字空间？何谓地址空间？何谓存储空间？ 答：名字空间：程序中符号名的集合。 地址空间：在目标模块中的地址的集合。 存储空间：实际内存地址的集合。 储空间 2．分区式存储管理能用于实现虚拟内存吗？（虚拟内存P165-166） 答：不能，因为虚拟存储最重要的特点就是离散性，而分区式存储管理只适用于连续分配方式，即全部程序都放在内存，而不允许程序运行时一部分在内存、 一部分在外存。所以，无法提供内存的逻辑扩充功能。 3。为什么要引入动态重定位？如何实现？ 答： 为了在程序执行过程中，每当访问指令或数据时，将要访问的程序或数据的逻辑地址转换成物理地址，引入了动态重定位。 可在系统中增加一个重定位寄存器，用它来装入(存放)程序在内存中的起始地址，程序在执行时，真正访问的内存地址是相对地址与重定位寄存器中的地址相加而形成的，从而实现动态重定位。 4。分区存储管理中常采用哪些分配策略？ 答： 固定式分区：又称静态分区，它是在系统初始化时，把内存空间划分为若干个大小不等的分区，分区的大小和分区的个数预先确定好，一旦划分好，在没有人工干预的情况下，内存的划分方式不变。 可变分区分配：与固定分区法相同，可变分区法也要使用分区说明表等数据结构对内存进行管理。但由于随着时间的推移，系统中分区的个数是不断变化的。 5。最佳适应（Best Fit）算法和最坏适应（Worst Fit）算法优缺点： 最佳适应算法：要求按空闲区大小从小到大的次序组成空闲区可用表或自由链。当用户作业或进程申请一个空闲区时，存储管理程序从表头开始查找，当找到第一个满足要求的空闲区时，停止查找。如果该空闲区大于请求表中的请求长度，则与最先适应法时相同。将减去请求长度后的剩余空闲区部分留在可用表中。 最坏适应算法：要求空闲区按其大小递减的顺序组成空闲区可用表或自由链。当用户作业或进程申请一个空闲区时，先检查空闲区可用表或自由链的第一个空闲可用区的大小是否大于或等于所要求的内存长度，若可用表或自由链的第一个项所示空闲区长度小于所要求的，则分配失败，否则从空闲区可用表或自由链中分配相应的存储空间给用户，然后修改和调整空闲区可用表或自由链。 优缺点： 最佳适应算法使剩下的空间尽量最小，但有可能由于空间过小导致其他程序无法使用而变成碎片。 最坏适应算法使剩下的空间尽量最大，减少了产生碎片的机会，但会使空闲分区大的分区较少，无法满足后面需求存储空间较大的作业。 三、应用题： 1．在可变分区存储管理中，按地址法组织当前的空闲分区，其大小分别为：10KB，4KB，20KB，18KB，7KB，9KB，12KB和15KB。现在依次有3个存储请求为：12KB，10KB，9KB。试问使用最先适应算法时的分配情形如何？最佳适应、最坏适应呢？（不考虑存储释放情况） （1）最先适应算法 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存储管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式管理的页面置换算法。 二、实验容 编程实现页面置换算法，要求输出页面的置换过程，具体可以编程实现OPT、FIFO和LRU算法。 1．过随机数产生一个指令序列，共320条指令。其地址按下述原则生成： ①50%的指令是顺序执行的； ②25%的指令是均匀分布在前地址部分； ③25%的指令是均匀分布在后地址部分； #具体的实施方法是： A.在[0，319]的指令地址之间随机选区一起点M; B.顺序执行一条指令，即执行地址为M+1的指令； C.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’; D.顺序执行一条指令，其地址为M’+1； E.在后地址[M’+2，319]中随机选取一条指令并执行； F.重复A—E，直到执行320次指令。 2．指令序列变换成页地址流 设：（1）页面大小为1K； （2）用户存容量为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. 计算并输出下述各种算法在不同存容量下的命中率。 A.FIFO先进先出的算法 B.LRU最近最少使用算法 C．LFU最少访问页面算法 三、实验要求 1、需写出设计说明； 2、设计实现代码及说明 3、运行结果； 四、主要实验步骤 1、分析算法结构； 画出算法的流程图，即设计说明； 根据画出的流程图使用C语言编写相应的代码（代码过长，放到最后）； 程序主要由main函数和以下几个函数组成： void initialization();初始化存数据操作系统实验四存储管理
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