存儲器管理課程設計

山東理工大學課程設計〔計算機操作系統(tǒng)〕院系計算機學院專業(yè)計算機科學與技姓名指導教師二○○五年六月二十二日課程設計任務書計算機學院院〔系〕計算機科學與技術專業(yè)課題組學生姓名班級學號課題名稱存儲器管理設計Ⅰ、題目的目的和要求：本課程設計的目的是使學生熟悉存儲器管理系統(tǒng)的設計方法。加深對所學各種存儲器管理方案的了解；要求采用一些常用的存儲器分配算法，設計一個存儲器管理模擬系統(tǒng)并調(diào)試運行。模擬環(huán)境應盡量接近真實。Ⅱ、設計技術要求與數(shù)據(jù)：穩(wěn)固和加深對操作系統(tǒng)原理的理解，提高系統(tǒng)設計的能力；通過應用，提高程序設計能力，本課程設計對應用方面只作一般要求，選做不同的功能模塊，重點放在數(shù)據(jù)結(jié)構設計、文檔標準化和程序設計風格,寫出易讀、易懂的程序。技術要求：(一)源程序文件(1)符號名的命名:這包括變量名、文件名、程序名、模塊名、過程文件名等。命名不主張用A、B、A1、A2等為文件名，而從易于識別和理解的要求出發(fā)，使用一些有實際意義的標識符，如:fork();exit();sleep();wakeup()等。(2)程序中的注釋行:夾在源程序中的注釋行能幫助讀者理解程序，絕不是可有可無的，注釋是源程序文件必不可少的一局部。要求在程序開頭有序言性注釋，有關的工程如下:程序的標題(文件名等)目的、功能調(diào)用形式，參數(shù)含義輸入數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)調(diào)用的過程或過程文件其它類型的文件名稱(數(shù)據(jù)文件、索引文件、格式文件等)作者審查調(diào)試日期(3)空行和縮格自然的程序段用空行隔開，分支嵌套和循環(huán)嵌套要層次清楚。如C語言程序：if(條件)(語句組);elseif(條件)(語句組);else(語句組);(二)數(shù)據(jù)說明適當用說明方式:<命令語句>/*<注釋>*/如對變量所賦數(shù)據(jù)的類型加以說明，以便核對和查找。(三)語句結(jié)構程序的清晰性是最重要的目標，語句應寫的簡明，直接了當，不要在語句中使用“技巧〞。因為這會給調(diào)試過程帶來不必要的麻煩，復雜的表達式用括號表示運算的優(yōu)先次序，以免造成誤解。沒有程序的簡明性和清晰性，就不能保證程序的可靠性和正確性。另外，盡可能利用現(xiàn)成函數(shù)，減少臨時變量，防止用浮點數(shù)(如1.2E4)比擬。(四)輸入和輸出輸入和輸出是與用戶的使用直接相關的。輸入、輸出的方式和格式應盡可能方便用戶，一個程序的輸入格式盡可能統(tǒng)一;但提示要明確和具備捕獲錯誤及處理的能力。數(shù)據(jù)結(jié)構：constintpagesize=1024;constintblocknum=3;intblock[blocknum];intpg[blocknum];Ⅲ、設計工作起始日期：自二○〇五年六月二十日起，至二○〇五年六月二十四日止Ⅳ、進度方案與應完成的工作：日期內(nèi)容6.20周一選取參考書，查閱有關文獻資料，完成課程設計說明書內(nèi)容1局部。完成課程設計說明書內(nèi)容2-4局部6.21周二上機創(chuàng)立相關數(shù)據(jù)結(jié)構,錄入源程序6.22周三上機調(diào)試程序并記錄調(diào)試中的問題，完成課程設計說明書第5局部。6.23周四上機系統(tǒng)測試，演示設計成果。6.24周五整理課程設計說明書，上午11時，由學習委員交課程設計說明書(計算機科學系9#213或直接交給指導教師)Ⅴ、主要參考文獻、資料：1.湯子贏等，計算機操作系統(tǒng)〔第二版〕，西安電子科技大學出版社，19962.湯子贏等，計算機操作系統(tǒng)〔新第一版〕，西安電子科技大學出版社19963.馮耀霖等，操作系統(tǒng)，西安電子科技大學出版社，19924.湯子瀛主編.計算機操作系統(tǒng).西安:西安電子科技大學出版社,2002.95.張堯?qū)W,史美林.計算機操作系統(tǒng)教程.北京:清華大學出版社,1995,26.劉乃琦等.操作系統(tǒng)原理及應用.北京:經(jīng)濟科學出版社,1996.5指導教師：學科部主任二○年月日課程設計評語及成績評定Ⅰ、課程設計篇幅：圖紙數(shù)量張設計說明書頁Ⅱ、指導教師的評語：指導教師年月日Ⅲ、成績評定：設計成績教學院長〔主任〕：〔簽字〕二○年月日目錄第一章概述……………第二章系統(tǒng)分析………第三章系統(tǒng)設計………第四章程序設計流程圖或N-S圖……第五章源程序清單……………………第六章調(diào)試過程中的問題及系統(tǒng)測試情況…………第七章結(jié)束語…………第一章概述操作系統(tǒng)課程設計是計算機科學與技術專業(yè)的主要實踐性教學環(huán)節(jié)。在進行了專業(yè)根底課和《操作系統(tǒng)》課程的根底上，設計或分析一個實際的操作系統(tǒng)旨在加深對計算機硬件結(jié)構和系統(tǒng)軟件的認識，初步掌握操作系統(tǒng)組成模塊和應用接口的使用方法，提高進行工程設計和系統(tǒng)分析的能力，為畢業(yè)設計和以后的工程實踐打下良好的根底。存儲器管理的主要任務是為多道程序的運行提供良好的環(huán)境，方便用戶使用存儲器，提高存儲器的利用率以及能從邏輯上擴充內(nèi)存。存儲器管理的主要對象是內(nèi)存，本設計主要針對進程讀入內(nèi)存中的過程模擬存儲器管理系統(tǒng)。涉及到程序的裝入、內(nèi)存空間的分配方式以及進程的換出與換入和頁面置換算法〔本設計的頁面置換算法為先進先出FIFO算法〕。系統(tǒng)分析在多道程序環(huán)境下，要使程序運行，必須先為之創(chuàng)立進程。而創(chuàng)立進程的第一步是將程序和數(shù)據(jù)裝入內(nèi)存。存儲器實現(xiàn)的功能主要是內(nèi)存分配等功能，本模擬系統(tǒng)所要實現(xiàn)的就是將進程的程序和數(shù)據(jù)裝入內(nèi)存〔物理塊〕。具體需要實現(xiàn)的功能如下：讀入進程大小，進行分頁，確定每一頁的指令地址范圍；讀入一個指令，確定其所在頁面，讀入內(nèi)存物理塊中。物理塊空閑直接讀入，物理塊已滿，指向下步操作。物理塊已滿，將要淘汰原來首先進入到內(nèi)存中的頁面，即換出；然后將現(xiàn)在的指令地址頁面讀入物理塊中，即換入。能夠顯示分配的頁面的狀態(tài)信息，包括地址范圍和讀入的內(nèi)存物理塊號〔未讀入與讀入的區(qū)別顯示〕，頁面是否在主存中。顯示內(nèi)存分區(qū)即物理塊號的使用狀況。系統(tǒng)設計本系統(tǒng)實現(xiàn)的功能比擬簡單，主要包括以下幾個數(shù)據(jù)結(jié)構方面：輸入進程大小劃分頁面。求頁面數(shù)利用進程與每一頁面的大小計算和求余函數(shù)add()，根本信息輸出print()函數(shù)。頁面的初始信息包括頁號、頁面的指令地址范圍、讀入物理塊號〔初始均設定為-1〕、讀入內(nèi)存狀態(tài)。intadd(intm,intn)//判斷是否在物理塊的最后一位,要不要加1{if(m%n)//不能整除,有余數(shù)，那么需加1return1;else//剛好能整除return0;}指令頁面讀入物理塊。該局部要包括空閑物理塊的查詢freebno〔〕函數(shù)，裝入物理塊號load〔〕函數(shù)，物理塊指針自加inc()函數(shù)。指令讀入，查詢內(nèi)存中是否有空閑的物理塊，有那么直接讀入，同時物理塊號指針自動指向下一個模塊，以便下一個指令讀入時裝入內(nèi)存。voidload(intb)//裝入主存b號物理塊{bno=b;status=1;block[b]=0;}intfreebno()//查出空閑的物理塊號{inti;for(i=0;i<blocknum;i++) if(block[i]) returni;//返回空閑的物理塊returni;//沒有空閑的物理塊,返回的塊號溢出}3.指令讀入時物理塊全部占滿，需要調(diào)用換出out()函數(shù)，淘汰原來進入內(nèi)存的頁面，利用FIFO算法，然后裝入此事的指令到相應物理塊。voidout()//調(diào)出主存{status=0;bno=-1;}4.輸出頁面詳細信息。利用程序初始創(chuàng)立的page類函數(shù)定位到每個頁面，查詢其狀態(tài)輸出其詳細信息即print()函數(shù)內(nèi)的具體內(nèi)容。voidprint(){cout<<"頁號:"<<pno<<"地址范圍:"<<pagesize*pno+1<<"~"<<pagesize*(pno+1)<<"物理塊號:"<<bno<<"狀態(tài):";if(status)cout<<"在主存"<<endl;elsecout<<"在輔存"<<endl;}內(nèi)存物理塊的占用信息。intblock[blocknum];//存放物理塊狀態(tài)的數(shù)組,1為空閑,0為不空閑if(block[i]) cout<<"空閑"<<endl; else { cout<<"占用"; inta=pg[i];第四章程序設計流程圖或N-S圖第五章源程序清單//存儲器管理系統(tǒng)設計#include<iostream.h>constintpagesize=1024;//頁面大小constintblocknum=4;//系統(tǒng)分配的物理塊數(shù)intblock[blocknum];//存放物理塊狀態(tài)的數(shù)組,空閑時為1,不空閑時為0intpg[blocknum];//存放物理塊中的頁號classpage{intpno;//頁號intbno;//物理塊號intstatus;//頁的狀態(tài),1為在主存,0為在輔存staticintn;//表態(tài)成員,為實現(xiàn)頁的編號public:page()//構造函數(shù){pno=n++;//編號bno=-1;//不在任何物理塊中status=0;//初始值}intgetstatus(){returnstatus;}intgetbno(){returnbno;}intgetpno(){returnpno;}voidprint(){cout<<"頁號:"<<pno<<"地址范圍:"<<pagesize*pno+1<<"~"<<pagesize*(pno+1)<<"物理塊號:"<<bno<<"狀態(tài):";if(status)cout<<"在主存"<<endl;elsecout<<"在輔存"<<endl;}voidload(intb)//裝入主存b號物理塊{bno=b;status=1;//裝入主存頁號為1block[b]=0;//數(shù)組狀態(tài)不空閑}//調(diào)出主存，用于頁面置換voidout(){status=0;bno=-1;//相應頁對應物理塊號變?yōu)槌跏贾祡};intpage::n=0;//初始化頁號intfreebno()//查出空閑的物理塊號{inti;for(i=0;i<blocknum;i++) if(block[i]) returni;//返回空閑的物理塊returni;//沒有空閑的物理塊,返回的塊號溢出}voidinc(int&t)//以物理塊數(shù)為模自加{if(t>=0&&t<blocknum-1)t++;elseif(t==blocknum-1)t=0;elsecout<<"出錯!!"<<endl;}//判斷是否在物理塊的最后一位,是否加1intadd(intm,intn){if(m%n)//不能整除,有余數(shù)，那么需加1return1;else//剛好能整除return0;}voidmain(){intj;for(j=0;j<blocknum;j++)//初始化,物理塊都置為空閑{block[j]=1;pg[j]=-1;}inti,set;intprocess_size,pagenum,address,pageNO;page*p;intnext=0;//下一個該替換的物理塊號cout<<"************************存儲器管理模擬系統(tǒng)*************************"<<endl;cout<<"請輸入進程的大小(注意：僅為數(shù)據(jù)有效):"<<endl;cin>>process_size;pagenum=process_size/pagesize+add(process_size,pagesize);cout<<"進程的頁數(shù)為:"<<pagenum<<endl;p=newpage[pagenum];//new動態(tài)分配空間cout<<"各頁面狀態(tài)如下:"<<endl;for(i=0;i<pagenum;i++)p[i].print();while(1){cout<<""<<endl;cout<<"1.指令地址信息讀取2.輸出程序所用頁面信息3.快表信息0.退出"<<endl; cout<<endl; cout<<"請選擇相應操作:"<<endl;cin>>set;switch(set){case1: cout<<"請輸入要讀入的指令地址:"<<endl;cin>>address; if(address<0) { cout<<"您所輸入的是負數(shù)，不符合要求。"<<endl; break; } else if(address>process_size) {cout<<"您輸入的數(shù)據(jù)太大，不符合要求。"<<endl;break;} else if(address<pagesize) pageNO=0;//判定指令地址頁面號else pageNO=address/pagesize+add(address,pagesize)-1;//因為數(shù)組從0開始計數(shù),故減1 if(p[pageNO].getstatus())//判斷是否在主存 { cout<<"此模塊已在主存中."<<endl; p[pageNO].print(); } else { cout<<"此模塊在輔存中,調(diào)入主存."<<endl; intfno; fno=freebno();//獲取空閑的物理塊號 if(fno>=0&&fno<blocknum)//有空閑物理塊 { p[pageNO].load(fno); cout<<"裝入頁框表，查詢并放入空閑物理塊:"<<fno<<endl; pg[fno]=pageNO; p[pageNO].print(); }//物理塊已滿，執(zhí)行淘汰操作 else { cout<<"頁框已滿,淘汰物理塊:"<<next<<"中的原有頁面"<<pg[next]<<endl; for(i=0;i<pagenum;i++) if(p[i].getstatus()&&p[i].getbno()==next) p[i].out();//換出 p[pageNO].load(next);//裝入 pg[next]=pageNO; p[pageNO].print(); inc(next);//next自加,指向下一個即將換出的塊 } }break;case2:for(i=0;i<pagenum;i++) p[i].print();break; case3: for(i=0;i<4;i++) { cout<<i<<":"; if(block[i]) cout<<"空閑"<<endl; else { cout<<"占用"; inta=pg[i]; cout<<"頁號:"<<a<<"地址范圍:"<<pagesize*a+1<<"~"<<pagesize*(a+1)<<endl;} } break;case0:delete[]p;//釋放資源return;default:cout<<"非法操作，請根據(jù)提示選擇1、2、3或0操作"<<endl;}}}第六章調(diào)試過程中的問題及系統(tǒng)測試情況調(diào)試過程中主要遇到的問題有以下幾個方面：調(diào)用print()函數(shù)時程序應用過程中出現(xiàn)的status狀態(tài)顯示頁面號是否讀入主存中。常規(guī)語法錯誤，如類定義page的最后結(jié)束符需要“;〞。變量的定義出現(xiàn)問題，如開始固定的頁面大小與物理塊數(shù)，需要用C++中的const定義常量賦值。系統(tǒng)執(zhí)行情況：1、輸入進程：2、讀入指令地址：3、內(nèi)存物理塊已滿，淘汰原頁