VC操作系统设计内存管理设计与实现

操作系统设计 — 内存管理n摘要存储器是计算机系统的重要资源之一，任何程序、数据和各控制数据结构都必须占用一定的存储空间。因此，存储器管理直接影响系统性能。存储器有内存 ( 主存 ) 和外存 ( 辅存 ) 组成，内存由包含相应物理单元的、顺序编址的“存储块”组成。CPU 只有在启动相应IO设备之后，才能使内存与外存交换信息。存储管理是存储管理的主要任务是尽可能方便用户和提高主存储器的使用效率，使主存储器在成本、速度和规模之间获得较好的权衡。本文详细介绍了各种存储管理的原理，并用VC++6.0编程模拟实现了几种存储管理方式。主要有单一连续存储管理、固定分区管理、页式管理和虚拟页式管理。n关键词：存储管理，LRU算法，固定分区管理，页式管理第一章绪 言1.1.1课题背景存储管理是操作系统的重要组成部分，它负责管理计算机系统的重要资源——主存储器。由于任何程序及数据必须占用主存空间后才能执行，因此，存储管理的优劣直接影响系统的性能。主存储空间一般分为两部分：一部分是系统区，存放操作系统核心程序以及标准子程序，例行程序等；另一部分是用户区，存放用户的程序和数据等，供当前正在执行的应用程序使用。存储管理主要是对主存储器中的用户区域进行管理，当然，也包括对辅存储器的管理。尽管现代计算机中主存的容量不断增大，已达到GB 级的范围，但仍然不能保证有足够的空间来支持大型应用和系统程序及数据的使用，因此，操作系统的任务之一是要尽可能地方便用户使用和提高主存储器的利用效率，此外，有效的存储管理也是多道程序设计系统的关键支撑具体地说，存储管理有下面几个方面的功能：n主存储空间的分配和去配。n地址转换和存储保护。n主存储空间的共享。n主存储空间的扩充。1.2系统相关概念介绍n存储器结构：大部分的计算机都有一个存储器层次结构，它由少量的非常快速、昂贵、易变的高速缓存(cache)，若干兆字节的中等速度、中等价格、易变的主存储器(RAM)，和数百兆或数千兆字节的低速、廉价、不易变的磁盘组成。操作系统的工作就是协调这些存储器的使用。n逻辑地址：用户程序经编译后，每个目标模块以0为基地址进行的顺序编址。逻辑地址又称相对（程序、虚拟）地址，相对基地址而言，。n物理地址：内存中各物理存储单元的地址从统一的基地址进行的顺序编址。物理地址又称绝对地址，它是数据在内存中的实际存储地址。n地址空间：由逻辑地址组成的空间称为逻辑空间，由绝对地址组成的空间称为绝对空间。n重定位：把逻辑地址转变为内存的物理地址的过程。根据重定位时机的不同，又分为静态重定位（装入内存时重定位）和动态重定位（程序执行时重定位）。第二章 系统总体设计2.1 开发环境1> 硬件环境本软件的设计目标是简洁实用，因而软件必须小巧灵活，不能占用太多系统资源，对系统的硬件要求比较低，采用如下硬件平台作为最低配置：处理器：Intel Pentium内存：64M 硬盘空间：500M以上光驱：需要从光盘上安装操作系统和其它开发站点所需要的软件显卡：SVGA显示适配器声卡：普通声卡2> 软件环境软件平台应该是建立易于开发、管理、扩充以及同开发标准兼容的解决方案的基础。服务器端平台软件全部采用Microsoft的产品，便于维护和管理，同时系统设计中还应用了Microsoft的一些新技术，来提高系统的整体性能和效率。操作系统采用Microsoft Windows XP。开发工具使用VC++6.0。2.2 系统模块划分本软件模拟实现了四种内存管理机制，相应的把系统划分为以下几个模块：n单一连续存储管理模块n固定分区存储管理模块n页式存储管理模块n虚拟页式存储管理模块2.3 系统设计思想本系统要完成的目标就是形象化的描述操作系统的内存管理过程，力求做的直观、易懂。使用不同颜色的图形代表空闲内存和已用内存，一个可以加入多个作业进行处理，可以看到每个作业的处理过程以及系统的作业调度过程。第三章 系统的详细实现3.1 单一连续存储管理的原理和实现3.1.1 原理介绍单用户连续存储管理又称单分区模式，适用于单用户的情况，个人计算机和专用计算机系统可采用这种存储管理方式。采用单连续存储管理时主存分配十分简单，主存空间分为系统区和用户区，系统区存放操作系统常驻代码和数据，用户区全部归一个用户作业所占用。在这种管理方式下，任一时刻主存储器中最多只有一道程序，各个作业的程序只能按次序一个个地装入主存储器运行。单用户连续存储管理的地址转换多采用静态重定位。程序执行之前由装入程序完成逻辑地址到物理地址的转换工作。如下图所示。3.2.2 程序实现软件的第二个页面模拟实现了固定分区存储管理，同样，也可以在该页面添加、编辑、删除作业。点界面上的“设置”按钮，可以设置内存块数和各块的大小。该存储管理方式是允许多任务并发的，也就是说可以同时处理多个作业。开始试验后，程序启动一个1秒的定时器，每秒巡检一次作业队列，处理队列中的作业。程序用一个一个的方格来模拟内存，方格为空表示内存可用，为红色填充则表示内存已占用。方格的大小和内存区的大小是成比例的。内存溢出的判断方法为判断作业所需内存是否大于最大的内存块。

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