模拟设计页式存储管理的分配与回收

题目: 模拟设计页式存储管理的分配与回收1需求分析页式管理把内存空间按页的大小划分成片或者页面（page frame），然后把页式统一管理。

图1 页的划分图2 基本页表示例静态分页管理的第一步是为要求内存的作业或进程分配足够的页面。

系统通过存储页面表、请求表以及页表来完成内存的分配工作。

页表指的是内存中的一块固定存储区。

页式管理时每个进程至少有一个页表。

请求表指的是用来确定作业或进程的虚拟空间的各页在内存中的实际对应位置；另外整个系统有一个存储页面表，其描述了物理内存空间的分配使用状况。

图3 请求表的示例存储页面表有两种构成方法：1、位示图法2、空闲页面链表法模拟设计页式存储管理的分配与回收要求能够满足如下的要求:(1)输入给定的内存页面数，页面大小，进程的个数及每个进程的页数。

(2)要求当某进程提出申请空间的大小后，显示能否满足申请，以及为该进程分配资源后内存空间的使用情况（被进程占用的页面，空闲的页面）。

2 功能设计2.1 算法分析首先，请求表给出进程或作业要求的页面数。

然后，由存储页面表检查是否有足够的空闲页面，如果没有，则本次无法分配。

如果有则首先分配设置页表，应的页好填入页表中。

图4 分配页面的算法流程2.2 数据结构页式管理把内存空间按页的大小划分成片或者页面,再按照一定的规律建立起页表,并通过请求表将分配内容显示出来.将页表和请求表的内容使用结构体来定义是比较方便的.//页表项结构typedef struct _pagetableitem{pageid pagenum; //页号blockid blocknum; //块号}pgtabitem; //页表typedef pgtabitem * pagetable;//请求表结构typedef struct _reqtable{unsigned pid; //进程号unsigned reqpagenum; //请求页面数pagetable pgtabadr; //页表始址bool state; //状态} reqtabitem;请求表还引入了支持快速插入和删除的list顺序容器来进行相关操作.list<reqtabitem> reqtable因为模拟设计的关系,页面的起始地址均应该为随机的数值,所以程序在设计过程中加入了随机数类的编写.class RandomNumber{private:unsigned long randseed;public:RandomNumber(unsigned long s=0);unsigned short Random(unsigned long n);double fRandom(void);};采用当前系统的时间值来生成伪随机数分配地址.定义随机数产生器:RandomNumber random定义内存页面数:int pagenum定义页面大小:int pagesize定义进程个数:int pnum用整数数组模拟分配的内存页面数int * mempage=new int[pagenum]2.3模块说明2.3.1 主函数主函数依次运行了程序中所实现的关键函数.int main(){InitSys(); //初始化系统MainChoice();//输出系统菜单Destroy(); //释放申请的动态内存return 0;}2.3.2 各个功能函数初始化内存页面:void Init_Mempage(void)获取内存使用情况:int Get_Mempagenum(void)初始化默认的请求表:void Init_Reqtable(void)为默认的进程分配内存:void Init_DistMem(void)手动创建进程,并分配内存:void Dist_Mem(void)释放申请的动态内存:void Destroy(void)结束指定进程:void Kill(void)2.3.3 打印函数打印出进程请求表:void PrintReqtable(void)打印出页表:void PrintPageTable(void)打印出内存使用情况:void PrintMem(void)打印出物理块的大小:void PrintBlockSize(void)2.3.4 其他函数初始化系统: void InitSys(void)输出主菜单:void MainMenu(void)选择运行分支:void MainChoice()3开发平台3.1开发平台(1)使用系统：Windows 7(2)使用语言：C++(3)开发工具：Visual C++ 20084测试用例，运行结果与运行情况分析4.1测试方法通过输入正常数据以及非正常数据对程序进行全方位测试4.2测试结果(1)程序主界面(2)输入进程号和页面数:(3)显示进程页表:(4)显示请求表(5)显示内存使用情况以及物理块大小(6)错误检验5源程序的主要部分#include <iostream>#include <cstdlib>#include <iomanip>#include <list>#include "page.h"#include "Random.h"using namespace std;list<reqtabitem> reqtable;RandomNumber random; //随机数产生器unsigned pagenum=random.Random(80)+21; //内存页面数21-100 unsigned pagesize=random.Random(16)+5; //页面大小5-20unsigned pnum=random.Random(4)+5;//进程的个数5-8int * mempage=new int[pagenum]; //用整数数组模拟内存页面数/*初始化内存页面*/void Init_Mempage(void){int i=0;for(i=0;i<int(pagenum);i++)mempage[i]=0; //数组全部赋初值}/*获取内存的使用情况*/int Get_Mempagenum(void){int sum=0;for(int i=0;i<int(pagenum);i++)if(mempage[i]==0)sum++;return sum; //判断有多少内存页面已经被使用}/*初始化默认的请求表*/void Init_Reqtable(void){int i;for(i=1;i<=int(pnum);i++){reqtabitem preq;preq.pid=i;preq.reqpagenum=random.Random(4)+2;//进程请求的页面大小-5preq.state=false;preq.pgtabadr=NULL;reqtable.push_back(preq); //依次压入容器}}/*为默认的进程分配内存*/void Init_DistMem(void){int reqpnum; //进程请求页面数int i;list<reqtabitem>::iterator pos=reqtable.begin();for(;pos!=reqtable.end();pos++){reqpnum=(*pos).reqpagenum;if(reqpnum>int(Get_Mempagenum())) //判断请求的内存页面数目是否大于剩余的{cout<<"没有足够的内存!"<<endl;cout<<endl;}else{(*pos).state=true;pagetable temp = new pgtabitem[reqpnum]; //新建临时页表项数组if(temp==NULL){cout<<"内存分配失败!"<<endl;exit(0);}(*pos).pgtabadr=temp;for(i=0;i<reqpnum;i++){temp[i].pagenum=i; //页表的页号int randnum=random.Random(pagenum)+1;//随机产生一个块号while(mempage[randnum]==1)randnum=random.Random(pagenum)+1;temp[i].blocknum=randnum;//页表的块号mempage[randnum]=1;}}}}/*手动创建进程,并分配内存*/void Dist_Mem(void){int i;reqtabitem preq; //新创建进程记录int pid; //进程号int reqpnum; //请求页面数bool flag=false;do{cout<<"请输入进程号:";flag=false;cin>>pid;for(list<reqtabitem>::iteratorpos=reqtable.begin();pos!=reqtable.end();pos++){if((*pos).pid==pid){flag=true;cout<<"该进程号已经存在,请重新输入"<<endl;cout<<endl;break;}}}while(flag==true); //循环直到输入的Pid满足条件preq.pid=pid;cout<<"请输入需要的页面数:";cin>>reqpnum;preq.reqpagenum=reqpnum;preq.state=false;preq.pgtabadr=NULL;reqpnum=preq.reqpagenum;if(reqpnum>Get_Mempagenum()){cout<<"没有足够的内存,进程创建失败!"<<endl;cout<<endl;}else{preq.state=true;pagetable temp = new pgtabitem[reqpnum];if(temp==NULL){cout<<"内存分配失败!"<<endl;exit(0);}preq.pgtabadr=temp;for(i=0;i<int(reqpnum);i++){temp[i].pagenum=i; //页表的页号int randnum=random.Random(pagenum)+1;//随机产生一个块号while(mempage[randnum]==1)randnum=random.Random(pagenum)+1;temp[i].blocknum=randnum;//页表的块号mempage[randnum]=1;}}reqtable.push_back(preq); //将该进程的记录加入请求表}/*程序结束时,释放申请的动态内存*/void Destroy(void){list<reqtabitem>::iterator pos=reqtable.begin();for(pos=reqtable.begin();pos!=reqtable.end();pos++){if((*pos).state==true)delete [](*pos).pgtabadr;}reqtable.clear();}/* 打印出进程请求表*/void PrintReqtable(void){cout<<endl;cout<<"|--------------------------------------------------------------------|"<<endl;cout<<"| 进程请求表|"<<endl;cout<<"|--------------------------------------------------------------------|"<<endl;cout<<"|"<<setw(8)<<"进程号"<<setw(16)<<"请求页面数"<<setw(16)<<"页表起始地址"<<setw(16)<<"页表长度"<<setw(16)<<"状态|"<<endl;cout<<"|---------------------------------------------------------------------|"<<endl;list<reqtabitem>::iterator pos=reqtable.begin();for(pos=reqtable.begin();pos!=reqtable.end();pos++){cout<<"|"<<setw(8)<<(*pos).pid<<setw(16)<<(*pos).reqpagenum<<setw(16)<<(*pos).pgtabadr<<setw(16)<<((*pos).reqpagenum) * pagesize;if((*pos).state)cout<<setw(4)<<"已分配|"<<endl;elsecout<<setw(4)<<"未分配|"<<endl;if((*pos).pid!=reqtable.back().pid)cout<<"|--------------------------------------------------------------------|"<<endl;elsecout<<"|--------------------------------------------------------------------|"<<endl;}}/*打印页表*/void PrintPageTable(void){unsigned pid;int i;bool flag=false;cout<<"请输入进程号:";cin>>pid;list<reqtabitem>::iterator pos=reqtable.begin();for(pos=reqtable.begin();pos!=reqtable.end();pos++){if((*pos).pid==pid&&(*pos).state==true){flag=true;cout<<"|---------------------------|"<<endl;cout<<"| 此进程的页表|"<<endl;cout<<"|---------------------------|"<<endl;cout<<"|"<<setw(16)<<"页号"<<setw(6)<<"块号|"<<endl;cout<<"|---------------------------|"<<endl;int reqpagenum=(*pos).reqpagenum;for(i=0;i<reqpagenum;i++){cout<<"|"<<setw(16)<<(*pos).pgtabadr[i].pagenum<<setw(6)<<(*pos).pgtabadr[i].blocknum<<" |"<<endl;if(i!=reqpagenum-1)cout<<"|---------------------------|"<<endl;elsecout<<"|---------------------------|"<<endl;}}}if(flag==false)cout<<"系统中不存在该进程或者该进程还没有被分配内存!\n";cout<<endl;}void PrintMem(void){cout<<"内存总块数为"<<pagenum<<",已经使用了"<<pagenum-Get_Mempagenum()<<"块!"<<endl;cout<<"现在还有"<<Get_Mempagenum()<<"块内存区域空闲!"<<endl;cout<<endl;}void PrintBlockSize(void){cout<<"物理块大小为:"<<pagesize<<"KB"<<endl;cout<<endl;}/*结束指定进程*/void Kill(void){bool flag;int i;reqtabitem temp;list<reqtabitem>::iterator pos=reqtable.begin();int pid;do{cout<<"请输入进程号:";flag=false;cin>>pid;for(pos=reqtable.begin();pos!=reqtable.end();pos++){if((*pos).pid==pid){flag=true;temp=*pos;break;}}if(flag==false)cout<<"系统中不存在该进程!"<<endl;cout<<endl;}while(flag==false);for(i=0;i<int(temp.reqpagenum);i++)mempage[temp.pgtabadr[i].blocknum]=0;reqtable.remove(temp);//重新为没有分配到内存的进程分配内存for(pos=reqtable.begin();pos!=reqtable.end();pos++){if((*pos).state==false){int reqpnum;reqpnum=(*pos).reqpagenum;if(reqpnum<=Get_Mempagenum()){(*pos).state=true;pagetable temp = new pgtabitem[reqpnum];if(temp==NULL){cout<<"内存分配失败!"<<endl;cout<<endl;exit(0);}(*pos).pgtabadr=temp;for(i=0;i<int(reqpnum);i++){temp[i].pagenum=i; //页表的页号int randnum=random.Random(pagenum)+1;//随机产生一个块号while(mempage[randnum]==1)randnum=random.Random(pagenum)+1;temp[i].blocknum=randnum;//页表的块号mempage[randnum]=1;}}}}}/*初始化系统*/void InitSys(void){cout.setf(ios::left);//左对齐Init_Mempage();Init_Reqtable();Init_DistMem();}/*输出主菜单*/void MainMenu(void){cout<<"页式存储管理的分配与回收"<<endl;cout<<"1.手动创建进程"<<endl;cout<<"2.显示进程页表"<<endl;cout<<"3.显示请求表"<<endl;cout<<"4.撤销进程"<<endl;cout<<"5.显示内存使用情况"<<endl;cout<<"6.显示物理块大小"<<endl;cout<<"7.退出系统"<<endl;cout<<"请输入您的选择(0--7):";}/*选择函数*/void MainChoice(){int choice;do{MainMenu();cin>>choice;switch(choice){case 1:Dist_Mem();break;case 2:PrintPageTable();break;case 3:PrintReqtable();break;case 4:Kill();break;case 5:PrintMem();break;case 6:PrintBlockSize();break;case 7:break;default :cout<<"输入有误，请重新输入.\n";cout<<endl;break;}}while(choice!=7);}int main(){InitSys();//初始化系统MainChoice();//输出系统菜单Destroy();//释放申请的动态内存return 0;}6自我评价与总结此次试验是完全在自己独立完成的，首先在分析问题并把问题转化为编程问题，我觉得个人把握的很好，对页式管理的基本原理理解的比较透彻；其次我用了个随机函数来模拟页表起始地址和物理块大小等变量，使得输出的结果显得随机性较强,符合系统真实分配的情况. 另外对于进程请求表使用顺序容器操作,结构体保存项目的设计也独具匠心,配合迭代器的使用达到类似栈的用途,输出请求表的时候比较清晰明了.但是程序还有不足之处，程序仅仅只能从直观数值上来体现页式管理的随机分配的特性,并没有办法像linux之类操作系统一般真正的进行内存分配与回收,这是课后深入研究的一个方面。