操作系统课程设计--连续动态分区内存管理模拟实现

计算机专业操作系统课程设计1（操作系统课程设计）连续动态分区内存管理模拟实现计算机专业操作系统课程设计2目录《操作系统》课程设计.......................................................1引言......................................................................3课程设计目的和内容......................................................3需求分析.........................................................................3概要设计...................................................................3开发环境........................................................................4系统分析设计.....................................................................4有关了解内存管理的相关理论..................................................4内存管理概念........................................................................4内存管理的必要性..............................................................4内存的物理组织.............................................................4什么是虚拟内存.................................................................5连续动态分区内存管理方式...................................................5单一连续分配（单个分区)...................................................5固定分区存储管理...............................................................5可变分区存储管理（动态分区）..............................................5可重定位分区存储管理........................................................5问题描述和分析....................................................................6程序流程图........................................................................6数据结构体分析..................................................................8主要程序代码分析...............................................................9分析并实现四种内存分配算法.................................................11最先适应算.....................................................................11下次适应分配算法..........................................................13最优适应算法...............................................................16最坏适应算法...............................................................18回收内存算法................................................................20调试与操作说明.................................................................22初始界面.......................................................................22模拟内存分配...............................................................23已分配分区说明表面............................................................24空闲区说明表界面.............................................................24回收内存界面.....................................................................25重新申请内存界面..........................................................26.总结与体会......................................................................28参考文献.........................................................................28计算机专业操作系统课程设计3引言操作系统是最重要的系统软件，同时也是最活跃的学科之一。我们通过操作系统可以理解计算机系统的资源如何组织，操作系统如何有效地管理这些系统资源，用户如何通过操作系统与计算机系统打交道。存储器是计算机系统的重要组成部分，近年来，存储器容量虽然一直在不断扩大，但仍不能满足现代软件发展的需要，因此，存储器仍然是一种宝贵而又紧俏的资源。如何对它加以有效的管理，不仅直接影响到存储器的利用率，而且还对系统性能有重大影响。而动态分区分配属于连续分配的一种方式，它至今仍在内存分配方式中占有一席之地。课程设计目的和内容：理解内存管理的相关理论，掌握连续动态分区内存管理的理论；通过对实际问题的编程实现，获得实际应用和编程能力。编写程序实现连续动态分区内存管理方式，该程序管理一块虚拟内存，实现内存分配和回收功能。分析并实现四种内存分配算法，即最先适应算法，下次最先适应算法，最优适应算法，最坏适应算法。内存分配算法和回收算法的实现。需求分析动态分区分配是根据进程的实际需要，动态地为之分配内存空间。在实现动态分区分配时，将涉及到分区分配中所用的数据结构、分区分配算法和分区的分配和回收操作这样三个问题。常用的数据结构有动态分区表和动态分区链。在对数据结构有一定掌握程度的情况下设计合理的数据结构来描述存储空间，实现分区存储管理的内存分配功能，应该选择最合适的适应算法（首次适应算法，最佳适应算法，最后适应算法，最坏适应算法），在动态分区存储管理方式中主要实现内存分配和内存回收算法，在这些存储管理中间必然会有碎片的产生，当碎片产生时，进行碎片的拼接等相关的内容概要设计本程序采用机构化模块化的设计方法，共分为四大模块。⑴最先适应算法实现从空闲分区表的第一个表目起查找该表，把最先能够满足要求的空闲区分配给作业，这种方法目的在于减少查找时间。为适应这种算法，空闲分区表（空闲区链）中的空闲分区要按地址由低到高进行排序。该算法优先使用低址部分空闲区，在低址空间造成许多小的空闲区，在高地址空间保留大的空闲区。⑵下次适应分配算法实现该算法是最先适应算法的变种。在分配内存空间时，不再每次从表头（链首）开始查找，而是从上次找到空闲区的下一个空闲开始查找，直到找到第一个能满足要求的的空闲区为止，并从中划出一块与请求大小相等的内存空间分配给作业。该算法能使内存中的空闲区分布得较均匀。计算机专业操作系统课程设计4⑶最优适应算法实现它从全部空闲区中找出能满足作业要求的、且大小最小的空闲分区，这种方法能使碎片尽量小。为适应此算法，空闲分区表（空闲区链）中的空闲分区要按从小到大进行排序，自表头开始查找到第一个满足要求的自由分区分配。⑷最坏算法实现最坏适应分配算法要扫描整个空闲分区或链表，总是挑选一个最大的空闲分区分割给作业使用。该算法要求将所有的空闲分区按其容量从大到小的顺序形成一空闲分区链，查找时只要看第一个分区能否满足作业要求。开发环境：win7下VC++6.0系统分析设计：相关算法原理，算法流程图，涉及的数据结构内容都相应包含在各章节中有关了解内存管理的相关理论内存管理概念：内存管理，是指软件运行时对计算机内存资源的分配和使用的技术。其最主要的目的是如何高效，快速的分配，并且在适当的时候释放和回收内存资源。内存不是预先划分好的，而是在系统运行的过程中建立分区.当作业装入主存时，根据作业所需要的主存容量查看是否有足够的主存空间，若有则按需要分割一个分区给该作业；否则令该作业等待.分区长度不固定分区个数不固定。这种存储管理的方法克服了固定分区严重浪费主存的问题，提高了主存资源的利用率。内存管理的必要性：内存管理对于编写出高效率的Windows程序是非常重要的，这是因为Windows是多任务系统，它的内存管理和单任务的DOS相比有很大的差异。DOS是单任务操作系统，应用程序分配到内存后，如果它不主动释放，系统是不会对它作任何改变的；但Windows却不然，它在同一时刻可能有多个应用程序共享内存，有时为了使某个任务更好地执行，Windows系统可能会对其它任务分配的内存进行移动，甚至删除。因此，我们在Windows应用程序中使用内存时，要遵循Windows内存管理的一些约定，以尽量提高Windows内存的利用率。1.3内存的物理组织：物理地址：把内存分成若干个大小相等的存储单元，每个存储单元占8位，称作字节（byte）。每个单元给一个编号，这个编号称为物理地址（内存地址、绝对地址、实地址）。二、物理地址空间：物理地址的集合称为物理地址空间（主存地址空计算机专业操作系统课程设计5间），它是一个一维空间。什么是虚拟内存：虚拟内存是内存管理技术的一个极其实用的创新。它是一段程序（由操作系统调度），持续监控着所有物理内存中的代码段、数据段，并保证他们在运行中的效率以及可靠性，对于每个用户层（user-level）的进程分配一段虚拟内存空间。当进程建立时，不需要在物理内存件之间搬移数据，数据储存于磁盘内的虚拟内存空间，也不需要为该进程去配置主内存空间，只有当该进程被被调用的时候才会被加载到主内存。连续动态分区内存管理方式的实现在早期的操作系统中，主存分配广泛采用连续分配方式。连续分配方式，是指为一个用户程序分配一个连续的内存空间，该连续内存空间指的的是物理内存。下面介绍连续分配的四种方式。单一连续分配（单个分区）最简单的存储管理方式，用于多道程序设计技术之前。内存分为系统区和用户区，系统区由操作系统使用。用户区作为一个连续的分区分配给一个作业。分区存储管理是满足多道程序设计的最简单的一种存储管理方法，它允许多4个用户程序同时存在系统内存中，即共享内存空间。按分区划分方式可分为固定分区和可变分区。