Linux操作系统内存管理
摘要：
Linux支持虚拟内存, 就是使用磁盘作为RAM的扩展，使可用内存相应地有效扩大。核心把当前不用的内存块存到硬盘，腾出内存给其他目的。当原来的内容又要使用时，再读回内存。这对用户全透明：运行于Linux的程序只看到大量的可用内存而不甘心哪部分在磁盘上。当然，读写硬盘比真的内存慢(慢千倍)，所以程序运行较慢。用做虚拟内存的这部分硬盘叫对换空间。
Linux可以使用文件系统中的普通文件或单独的分区作为对换空间。对换分区更快，但对换文件更易于改变大小(无须对硬盘重分区)。如果知道要多少对换空间，应该用对换分区；如果不能确认，可以先用对换文件，用一段时间后再根据所需空间建立对换分区。
Linux允许同时使用多个对换分区和/或对换文件。即如果偶尔需要更多的对换空间，可以随时建立一个额外的对换文件。
Linux是一个遵循POSIX（Portable Operating System Interface）标准的操作系统，它继承了UNIX系统优秀的设计思想，拥有简练、容错强、高效而且稳定的内核。此外Linux还具备其他操作系统所不能比拟的优点。①：完全免费；
②：内核源代码完全公开。
Linux内核拥有一个功能完备的内存管理子系统,它增加了对NUMA（非均匀存储结构）体系结构的支持并且使用了基于区(ZONE)的物理内存管理方法,从而保持了物理上连续分布、而逻辑上统一的内存模式和传统的共享内存编程模型,使得系统的性能得以极大的扩展。这样Linux不仅能够满足传统的桌面应用,而且还能满足高端服务器市场的需要。目前，Linux不仅在Internet服务器上表现出色，而且还可以胜任大型数据库系统的服务器。
关键字：虚拟内存，物理内存管理，虚拟内存管理
一、Linux存储管理的基本框架
Linux内核采用虚拟页式存储管理，采用三次映射机制实现从线性地址到物理地址的映射。其中PGD为页面目录，PMD为中间目录，PT为页面表。具体的映射过程为：
⑴从CR3寄存器中找到PGD基地址；
⑵以线性地址的最高位段为下标，在PGD中找到指向PMD的指针；
⑶以线性地址的次位段为下标，在PMD中找到指向PT的指针；
⑷同理，在PT中找到指向页面的指针；
⑸线性地址的最后位段，为在此页中的偏移量，这样就完成了从线性地址到物理地址的映射过程。
32位的微机平台如Intel的X86采用段页式的两层映射机制，而64位的微处理器采用三级分页。对于传统的32位平台，Linux采用让PMD(中间目录)全0来消除中间目录域，这样就把Linux逻辑上的三层映射模型落实到X86结构物理上的二层映射,从而保证了Linux对多种硬件平台的支持。
二、Linux对虚拟内存的管理
虚拟内存不仅可以解决内存容量的问题，还可以提供以下附加的功能：大地址空间；进程保护；内存映射；灵活的物理内存分配；共享虚拟内存。
Linux对虚拟内存的管理以进程为基础。32位的线性地址映射的4G的虚拟空间中，从0XC0000000到0XFFFFFFFF的1G空间为所用进程所共享的内核空间，每个进程都有自己的3G用户空间。
Linux的虚拟内存管理需要各种机制的支持，首先内存管理程序通过映射
机制把用户程序的逻辑地址映射到物理地址，在用户程序运行时时如果发现程序中要用的虚拟地址没有对应的物理地址，就发出请页要求①：如果有空闲的内存可供分配，就请求分配内存②，并把正在使用的物理页记录在页缓存中③，如果没有足够的内存分配，就调用交换机制，腾出一部分内存④⑤。另外在地址映射中要通过TLB（翻译后援存储器）来寻找物理页⑧，交换机制中要用到交换缓存⑥，并且把物理页内容交换到交换文件中也要修改页表来映射文件地址⑦。
一个进程的虚拟地址映射靠三个数据结构来描述：mm_struct、
vm_area_struct、page。其中mm_struct结构用来描述一个进程的虚拟内存；vm_area_struct描述一个进程的虚拟地址区域，在这个区域中的所有页面具有相同的访问权限和一些属性；page描述一个具体的物理页面。
当进程通过系统调用动态分配内存时，Linux首先分配一个vm_area_struct 结构，并链接到进程的虚拟内存链表，当后续指令访问这一内存区域时，产生缺页异常。系统处理时，通过分析缺页原因、操作权限之后，如果页面在交换文件中，则进入do_page_fault()中恢复映射的代码，重新建立映射关系。如果因
为页面不再内存中，则Linux会分配新的物理页，并建立映射关系。
当物理内存出现不足时，就需要换出一些页面。Linux采用LRU(Least Recently Used最近最少使用)页面置换算法选择需要从系统中换出的页面。系统中每个页面都有一个“age”属性，这个属性会在页面被访问的时候改变。Linux根据这个属性选择要回收的页面，同时为了避免页面“抖动”(即刚释放的页面又被访问)，将页面的换出和内存页面的释放分两步来做，而在真正释放的时候仅仅只写回“脏”页面。这一任务由交换守护进程kswapd完成。
free_pages_high，free_pages_low是衡量系统中现有空闲页的标准，当系统
中空闲页的数量少于free_pages_high，甚至少于free_pages_low时，kswapd 进程会采用三种方法来减少系统正在使用的物理页的数量。①调用
shrink_mmap()减少buffer cache和page cache的大小；②调用shm_swap()将system V共享内存页交换到物理内存；③调用swap_out()交换或丢弃页。
三、Linux对物理内存的管理
Linux2.4内核加入了对NUMA的支持，如果系统是NUMA结构的处理机系统，则物理内存被划分为三个层次来管理：存储节点（Node），管理区（Zone），页面（Page）。处理器的本地内存组成的区域叫做一个节点(Node),它通过pglist_data数据结构来描述。各个节点的物理内存根据不同的作用又分为ZONE_DMA、ZONE_NORMAL、ZONE_HIGH，ZONE_DMA面积小，且专供DMA使用，ZONE_NORMAL则供大多数的程序使用，对于ZONE_HIGH仅仅只有页面缓存以及用户进程能够使用该区域的空间。每个管理区对应一个free_area数组来组织空闲页面队列，该数组的每一项描述某一种页块的信息，第一个元素描述大小为1
页的内存块的信息，第二个元素描述大小为2 页的内存块的信息，依此类推，所描述的页块大小以 2 的倍数增加。free_area 数组的定义如下：Typedef struct free_area_struct{
Struct list_head free_list;
Unsigned int *map;
}free_area_t;
list_head是一个双向指针结构，在这里用于将物理页块结构mem_map_t 连结成一个双向链表，而map则是记录这种页块组分配情况的位图，例如，位图的第N位为1，表明第N个页块是空闲的。
页分配代码使用向量表free_area来分配和回收物理页。系统初始化时，free_area数组也被赋了初值。也就是说，系统中所有可用的空闲物理页块都已经被加到了free_area数组中。
Linux使用Buddy最先匹配算法来进行页面的分配和回收，并且必须按2的幂次方进行分配。比如要分配大小为2k的空闲块，如果系统中有足够的空闲块，页面分配代码首先在free_area中查找相应大小的空闲块，如果找到则分配。如果没有则查找下一尺寸（2倍于请求大小）的页面块，继续这一过程直到找到可以分配的页面，按要求分配之后，将剩余的空闲块仍然按照2的幂次方划分后链入适当的空闲块中。与分配算法相反，页面回收时总是试图将相邻的空闲页面组合成更大尺寸的空闲块。这里先给出“伙伴”要满足的三个条件：①两个块大小相同；②两个块物理地址连续；③两个块从同一大块中分离出来。在用户释放内存时，判断“伙伴”是否是空闲块。若否，则只要将释放的空闲块简单的插入相应的free_area中。若是，则需要在free_area中删除其伙伴关系，然后再判断合并后的空闲块的伙伴关系，依次重复，直到归并后的空闲块没有伙伴关系或合并到最大块时将其插入到free_area中。
四、缓存和刷新机制
与存取(真正的)内存相比，从磁盘读是很慢的另外，在相对短的一端时间里，多次读硬盘相同的部分是很常见的。例如，你可能先读了一封电子邮件，然后回复时又将它读入编辑器，然后复制它到一个文件夹时又用邮件程序读它。或者，考虑命令ls 可能被系统上的很多用户多么频繁地使用。只从磁盘读一次信息，并保持在硬盘中，知道不再需要，除了第一次读，其他都会较快。这就叫磁盘缓存disk buffering，用于此目的的内存叫buffer cache。
不幸的是，由于内存是有限且缺乏的资源，buffer cache一般不会足够大(大到能够装下所有人可能用到的数据)。当cache满时，最长时间不用的数据将被丢弃，内存释放给最新的数据。
磁盘缓冲也用于写操作。要写的数据经常马上又被读(例如一个源代码文件保存到文件中后又被编译器读出)，所以将要写的数据放在缓冲里是个好主意。另外，只将数据放如cache而不马上写到磁盘，写操作的程序执行速度更快。写操作然后可以在后台完成，而不降低其他程序的速度。
许多操作系统有buffer caches (即使名称不同),但并非都根据上述原理。
有些是透写write-through: 数据马上写到磁盘(当然也同时写到cache) 不马上写的cache叫回写write-back。回写比透写更有效，但也更容易出错：如果系统崩溃，或电源突然掉电，或软盘在cache回写前被取出，那么cache中改变的数据将丢失。这可能意味着文件系统is not in full working order, 可能由于未写数据包含了系统记录信息的重要的变化。
因此，千万不要不经过正常的关闭过程直接关闭电源, 或没有unmount就取出软盘(如果是mount的)，或什么程序还在用着软盘，或软盘灯还在闪。 sync 命令刷新缓冲，即强制将所有未写数据写回磁盘，如果要确保所有数据安全回写，可以用它。传统的UNIX系统中，有个update 程序在后台运行，它每30秒运行一次 sync ，所以通常无须使用sync 。 Linux有一个另外的守侯程序bdflush ，它克服了sync 有时因磁盘I/O负荷太重(因为频繁的操作)而导致有时系统突然呆住的问题。
Linux下，bdflush 由update 启动。一般无须考虑它，但如果bdflush 偶尔因为什么原因死了，核心会给出警告，此时应该手工启动它(/sbin/update )。
cache并不真正缓冲文件，而是块，就是磁盘I/O的最小单元(Linux下，一般是1kB)。这样，所有的目录、超级块、其他文件系统记录数据和无文件系统磁盘都可以被缓冲。
cache的效果决定于其大小。太小的cache几乎无用；它只能cache很少的数据，而可能在被重用前就被清除了。大小有赖于有多少数据被读写，相同的数据的存取频度。唯一的方法是实验。
如果cache是固定大小，那么不应该太大，否则，会由于空闲内存空间太小而使用swap(也很慢)。为了最有效地使用真实内存，Linux自动使用所有空闲内存作为buffer cache，当程序需要更多内存时，自动减少cache。
Linux下，对cache使用无须做任何工作，它完全是自动的。除了要正常关闭系统和取出软盘，无须关心cache。
为了更好的发挥系统性能，Linux采用了一系列和内存管理相关的高速缓
存机制：
①缓冲区高速缓存：包含了从设备中读取的数据块或写入设备的数据块。缓冲区高速缓存由设备标示号和块索引，因此可以快速找到数据块。如果数据
可以在缓冲区中高速缓存中找到，则不需要从物理块设备上读取，从而加快了访问速度。
②页高速缓存：这一高速缓存用来加速对磁盘上的映像和数据访问，它用来缓存某个文件的逻辑内容，并通过文件VFS索引节点和偏移量访问。当页从磁盘读到物理内存时，就缓存在页高速缓存。
③交换高速缓存：用于多个近程共享的页面被换出到交换区的情况。当页面交换到交换文件之后，如果有进程再次访问，它会被重新调入内存。
五、小结
Linux是近年来应用的比较多的一个操作系统，广泛应用于各个行业。而且由于全世界计算机爱好者的支持，Linux也成为世界上发展最快的操作系统。在Linux2.6内核中，对存储管理子系统进行了一系列的改进，提高了系统的可扩展性，包含了对大型服务器如NUMA服务器和Intel服务器的良好支持。此外,Linux2.6还提供了对无MMU的支持。可见Linux正在不断的加强对高端服务器领域以及嵌入式领域的支持。
Linux在其发展过程中不断的在完善和优化内存管理单元的功能和性能。针对具体领域,我们可以根据自己的需要定制Linux内核。而内存管理单元作为Linux操作系统的核心部分,在整个系统的运行过程中发挥着举足轻重的作
用。
参考文献：
[1] 毛德操、胡希明 Linux内核源代码情景分析[M] 杭州：浙江大学出版社，2003；
[2] 陈莉君Linux操作系统内核分析[M] 北京：人民邮电出版社，2003；
[3] 彭晓鸣王强 Linux核心源代码分析[M] 北京：人民邮电出版社，2000；
实验项目名称：进程的同步（实验一） 1、实验目的 (1) 掌握进程和线程基本概念和属性； (2) 掌握用PV操作解决并发进程的同步问题； (3) 掌握用于同步的信号量初值的设置； (4) 掌握如何处理共享资源的直接制约关系。 2、实验内容 (1) 设计一个模拟若干售票网点的售票程序。界面可以参考图1。还应设计多个后台售票线程并发运行。 图1售票 (2) 模拟：桌上有一只盘子，每次只能放入一个水果。爸爸专向盘子中放苹果，妈妈专向盘子中放桔子，一个女儿专等吃盘子里的苹果，一个儿子专等吃盘子里的桔子。只要盘子空则爸爸或妈妈都可以向盘子放一个水果，仅当盘子中有自己需要的水果时，儿子或女儿可以从盘子中取出水果。放-取水果的几种情况如图2(a)~(f)所示，可以参照进行设计。 (a)盘子空时取水果 (b)父亲放入苹果
(c) 儿子取水果 (d) 女儿取水果 (e)儿子取走桔子 (f)盘子满时放水果 图2 放-取水果 (3) 自选其它能反映进程互斥问题的应用。 实验项目名称：处理机调度（实验二） 1、实验目的 (1) 掌握几种处理机调度算法的基本思想和特点； (2) 理解并发与并行的区别； (3) 比较几种算法的特点。 2、实验内容 编写程序模拟处理机调度，参照图3。 (1) 时间片轮转 (2) 动态优先权调度 (3) 高响应比优先调度
图3 模拟处理机调度 实验项目名称：银行家算法（实验三） 1、实验目的 银行家算法是避免死锁的一种重要方法，本实验要求用高级语言编写和调试一个简单的银行家算法程序。加深了解有关资源申请、避免死锁等概念，并体会和了解死锁和避免死锁的具体实施方法。 2、实验内容 (1) 设计进程对各类资源最大申请表示及初值确定。 (2) 设定系统提供资源初始状况。 (3) 设定每次某个进程对各类资源的申请表示。 (4) 编制程序，依据银行家算法，决定其申请是否得到满足。 具体设计可参照图4(a)~(c) 进行。
操作系统内存管理
操作系统内存管理 1. 内存管理方法 内存管理主要包括虚地址、地址变换、内存分配和回收、内存扩充、内存共享和保护等功能。 2. 连续分配存储管理方式 连续分配是指为一个用户程序分配连续的内存空间。连续分配有单一连续存储管理和分区式储管理两种方式。 2.1 单一连续存储管理 在这种管理方式中，内存被分为两个区域：系统区和用户区。应用程序装入到用户区，可使用用户区全部空间。其特点是，最简单，适用于单用户、单任务的操作系统。CP／M和 DOS 2．0以下就是采用此种方式。这种方式的最大优点就是易于管理。但也存在着一些问题和不足之处，例如对要求内
存空间少的程序，造成内存浪费；程序全部装入，使得很少使用的程序部分也占用—定数量的内存。 2.2 分区式存储管理 为了支持多道程序系统和分时系统，支持多个程序并发执行，引入了分区式存储管理。分区式存储管理是把内存分为一些大小相等或不等的分区，操作系统占用其中一个分区，其余的分区由应用程序使用，每个应用程序占用一个或几个分区。分区式存储管理虽然可以支持并发，但难以进行内存分区的共享。 分区式存储管理引人了两个新的问题：内碎片和外碎片。 内碎片是占用分区内未被利用的空间，外碎片是占用分区之间难以利用的空闲分区(通常是小空闲分区)。 为实现分区式存储管理，操作系统应维护的数据结构为分区表或分区链表。表中各表项一般包括每个分区的起始地址、大小及状态(是否已分配)。
分区式存储管理常采用的一项技术就是内存紧缩(compaction)。 2.2.1 固定分区(nxedpartitioning)。 固定式分区的特点是把内存划分为若干个固定大小的连续分区。分区大小可以相等：这种作法只适合于多个相同程序的并发执行(处理多个类型相同的对象)。分区大小也可以不等：有多个小分区、适量的中等分区以及少量的大分区。根据程序的大小，分配当前空闲的、适当大小的分区。 优点：易于实现，开销小。 缺点主要有两个：内碎片造成浪费；分区总数固定，限制了并发执行的程序数目。 2.2.2动态分区(dynamic partitioning)。 动态分区的特点是动态创建分区：在装入程序时按其初始要求分配，或在其执行过程中通过系统调用进行分配或改变分区大小。与固定分区相比较其优点是：没有内碎
Linux内核之内存管理 作者：harvey wang 邮箱：harvey.perfect@https://www.doczj.com/doc/db7196771.html, 新浪博客地址：https://www.doczj.com/doc/db7196771.html,/harveyperfect，有关于减肥和学习英语相关的博文，欢迎交流 把linux内存管理分为下面四个层面 （一）硬件辅助的虚实地址转换 （二）内核管理的内存相关 （三）单个进程的内存管理 （四）malloc软件 （一）处理器硬件辅助的虚实地址转换（以x86为例） 在x86中虚实地址转换分为段式转换和页转换。段转换过程是由逻辑地址（或称为虚拟地址）转换为线性地址；页转换过程则是将线性地址转换为物理地址。段转换示意图如下 X86支持两种段，gdt和ldt（全局描述段表和局部描述符段表），在linux中只使用了4个全局描述符表，内核空间和用户空间分别两个gdt，分别对应各自的代码段和数据段。也可以认为在linux中变相地disable了x86的段式转换功能。 页转换示意图如下
在linux中x86 的cr3寄存器（页表基地址寄存器）保存在进程的上下文中，在进程切换时会保存或回复该寄存器的内容，这样每个进程都有自己的转换页表，从而保证了每个进程有自己的虚拟空间。 （二）内核管理的内存相关 从几个概念展开内存管理：node、zone、buddy、slab 1、Node SGI Altix3000系统的两个结点 如上图，NUMA系统的结点通常是由一组CPU（如，SGI Altix 3000是2个Itanium2 CPU）和本地内存组成。由于每个结点都有自己的本地内存，因此全系统的内存在物理上是分布的，每个结点访问本地内存和访问其它结点的远地内存的延迟是不同的，为了优化对NUMA 系统的支持，引进了Node 来将NUMA 物理内存进行划分为不同的Node。而操作系统也必须能感知硬件的拓扑结构，优化系统的访存。
西安邮电大学 （计算机学院） 课内实验报告 实验名称：内存管理 专业名称：软件工程 班级： 学生姓名： 学号（8位）： 指导教师： 实验日期：
实验五：进程 1.实验目的 通过深入理解区管理的三种算法，定义相应的数据结构，编写具体代码。充分模拟三种算法的实现过程，并通过对比，分析三种算法的优劣。 （1）掌握内存分配FF，BF，WF策略及实现的思路； （2）掌握内存回收过程及实现思路； （3）参考给出的代码思路，实现内存的申请、释放的管理程序，调试运行，总结程序设计中出现的问题并找出原因，写出实验报告。 2.实验要求： 1）掌握内存分配FF，BF，WF策略及实现的思路； 2）掌握内存回收过程及实现思路； 3）参考本程序思路，实现内存的申请、释放的管理程序，调试运行，总结程序设计中出现的问题并找出原因，写出实验报告。 3.实验过程： 创建进程：
删除其中几个进程：(默认以ff首次适应算法方式排列) Bf最佳适应算法排列方式：
wf最差匹配算法排列方式： 4.实验心得： 这次实验实验时间比较长，而且实验指导书中对内存的管理讲的很详细，老师上课的时候也有讲的很详细，但是代码比较长，刚开始的时候也是不太懂，但是后面经过和同学一起商讨，明白几种算法的含义： ①首次适应算法。在采用空闲分区链作为数据结构时，该算法要求空闲分区链表以地址递增的次序链接。在进行内存分配时，从链首开始顺序查找，直至找到一个能满足进程大小要求的空闲分区为止。然后，再按照进程请求内存的大小，从该分区中划出一块内存空间分配给请求进程，余下的空闲分区仍留在空闲链中。 ②循环首次适应算法。该算法是由首次适应算法演变而形成的，在为进程分配内存空间时，从上次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找，直至找到第一个能满足要求的空闲分区，并从中划出一块与请求的大小相等的内存空间分配给进程。 ③最佳适应算法将空闲分区链表按分区大小由小到大排序，在链表中查找第一个满足要求的分区。 ④最差匹配算法将空闲分区链表按分区大小由大到小排序，在链表中找到第一个满足要求的空闲分区。 实验中没有用到循环首次适应算法，但是对其他三种的描述还是很详细，总的来说，从实验中还是学到了很多。 5.程序源代码： #include
学生学号 实验课成绩 武汉理工大学 学生实验报告书 实验课程名称 计算机操作系统 开 课 学 院 计算机科学与技术学院 指导老师姓名 学 生 姓 名 学生专业班级 2016 — 2017 学年第一学期
实验三 内存管理 一、设计目的、功能与要求 1、实验目的 掌握内存管理的相关内容，对内存的分配和回收有深入的理解。 2、实现功能 模拟实现内存管理机制 3、具体要求 任选一种计算机高级语言编程实现 选择一种内存管理方案：动态分区式、请求页式、段式、段页式等 能够输入给定的内存大小，进程的个数，每个进程所需内存空间的大小等 能够选择分配、回收操作 内购显示进程在内存的储存地址、大小等 显示每次完成内存分配或回收后内存空间的使用情况 二、问题描述 所谓分区，是把内存分为一些大小相等或不等的分区，除操作系统占用一个分区外，其余分区用来存放进程的程序和数据。本次实验中才用动态分区法，也就是在作业的处理过程中划分内存的区域，根据需要确定大小。 动态分区的分配算法：首先从可用表/自由链中找到一个足以容纳该作业的可用空白区，如果这个空白区比需求大，则将它分为两个部分，一部分成为已分配区，剩下部分仍为空白区。最后修改可用表或自由链，并回送一个所分配区的序号或该分区的起始地址。 最先适应法：按分区的起始地址的递增次序，从头查找，找到符合要求的第一个分区。
最佳适应法：按照分区大小的递增次序，查找，找到符合要求的第一个分区。 最坏适应法：按分区大小的递减次序，从头查找，找到符合要求的第一个分区。 三、数据结构及功能设计 1、数据结构 定义空闲分区结构体，用来保存内存中空闲分区的情况。其中size属性表示空闲分区的大小，start_addr表示空闲分区首地址，next指针指向下一个空闲分区。 //空闲分区 typedef struct Free_Block { int size; int start_addr; struct Free_Block *next; } Free_Block; Free_Block *free_block; 定义已分配的内存空间的结构体，用来保存已经被进程占用了内存空间的情况。其中pid作为该被分配分区的编号，用于在释放该内存空间时便于查找。size表示分区的大小，start_addr表示分区的起始地址，process_name存放进程名称，next指针指向下一个分区。 //已分配分区的结构体 typedef struct Allocate_Block { int pid; int size; int start_addr; char process_name[PROCESS_NAME_LEN]; struct Allocate_Block *next; } Allocate_Block; 2、模块说明 2.1 初始化模块 对内存空间进行初始化，初始情况内存空间为空，但是要设置内存的最大容量，该内存空间的首地址，以便之后新建进程的过程中使用。当空闲分区初始化
第四章存储管理 1. C存储管理支持多道程序设计，算法简单，但存储碎片多。 A. 段式 B. 页式 C. 固定分区 D. 段页式 2.虚拟存储技术是 B 。 A. 补充内存物理空间的技术 B. 补充相对地址空间的技术 C. 扩充外存空间的技术 D. 扩充输入输出缓冲区的技术 3.虚拟内存的容量只受 D 的限制。 A. 物理内存的大小 B. 磁盘空间的大小 C. 数据存放的实际地址 D. 计算机地址位数 4.动态页式管理中的 C 是：当内存中没有空闲页时，如何将已占据的页释放。 A. 调入策略 B. 地址变换 C. 替换策略 D. 调度算法 5.多重分区管理要求对每一个作业都分配 B 的内存单元。 A. 地址连续 B. 若干地址不连续 C. 若干连续的帧 D. 若干不连续的帧 6.段页式管理每取一数据，要访问 C 次内存。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 7.分段管理提供 B 维的地址结构。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 8.系统抖动是指 B。 A. 使用计算机时，屏幕闪烁的现象 B. 刚被调出内存的页又立刻被调入所形成的频繁调入调出的现象 C. 系统盘不干净，操作系统不稳定的现象 D. 由于内存分配不当，造成内存不够的现象 9.在 A中，不可能产生系统抖动现象。 A. 静态分区管理 B. 请求分页式管理 C. 段式存储管理 D. 段页式存储管理 10.在分段管理中 A 。 A. 以段为单元分配，每段是一个连续存储区 B. 段与段之间必定不连续 C. 段与段之间必定连续 D. 每段是等长的 11.请求分页式管理常用的替换策略之一有 A 。 A. LRU B. BF C. SCBF D. FPF 12.可由CPU调用执行的程序所对应的地址空间为 D 。 A. 名称空间 B. 虚拟地址空间 C. 相对地址空间 D. 物理地址空间 13. C 存储管理方式提供二维地址结构。 A. 固定分区 B. 分页
4-4 linux内存管理子系统 4-4-1 linux内存管理（参考课件） 物理地址：cpu地址总线上寻址物理内存的地址信号，是地址变换的最终结果 逻辑地址：程序代码经过编译后，出现在汇编程序中的地址（程序设计时使用的地址） 线性地址：又名虚拟地址，32位cpu架构下4G地址空间 CPU要将一个逻辑地址转换为物理地址，需要两步： 1、首先CPU利用段式内存管理单元，将逻辑地址转换成线性地址； 2、再利用页式内存管理单元，把线性地址最终转换为物理地址 相关公式： 逻辑地址=段基地址+段内偏移量(段基地址寄存器+段偏移寄存器)（通用的） 16位CPU：逻辑地址=段基地址+段内偏移量(段基地址寄存器+段偏移寄存器) 线性地址=段寄存器的值×16+逻辑地址的偏移部分 物理地址=线性地址（没有页式管理） 32位CPU：逻辑地址=段基地址+段内偏移量(段基地址寄存器+段偏移寄存器) 线性地址=段寄存器的值+逻辑地址的偏移部分 物理地址<——>线性地址（mapping转换） ARM32位：逻辑地址=段基地址+段内偏移量(段基地址寄存器+段偏移寄存器) 逻辑地址=段内偏移量（段基地址为0） 线性地址=逻辑地址=段内偏移量（32位不用乘以32） 物理地址<——>线性地址（mapping转换） ************************!!以下都是x86模式下!!********************************* 一、段式管理 1.1、16位CPU：（没有页式管理） 1.1.1、段式管理的由来： 16位CPU内部有20位地址总线，可寻址2的20次方即1M的内存空间，但16位CPU 只有16位的寄存器，因此只能访问2的16次方即64K。因此就采用了内存分段的管理模式，在CPU内部加入了段寄存器，这样1M被分成若干个逻辑段，每个逻辑段的要求如下： 1、逻辑段的起始地址（段地址）必须是16的整数倍，即最后4个二进制位须全是0 (因此不必保存)。 2、逻辑段的最大容量为64K。 1.1.2、物理地址的形成方式： 段地址：将段寄存器中的数值左移4位补4个0（乘以16），得到实际的段地址。 段偏移：在段偏移寄存器中。 1）逻辑地址=段基地址+段内偏移量(段基地址寄存器+段偏移寄存器) 2）由逻辑地址得到物理地址的公式为：（因为没有页式管理，所以这一步就得到了物理地址）物理地址PA=段寄存器的值×16+逻辑地址的偏移部分(注意!!)(段与段可能会重叠)
操作系统存管理 1. 存管理方法 存管理主要包括虚地址、地址变换、存分配和回收、存扩充、存共享和保护等功能。 2. 连续分配存储管理方式 连续分配是指为一个用户程序分配连续的存空间。连续分配有单一连续存储管理和分区式储管理两种方式。 2.1 单一连续存储管理 在这种管理方式中，存被分为两个区域：系统区和用户区。应用程序装入到用户区，可使用用户区全部空间。其特点是，最简单，适用于单用户、单任务的操作系统。CP／M和DOS 2．0以下就是采用此种方式。这种方式的最大优点就是易于管理。但也存在着一些问题和不足之处，例如对要求存空间少的程序，造成存浪费；程序全部装入，使得很少使用的程序部分也占用—定数量的存。
2.2 分区式存储管理 为了支持多道程序系统和分时系统，支持多个程序并发执行，引入了分区式存储管理。分区式存储管理是把存分为一些大小相等或不等的分区，操作系统占用其中一个分区，其余的分区由应用程序使用，每个应用程序占用一个或几个分区。分区式存储管理虽然可以支持并发，但难以进行存分区的共享。 分区式存储管理引人了两个新的问题：碎片和外碎片。 碎片是占用分区未被利用的空间，外碎片是占用分区之间难以利用的空闲分区(通常是小空闲分区)。 为实现分区式存储管理，操作系统应维护的数据结构为分区表或分区链表。表中各表项一般包括每个分区的起始地址、大小及状态(是否已分配)。 分区式存储管理常采用的一项技术就是存紧缩(compaction)。
2.2.1 固定分区(nxedpartitioning)。 固定式分区的特点是把存划分为若干个固定大小的连续分区。分区大小可以相等：这种作法只适合于多个相同程序的并发执行(处理多个类型相同的对象)。分区大小也可以不等：有多个小分区、适量的中等分区以及少量的大分区。根据程序的大小，分配当前空闲的、适当大小的分区。 优点：易于实现，开销小。 缺点主要有两个：碎片造成浪费；分区总数固定，限制了并发执行的程序数目。 2.2.2动态分区(dynamic partitioning)。 动态分区的特点是动态创建分区：在装入程序时按其初始要求分配，或在其执行过程过系统调用进行分配或改变分区大小。与固定分区相比较其优点是：没有碎片。但它却引入了另一种碎片——外碎片。动态分区的分区分配就是寻找某个空闲分区，其大小需大于或等于程序的要求。若是大于要求，则将该分区分割成两个分区，其中一个分区为要
内存管理模拟 实验目标： 本实验的目的是从不同侧面了解Windows 2000／XP 对用户进程的虚拟内存空间的管理、分配方法。同时需要了解跟踪程序的编写方法(与被跟踪程序保持同步，使用Windows提供的信号量)。对Windows分配虚拟内存、改变内存状态，以及对物理内存(physical memory)和页面文件(pagefile)状态查询的API 函数的功能、参数限制、使用规则要进一步了解。 默认情况下，32 位Windows 2000／XP 上每个用户进程可以占有2GB 的私有地址空间，操作系统占有剩下的2GB。Windows 2000／XP 在X86 体系结构上利用二级页表结构来实现虚拟地址向物理地址的变换。一个32 位虚拟地址被解释为三个独立的分量——页目录索引、页表索引和字节索引——它们用于找出描述页面映射结构的索引。页面大小及页表项的宽度决定了页目录和页表索引的宽度。 实验要求： 使用Windows 2000／XP 的API 函数，编写一个包含两个线程的进程，一个线程用于模拟内存分配活动，一个线程用于跟踪第一个线程的内存行为，而且要求两个线程之间通过信号量实现同步。模拟内存活动的线程可以从一个文件中读出要进行的内存操作，每个内存操作包括如下内容： 时间：操作等待时间。 块数：分配内存的粒度。 操作：包括保留(reserve)一个区域、提交(commit)一个区域、释放(release)一个区域、回收(decommit)一个区域和加锁(lock)与解锁(unlock)一个区域，可以将这些操作编号存放于文件。保留是指保留进程的虚拟地址空间，而不分配物理 存储空间。提交在内存中分配物理存储空间。回收是指释放物理内存空间，但在虚拟地址空间仍然保留，它与提交相对应，即可以回收已经提交的内存块。释放是指将物理存储和虚拟地址空间全部释放，它与保留(reserve)相对应，即可以释放已经保留的内存块。 大小：块的大小。 访问权限：共五种，分别为PAGE_READONLY,PAGE_READWRITE ，PAGE_EXECUTE，PAGE_EXECUTE_READ 和PAGE EXETUTE_READWRITE。可以将这些权限编号存放于文件中跟踪线程将页面大小、已使用的地址范围、物理内存总量，以及虚拟内存总量等信息显示出来。
一页式管理 1 页式管理的基本原理将各进程的虚拟空间划分成若干个长度相等的页(page)，页式管理把内存空间按页的大小划分成片或者页面（page frame），然后把页式虚拟地址与内存地址建立一一对应页表，并用相应的硬件地址变换机构，来解决离散地址变换问题。页式管理采用请求调页或预调页技术实现了内外存存储器的统一管理。 它分为 1 静态页式管理。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。静态页式管理解决了分区管理时的碎片问题。但是，由于静态页式管理要求进程或作业在执行前全部装入内存，如果可用页面数小于用户要求时，该作业或进程只好等待。而且作业和进程的大小仍受内存可用页面数的限制。 2 动态页式管理。动态页式管理是在静态页式管理的基础上发展起来的。它分为请求页式管理和预调入页式管理。 优点：没有外碎片，每个内碎片不超过页大小。一个程序不必连续存放。便于改变程序占用空间的大小（主要指随着程序运行而动态生成的数据增多，要求地址空间相应增长，通常由系统调用完成而不是操作系统自动完成）。 缺点：程序全部装入内存。 要求有相应的硬件支持。例如地址变换机构，缺页中断的产生和选择淘汰页面等都要求有相应的硬件支持。这增加了机器成本。增加了系统开销，例如缺页中断处理机，请求调页的算法如选择不当，有可能产生抖动现象。虽然消除了碎片，但每个作业或进程的最后一页内总有一部分空间得不到利用果页面较大，则这一部分的损失仍然较大。 二段式管理的基本思想 把程序按内容或过程（函数）关系分成段，每段有自己的名字。一个用户作业或进程所包含的段对应一个二维线形虚拟空间，也就是一个二维虚拟存储器。段式管理程序以段为单位分配内存，然后通过地址影射机构把段式虚拟地址转换为实际内存物理地址。 程序通过分段(segmentation)划分为多个模块，如代码段、数据段、共享段。其优点是：可以分别编写和编译。可以针对不同类型的段采取不同的保护。可以按段为单位来进行共享，包括通过动态链接进行代码共享。 三段页式管理的实现原理 1 虚地址的构成 一个进程中所包含的具有独立逻辑功能的程序或数据仍被划分为段，并有各自的段号s。这反映相继承了段式管理的特征。其次，对于段s中的程序或数据，则按照一定的大小将其划分为不同的页。和页式系统一样，最后不足一页的部分仍占一页。这反映了段页式管理中的页式特征。从而，段页式管理时的进程的虚拟地址空间中的虚拟地址由三部分组成：即段号s，页号P和页内相对地址d。虚拟空间的最小单位是页而不是段，从而内存可用区也就被划分成为着干个大小相等的页面，且每段所拥有的程序和数据在内存中可以分开存放。分段的大小也不再受内存可用区的限制。 2 段表和页表
引子 为什么要写这个笔记： 1，这本书的中文版翻译了太垃圾，没法阅读。阅读英文原版，可以很好的理解作者的思路。作此笔记备忘 2，一直以来学习LINUX kernel的知识缺乏系统化，借对这本书的学习，系统化的学习一下LINUX kernel。 3，自己一直在做一个too small，too simple的单进程，特权模式，64bit保护模式的称不上OS的ＯＳ，已经做完了bootloader, 构思kernel的实现的时候，困惑在内存管理的实现上，阅读这本书，希望能有利于自己的OS的编写。 4，克服惰性，多读书，希望一天能阅读5页，争取半年内阅读完这本原版700多页的巨著。 不足： 我不可能完全理解LINUX 内存管理的精髓，肯定有很多地方理解错误。希望大家能够指正，以便提高，谢谢。 学习方法： 可能您第一次阅读的时候很多地方都不理解，不用担心。那您可能需要阅读一些文件系统的知识。 或者阅读全部笔记后，再回头阅读，有些地方您就理解了。 言归正传： 一、概要 可用工具 CodeViz: 生成代码调用关系图的工具，这个工具我现在还没有去使用，有兴趣的可以自己试试去建立调用关系图。 http://www.csn.ul.ie/~mel/projects/codeviz/ Linux cross reference (LXR): 以web的方式阅读和查找LINUX内核源代码的工具。这个工具安装相当麻烦，我建议直接到它的官方网站直接读代码。 http://lxr.linux.no/linux+v2.6.24/ 模块 LINUX内存管理代码模块主要分为4个部分： 1.Out of memory 代码在mm/oom_kill.c 貌似用于杀进程的时候对内存的操作 2.虚拟内存的分配代码在mm/vmalloc.c
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 内存分段和请求式分页 在深入i386架构的技术细节之前，让我们先返回1978年，那一年Intel 发布了PC处理器之母：8086。我想将讨论限制到这个有重大意义的里程碑上。如果你打算知道更多，阅读Robert L.的80486程序员参考（Hummel 1992）将是一个很棒的开始。现在看来这有些过时了，因为它没有涵盖Pentium处理器家族的新特性；不过，该参考手册中仍保留了大量i386架构的基本信息。尽管8086能够访问1MB RAM的地址空间，但应用程序还是无法“看到”整个的物理地址空间，这是因为CPU寄存器的地址仅有16位。这就意味着应用程序可访问的连续线性地址空间仅有64KB，但是通过16位段寄存器的帮助，这个64KB大小的内存窗口就可以在整个物理空间中上下移动，64KB逻辑空间中的线性地址作为偏移量和基地址（由16位的段寄存器给处）相加，从而构成有效的20位地址。这种古老的内存模型仍然被最新的Pentium CPU支持，它被称为：实地址模式，通常叫做：实模式。 80286 CPU引入了另一种模式，称为：受保护的虚拟地址模式，或者简单的称之为：保护模式。该模式提供的内存模型中使用的物理地址不再是简单的将线性地址和段基址相加。为了保持与8086和80186的向后兼容，80286仍然使用段寄存器，但是在切换到保护模式后，它们将不再包含物理段的地址。替代的是，它们提供了一个选择器（selector），该选择器由一个描述符表的索引构成。描述符表中的每一项都定义了一个24位的物理基址，允许访问16MB RAM，在当时这是一个很不可思议的数量。不过，80286仍然是16位CPU，因此线性地址空间仍然被限制在64KB。 1985年的80386 CPU突破了这一限制。该芯片最终砍断了16位寻址的锁链，将线性地址空间推到了4GB，并在引入32位线性地址的同时保留了基本的选择器/描述符架构。幸运的是，80286的描述符结构中还有一些剩余的位可以拿来使用。从16位迁移到32位地址后，CPU的数据寄存器的大小也相应的增加了两倍，并同时增加了一个新的强大的寻址模型。真正的32位的数据和地址为程序员带了实际的便利。事实上，在微软的Windows平台真正完全支持32位模型是在好几年之后。Windows NT的第一个版本在1993年7月26日发布，实现了真正意义上的Win32 API。但是Windows 3.x程序员仍然要处理由独立的代码和数据段构成的64KB内存片，Windows NT提供了平坦的4GB地址空间，在那儿可以使用简单的32位指针来寻址所有的代码和数据，而不需要分段。在内部，当然，分段仍然在起作用，就像我在前面提及的那样。不过管理段的所有责任都被移给了操作系统。 精心整理西安邮电大学 （计算机学院） 课内实验报告 1. （1 （2 （3 原因，写出实验报告。 2.实验要求： 1）掌握内存分配FF，BF，WF策略及实现的思路； 2）掌握内存回收过程及实现思路； 3）参考本程序思路，实现内存的申请、释放的管理程序，调试运行，总结程序设计中出现的问题并找出原因，写出实验报告。 3.实验过程： 创建进程： 删除其中几个进程：(默认以ff首次适应算法方式排列) Bf最佳适应算法排列方式： wf最差匹配算法排列方式： 4.实验心得： 明 实验中没有用到循环首次适应算法，但是对其他三种的描述还是很详细，总的来说，从实验中还是学到了很多。 5.程序源代码： #include #define PROCESS_NAME_LEN 32 //进程名长度 #define MIN_SLICE 10 //最小碎片的大小#define DEFAULT_MEM_SIZE 1024 //内存大小 #define DEFAULT_MEM_START 0 //起始位置 /*内存分配算法*/ #define MA_FF 1 #define MA_BF 2 #define MA_WF 3 /*描述每一个空闲块的数据结构*/ struct free_block_type { }; /* /* { }; /* /* void display_menu(); int set_mem_size(); void set_algorithm(); void rearrange(int algorithm); int rearrange_WF(); int rearrange_BF(); int rearrange_FF(); int new_process(); int allocate_mem(struct allocated_block *ab); 同组同学学号： 同组同学姓名： 实验日期：交报告日期： 实验(No. 4 )题目：编程与调试：内存管理 实验目的及要求： 实验目的： 操作系统的发展使得系统完成了大部分的内存管理工作，对于程序员而言，这些内存管理的过程是完全透明不可见的。因此，程序员开发时从不关心系统如何为自己分配内存，而且永远认为系统可以分配给程序所需的内存。在程序开发时，程序员真正需要做的就是：申请内存、使用内存、释放内存。其它一概无需过问。本章的3个实验程序帮助同学们更好地理解从程序员的角度应如何使用内存。 实验要求： 练习一：用vim编辑创建下列文件，用GCC编译工具，生成可调试的可执行文件，记录并分析执行结果，分析遇到的问题和解决方法。 练习二：用vim编辑创建下列文件，用GCC编译工具，生成可调试的可执行文件，记录并分析执行结果。 练习三：用vim编辑创建下列文件，用GCC编译工具，生成可调试的可执行文件，记录并分析执行结果。 改编实验中的程序，并运行出结果。 实验设备：多媒体电脑 实验内容以及步骤： 在虚拟机中编写好以下程序： #include 计算机操作系统试题 一填空： 1．操作系统为用户提供三种类型的使用接口，它们是命令方式和系统调用和图形用户界面。 2．主存储器与外围设备之间的数据传送控制方式有程序直接控制、中断驱动方式、DMA方式和通道控制方式。 3．在响应比最高者优先的作业调度算法中，当各个作业等待时间相同时，运行时间短的作业将得到优先调度；当各个作业要求运行的时间相同时，等待时间长的作业得到优先调度。 4．当一个进程独占处理器顺序执行时，具有两个特性：封闭性和可再现性。 5．程序经编译或汇编以后形成目标程序，其指令的顺序都是以零作为参考地址，这些地址称为逻辑地址。 6．文件的逻辑结构分流式文件和记录式文件二种。 7．进程由程度、数据和FCB组成。 9．操作系统是运行在计算机裸机系统上的最基本的系统软件。11．文件系统中，用于文件的描述和控制并与文件一一对应的是文件控制块。 12．段式管理中，以段为单位，每段分配一个连续区。由于各段长度不同，所以这些存储区的大小不一，而且同一进程的各段之间不要求连续。 13．逻辑设备表（LUT）的主要功能是实现设备独立性。 17．文件的物理结构分为顺序文件、索引文件和索引顺序文件。18．所谓设备控制器，是一块能控制一台或多台外围设备与CPU并行工作的硬件。 20分页管理储管理方式能使存储碎片尽可能少，而且使存利用率较高，管理开销小。 20.计算机操作系统是方便用户、管理和控制计算机软硬件资源的系统软件。 21.操作系统目前有五大类型：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。 22.按文件的逻辑存储结构分，文件分为有结构文件，又称为记录式文件和无结构文件，又称流式文件。 23.主存储器与外围设备之间的信息传送操作称为输入输出操作。 24、在设备管理中，为了克服独占设备速度较慢、降低设备资源利用率的缺点，引入了虚拟分配技术，即用共享设备模拟独占设备。 25、常用的存管理方法有分区管理、页式管理、段式管理和段页 式管理。 26、动态存储分配时，要靠硬件地址变换机构实现重定位。 27、在存储管理中常用虚拟存储器方式来摆脱主存容量的限制。 28、在请求页式管理中，当硬件变换机构发现所需的页不在存时，产生缺页中断信号，中断处理程序作相应的处理。 30、在段页式存储管理系统中，面向用户的地址空间是段式划分，面向物理实现的地址空间是页式划分。 操作系统内存管理 1. 内存管理方法 内存管理主要包括虚地址、地址变换、内存分配和回收、内存扩充、内存共享和保护等功能。 2. 连续分配存储管理方式 连续分配是指为一个用户程序分配连续的内存空间。连续分配有单一连续存储管理和分区式储管理两种方式。 2.1 单一连续存储管理 在这种管理方式中，内存被分为两个区域：系统区和用户区。应用程序装入到用户区，可使用用户区全部空间。其特点是，最简单，适用于单用户、单任务的操作系统。CP ／M和DOS 2．0以下就是采用此种方式。这种方式的最大优点就是易于管理。但也存在着一些问题和不足之处，例如对要求内存空间少的程序，造成内存浪费；程序全部装入，使得很少使用 的程序部分也占用—定数量的内存。 2.2 分区式存储管理 为了支持多道程序系统和分时系统，支持多个程序并发执行，引入了分区式存储管理。分区式存储管理是把内存分为一些大小相等或不等的分区，操作系统占用其中一个分区，其余的分区由应用程序使用，每个应用程序占用一个或几个分区。分区式存储管理虽然可以支持并发，但难以进行内存分区的共享。 分区式存储管理引人了两个新的问题：内碎片和外碎片。 内碎片是占用分区内未被利用的空间，外碎片是占用分区之间难以利用的空闲分区(通常是小空闲分区)。 为实现分区式存储管理，操作系统应维护的数据结构为分区表或分区链表。表中各表项一般包括每个分区的起始地址、大小及状态(是否已分配)。 分区式存储管理常采用的一项技术就是内存紧缩 (compaction)。 2.2.1 固定分区(nxedpartitioning)。 固定式分区的特点是把内存划分为若干个固定大 小的连续分区。分区大小可以相等：这种作法只适合于多个相同程序的并发执行(处理多个类型相同的对象)。分区大小也可以不等：有多个小分区、适量的中等分区以及少量的大分区。根据程序的大小，分配当前空闲的、适当大小的分区。 优点：易于实现，开销小。 缺点主要有两个：内碎片造成浪费；分区总数固定，限制了并发执行的程序数目。 2.2.2动态分区(dynamic partitioning)。 动态分区的特点是动态创建分区：在装入程序时按其初始要求分配，或在其执行过程中通过系统调用进行分配或改变分区大小。与固定分区相比较其优点是：没有内碎片。但它却引入了另一种碎片——外碎片。动态分区的分区分配就是寻找某个空闲分区，其大小需大于或等于程序的要求。 操作系统课程设计 实验报告 学院：信息学院 班级：计1109班 姓名：林海慧 学号：XXXXXXXXXXXXX 指导老师：XXXX 实验三、内存管理 一、[问题描述] 设计一个请求页式存储管理方案，为简单起见。页面淘汰算法采用FIFO页面淘汰算法，并且在淘汰一页时，只将该页在页表中修改状态位。而不再判断它是否被改写过，也不将它写回到辅存。 二、[基本要求] 页面尺寸1K，输入进程大小（例如5300bytes），对页表进行初始化, 页表结构： ，块号分别为0、1、2，页框管理表（空闲块表）： 任意输入一个需要访问的指令地址流（例如：3635、3642、1140、0087、1700、5200、4355，输入负数结束），打印页表情况。 每访问一个地址时，首先要计算该地址所在的页的页号，然后查页表，判断该页是否在主存——如果该页已在主存，则打印页表情况；如果该页不在主存且页框未满，则调入该页并修改页表，打印页表情况；如果该页不在主存且页框已满，则按FIFO页面淘汰算法淘汰一页后调入所需的页，修改页表，打印页表情况； 存储管理算法的流程图如下： 三、源代码 #include int BNumber; //物理块号 int Count; //计数器，在内存驻留时间 bool State; //状态位 } ; PageB Page[6]={{0,-1,0,false},{1,-1,0,false},{2,-1,0,false},{3,-1,0,false},{4,-1,0,false},{5,-1,0,false}}; int queye=0; struct Physical{ int BNumber; //物理块号 int State; //状态位 }Physical[3]={{0,0},{1,0},{2,0}}; int MaxSzie, MaxCount = 0; bool IsInPage(int P)//判断是否在内存 { int i=0; int flag=0; for (i = 0; i <= 5; i++) { if (Page[i].PNumber == P && Page[i].State == true) { printf("\n页在主存，打印页表:"); printf("\n页号：%d 物理块号：%d 状态：%d(true)",Page[i].PNumber,Page[i].BNumber,Page[i].State); flag=1; } } if(flag==1) return true; else return false; } void FIFO(int P)//FIFO页面置换算法 { int i, j, k; int BNumber;//暂存物理块号 for(i = 0; i <= 5; i++) { if (Page[i].PNumber == P && Page[i].State == false) { printf("页号%d在辅存\n",P); //分配给该进程的物理块均被占 1 《unix 操作系统教程》课程实验报告 实验名称 Linux 内存管理实验 实验序号 5 姓 名 系院专业 班 级 学 号 实验日期 2012.11.28 指导教师 成 绩 一、实验目的 1. 通过在Linux 环境下对内存管理的基本操作，感性认识Linux 如何对内存进行管理。 2. 利用readelf 和objdump 观测 linux 下的内存地址映射过程以及进程的虚拟地址空间。 二、实验内容与要求 (1)按照实验内容完成实验操作步骤，学习内存管理中的一些常用命令 (2)理解linux 中逻辑地址、线性地址的概念。 (3)提交实验报告。 三、实验设备 地点： 实验实训中心A4-2 设备：计算机一台 linux 操作系统 2 四、实验步骤与测试 实验一 free 命令显示显示内存的使用情况(使用的和空闲的)，包括物理内存、交换区内存、内核缓冲区内存。不包括共享内存。free 命令默认选项为-k 语法: free [-bkmotV] [-s <间隔秒数>]选项介绍: -b: 以Byte 为单位显示内存使用情况; -k: 以KB 为单位显示内存使用情况; -m: 以MB 为单位显示内存使用情况; -o: 不显示缓冲区调节列; -s<间隔秒数>: 每间隔指定时间执行一次free 命令; -t: 显示内存总和列; -V: 显示版本信息; （1）free -k: 以KB 为单位显示内存使用情况; 解释：total: 内存总量: 3355508(k) used: 已经使用的内存量: 490664(k) free: 空闲的内存量: 2864844(k) shared: 当前已经废弃不用，总量是0(k) buffers: 25164（k) Buffer Cache 内存量: 263480(k) cached: Page Cache 内存量: 21436(k) （2）free –m -s 5:以M 为单位，5秒显示以下内存信息 解释：以上为每隔5秒显示内存信息，由以上图可知：两次内存使用情况没有变化。 （3）free -o: 不显示缓冲区调节列; 解释：由以上可知Buffer Cache 这一列没有显示出来。 （4）free -t: 显示内存总和列;操作系统内存管理原理
操作系统实验内存分配
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