操作系统实验报告——存储管理.doc

存储管理实验报告实验序号：02 实验项目名称：存储管理学号姓名专业、班实验地点指导教师时间一、实验目的1理解内存分配原理，特别是页式虚拟内存分配（4.4 请求分页存储管理）方法。2了解Windows 2000/XP的内存管理机制，掌握页式虚拟存储技术。3掌握Windows 2000/XP中内存管理基本API的使用方法。二、实验环境Windows 2000/XP+VC6.0三、实验内容1、在程序中，用一个线程模拟各种虚存活动，如虚存的保留、提交等。2、用一个监控线程实时监控系统当前的虚存操作，并在控制台输出虚存操作信息。要求监控线程与模拟虚存活动的线程保持同步，即模拟线程出现模拟活动，监控线程应立即监控到该活动的信息。3、在用监控线程监控内存活动的同时，汇报整个存储系统的使用情况。四、设计思路和流程框图1程序结构(1) main函数用_beginthreadex函数启动两个线程。(2) simulator线程(模拟内存分配)随机地进行各种虚存操作，包括虚存的保留与提交、虚存的注销、虚存的注销并释放虚存空间、改变虚拟内存页的保护、锁定虚拟内存页和虚存的保留。每个活动完成后，程序的全局变量Actnum被设置为一个特定的整数值。线程随即被阻塞直至Actnum被置回零。(3) inspector线程(跟踪内存分配活动)该线程通过Actnum的值获得上一个虚存动作的类型，并通过BASE_PTR的值获得该动作发生的虚存地址，并输出相关信息。最后，设置Actnum为零，通知模拟线程继续下一次动作，实现两线程的同步。程序的主线程派生上述两个主要线程后，就处于等待状态。用户此时可以观察模拟和监控线程的活动，也可以键入任意键结束程序的运行。2. 数据结构（1）指示器ActnumActnun初值为0。Actnun为0时，模拟线程处于活动状态，在一个随机数的控制下，模拟线程进行各种虚存活动。当一个模拟活动成功完成，模拟线程会设置指示器Actnum为一个非0的值并自动阻塞直到Actnun被置回为0。Actnun为非0时，监控线程处于活动状态，并通过Actnum的值确定动作的类型，并通过全局变量BASE_PTR获得该动作发生的虚存地址。监控线程完成对该动作的监控后，再设置Actnun为0，然后模拟线程再开始活动。(2) 地址指针BASE_PTR这个指针在进行虚存分配时用于记录返回的虚存的起始地址。它是由虚存分配函数VirtualAlloc来赋予虚存的起始地址的。五、源程序（含注释）清单#include #include #include #include unsigned _stdcall simulator(void *);unsigned _stdcall inspector(void *);LPVOID BASE_PTR;int Actnum=0;/主函数，主要是用于启动用于模拟虚存活动和进行监控的两个线程；int main(int argc, char* argv)unsigned ThreadID2;_beginthreadex(NULL,0,simulator,NULL,0,&ThreadID0);_beginthreadex(NULL,0,inspector,NULL,0,&ThreadID1);getchar();/输入回车即可终止程序；return 0;/模拟一系列的虚存活动，作为一个独立的线程运行；unsigned _stdcall simulator(void *) DWORD OldProtect; int randnum; printf(Now the simulator procedure has been started.n); /产生一个随机数种子； srand( (unsigned)time( NULL ) ); /在一个死循环中，用随机数控制，不断进行虚存操作活动； while(1) Sleep(500);/控制整个模拟和监控的速度； while (Actnum!=0) Sleep(500);/等待，直到监控线程捕捉到上一个模拟动作后再继续下一个动作； randnum=7&rand(); switch(randnum)/注意各个动作中的虚存指针均使用BASE_PTR;它在过程中由虚存分配 /函数动态调整,如果某动作不成功，则将不会被监控线程监控到； case 0: if (BASE_PTR=VirtualAlloc(NULL,1024*32,MEM_RESERVE|MEM_COMMIT, PAGE_READWRITE) Actnum=1;/虚存的保留与提交; break; case 1: if (VirtualFree(BASE_PTR,1024*32,MEM_DECOMMIT) Actnum=2;/虚存的注销; break; case 2: if (VirtualFree(BASE_PTR,0,MEM_RELEASE) Actnum=3;/虚存的注销并释放虚存空间; break; case 3: if (VirtualProtect(BASE_PTR,1024*32,PAGE_READONLY,&OldProtect) Actnum=4;/改变虚拟内存页的保护; break; case 4: if (VirtualLock(BASE_PTR,1024*12) Actnum=5;/锁定虚拟内存页; break; case 5: if (BASE_PTR=VirtualAlloc(NULL,1024*32,MEM_RESERVE,PAGE_READWRITE) Actnum=6;/虚存的保留; break; default: break; /end of switch /end of while return 0;/通过一个全局的变量来监视另一模拟线程的模拟活动，并通过适当的信息/查询函数，将存储的使用和活动情况打出报告；unsigned _stdcall inspector(void *)int QuOut=0;char para13000;MEMORYSTATUS Vmeminfo;char tempstr100;MEMORY_BASIC_INFORMATION inspectorinfo1;int structsize = sizeof(MEMORY_BASIC_INFORMATION);printf(Hi , now inspector begin to workn);/在一个死循环中不断通过一个全局变量（监视器），来监控模拟线程是否/有新的动作，如果有，通过的API函数将相应虚存处(通过共用BASE_PTR/实现)的信息进行检查，从而验证该动作对存储使用的影响；while(1) Sleep(1000); if(Actnum!=0) /通过全局变量（监视器）Actnum,来获取上一个虚存动作的类型 /并相应构造监控信息的头部； switch(Actnum) case 1: memset (&inspectorinfo1, 0, structsize); VirtualQuery(LPVOID)BASE_PTR,&inspectorinfo1,structsize); strcpy(para1,目前执行动作：虚存的保留与提交n); break; case 2: memset (&inspectorinfo1, 0, structsize); VirtualQuery(LPVOID)BASE_PTR,&inspectorinfo1,structsize); strcpy(para1,目前执行动作：虚存的除配n); break; case 3: memset (&inspectorinfo1, 0, structsize); VirtualQuery(LPVOID)BASE_PTR,&inspectorinfo1,structsize); strcpy(para1,目前执行动作：虚存的除配并释放虚存空间n); break; case 4: memset (&inspectorinfo1, 0, structsize); VirtualQuery(LPVOID)BASE_PTR,&inspectorinfo1,structsize); strcpy(para1,目前执行动作：改变虚拟内存页的保护n); break; case 5: memset (&inspectorinfo1, 0, structsize); VirtualQuery(LPVOID)BASE_PTR,&inspectorinfo1,structsize); strcpy(para1,目前执行动作：锁定虚拟内存页n); break; case 6: memset (&inspectorinfo1, 0, structsize); VirtualQuery(LPVOID)BASE_PTR,&inspectorinfo1,structsize); strcpy(para1,目前执行动作：虚存的保留n); break; default: break; /实时显示固定格式的相关材料；通过目前监控到的动作所发生 /的虚存地址，监控该活动对相应存储空间的影响； sprintf(tempstr,开始地址：0X%xn,inspectorinfo1.BaseAddress); strcat(para1,tempstr); sprintf(tempstr,区块大小(目前指针处向前同一属性的块)：0X%xn,inspectorinfo1.RegionSize); strcat(para1,tempstr); sprintf(tempstr,目前状态：0X%xn,inspectorinfo1.State); strcat(para1,tempstr); sprintf(tempstr,分配时访问保护:0X%xn,inspectorinfo1.AllocationProtect); strcat(para1,tempstr); sprintf(tempstr,当前访问保护:0X%xn,inspectorinfo1.Protect); strcat(para1,tempstr); strcat(para1,(状态:10000代表未分配 ;1000代表提交 ;2000代表保留; )n); strcat(para1,(保护方式:0代表其它;1代表禁止访问;2代表只读;4代表读写;n10代表可执); strcat(para1, 行;20代表可读和执行; 40代表可读写和执行;)n*n); /全局信息，报告目前系统和当前进程的存储使用总体情况； GlobalMemoryStatus(&Vmeminfo); strcat(para1,当前整体存储统计如下n); sprintf(tempstr,物理内存总数：%d(BYTES)n,Vmeminfo.dwTotalPhys); strcat(para1,tempstr); sprintf(tempstr,可用物理内存数：%d(BYTES)n,Vmeminfo.dwAvailPhys); strcat(para1,tempstr); sprintf(tempstr,页面文件总数：%d(BYTES)n,Vmeminfo.dwTotalPageFile); strcat(para1,tempstr); sprintf(tempstr,可用页面文件数：%d(BYTES)n,Vmeminfo.dwAvailPageFile); strcat(para1,tempstr); sprintf(tempstr,虚存空间总数：%d(BYTES)n,Vmeminfo.dwTotalVirtual); strcat(para1,tempstr); sprintf(tempstr,可用虚存空间数：%d(BYTES)n,Vmeminfo.dwAvailVirtual); strcat(para1,tempstr); sprintf(tempstr,物理存储使用负荷:%dnnnn,Vmeminfo.dwMemoryLoad); strcat(para1,tempstr); printf(%s,para1);/显示报告内容 /(这里可以同时将报告内容记录进日志文件)； Actnum=0;/通知模拟线程可以进行下一个模拟动作； Sleep(500);/调节模拟和监控的总体速度； /for if /for whilereturn 0;六、测试结果以及实验总结问答题：1、如果调换分配、回收、内存复位、加锁、解锁、提交的顺序，会有什么变化，分析原因？答：会造成用户程序和非常驻的系统程序无法正常存储于存储器中，从而无法运行。程序在计算机内必须进入主存中才能正常运行，当其要装入主存时，首先要为安分配一个适合的存储空间。若调换上述操作的顺序，则不能有效的把程序存入主存中。且计算机内的存储空间都是有限的，只有进行了分配、回收、复位的操作后，存储空间才能被循环利用，系统才能不断的运行不同的程序，不能把操作的顺序调换。2、虚拟存储有什么优越性？答：（1）虚拟存储可以大大提高存储系统的整体访问带宽，这也是其对于视频网络系统来说最有价值的一个特点。视频网络的存储系统一般是由多个存储模块组成，而虚拟存储系统可以很好地进行负载平衡，把每一次数据访问所需要的带宽合理地分配到各个存储模块上，这样系统的整体访问带宽就增大了。例如，一个存储系统中有4个存储模块，每一个存储模块的访问带宽为50MB/s，则这个存储系统的总访问带宽就可以接近各存储模块带宽之和，即200MB/s。（2）虚拟存储提供了一个大容量存储系统的集中管理手段，由网络中的一个环节 (如服务器)进行统一管理，避免了由于存储设备扩充而带来的管理方面的麻烦。例如，使用一般的存储系统，当在增加新的存储设备时，整个系统(包括网络中的诸多用户设备)都需要重新进行繁琐的配置工作，这样才可以使这个新成员加入到存储系统中。而使用虚拟存储技术，在增加新的存储设备时，只需要网络管理员对存储系统进行较为简单的系统配置更改，客户端无需任何操作、只是感到存储系统的容量增大了。（3）虚拟存储技术为存储资源管理提供了更好的灵活性。它可以将不同类型的存储设备集中管理使用，保障了用户以往购买存储设备的投资。（3）相关函数及其属性的含义。Beginthreadex函数功能：创建新线程函数原型：unsigned long _beginthreadex返回值：0Sleep函数功能：对于指定的时间间隔挂起当前的执行线函数原型：VOID Sleep(DWORD dwMilliseconds); 返回值：无 VirtualAlloc函数功能：在调用进程的虚拟地址中保留、提交或保留且提交内存区域。 函数原型： LPVOID VirtualAlloc (LPVOID lpAddress, DWORD dwSize, DWORD flAllocationType, DWORD flProtect); 函数参数： lpAddress：待分配空间的起始地址。若指定的内存被保留，指定的地址将四舍五入到下一个64K边界；若指定的内存被保留且被提交，指定的地址将四舍五入到下一个页面边界。若为NULL，则由系统决定分配区域的地址。 dwSize：分配空间的大小（以字节为单位） 。flAllocationType：MEM_COMMIT 或MEM_RESERVE 或两者的组合flProtect：存取保护的类型（参考测试数据的说明部分） 。 返回值：调用成功则返回所分配页面的基址，否则返回NULL。VirtualFree函数功能：释放或注销调用进程虚拟空间中的页面。在本实验中通过指定 dw ype，对内存块进行释放（MEM_DECOMMIT）或者回收(MEM_RELEASE)的操作。 函数原型： BOOL VirtualFree (LPVOID lpAddress, DWORD dwSize, DWORD dwFreeType);函数参数： lpAddress：待释放空间的起始地址。若 dwFreeType 参数中包含 MEM_RELE该页面被保留时，这个参数必须是通过VirtualAlloc函数返回的基址。 dwSize：释放空间的大小（以字节为单位） 。若 dwFreeType参数中包含 MEM志，该参数值必须为 0。 dwFreeType：释放类型，可以是 MEM_DECOMMIT 或 MEM_RELEASE。 返回值：调用成功则返回一个非零值，否则返回 0。VirtualProtect函数功能：改变虚拟内存页的保护方式HRESULT VirtualProtect ( in void* lpAddress, in SIZE_T dwSize, in DWORD flNewProtect, out DWORD* pflOldProtect);参数： lpAddress in 一个指针，指向要更保护属性的虚拟内存的基址。dwSize in 要更改的内存页面区域的大小（以字节为单位）。flNewProtect in 要应用的内存保护的类型。pflOldProtect out 一个指针，该指针指向前一个内存保护值。VirtualLock和VirtualUnlockVirtualLock函数功能：将调用进程虚拟空间中的内存加锁。 函数原型：BOOL Vi