操作系统课程设计-存储与设备.doc

河北大学2008级操作系统学年论文（课程设计） 进程、设备、存储管理系统摘 要根据操作系统理论课上学习的操作系统中关于页式存储管理方法，实现主存空间的分配和回收、存储保护。采用先来先服务策略实现设备的分配，回收设备后，注意唤醒等待设备的进程。本论文主要阐述四部分内容，引言部分，主要说明本次操作系统课程设计的性质、教学目的、教学任务与要求、意义以及论文的结构安排；系统分析与设计部分，主要阐述系统的主要功能模块以及每个模块计划采用的实现方法和原理；系统实现部分，主要通过流程图等工具描述主要模块的实现流程；最后一部分，结束语部分，主要书写已经实现的本系统存在的不足、改进方案和在课程设计中的实际感受。关键词：操作系统进程管理存储管理设备管理 目录1 引言11.1 性质11.2 教学目的11.3 任务和要求11.4 意义11.5 论文结构安排12 系统分析与设计22.1 系统要求22.2 存储管理实现方法和原理22,2.1主存分配策略22.2.2主存回收策略32.2.3主存的模拟32.2.4 用户接口32.3 设备管理的实现方法和原理32.3.1设备的模拟42.3.2数据结构42.3.3设备分配42.3.4设备的回收42.3.5用户接口43 系统实现53.1 存储管理53.1.1全局变量与初始化53.1.2位示图的模拟（起初都为0）53.1.3地址映射过程53.1.4主存空间的分配63.1.3主存空间的回收73.1.4屏幕显示实现存储管理73.2 设备管理83.2.1设备分配表83.2.2设备分配的实现83.2.3设备的回收93.2.4设备管理实现的屏幕显示104 结束语10参考文献111 引言1.1性质 操作系统是计算机科学与技术专业的主要专业基础课和主干课。操作系统对计算机系统资源实施管理，是所有其他软件与计算机硬件的唯一接口，所有用户在使用计算机时都要得到操作系统提供的服务。1.2 教学目的通过模拟操作系统的全部或者部分功能的实现，加深对操作系统工作原理和操作系统实现方法的理解，达到联系编程的目的，提高学生运用理论知识分析问题、解决问题的能力，为学生从事科学研究和独立负担计算机及其应用方面的工作打好扎实的基础。1.3任务和要求 本次试验模拟采用多道程序设计方法的单用户操作系统，存储管理要求实现主存空间的分配、回收和存储保护。设备管理实现设备的分配以及回收。1.4意义通过模拟操作系统原理的实现，加深对操作系统工作原理和操作系统实现方法的理解，掌握了初步分析实际问题的能力，为其今后在相关领域开展工作打下坚实的基础。同时使学生系统科学地受到分析问题和解决问题的训练，提高运用理论知识解决实际问题的能力。1.5 论文结构安排本论文主要阐述四部分内容，引言部分，主要说明本次操作系统课程设计的性质、教学目的、教学任务与要求、意义以及论文的结构安排；系统分析与设计部分，主要阐述系统的主要功能模块以及每个模块计划采用的实现方法和原理；系统实现部分，主要通过流程图等工具描述主要模块的实现流程；最后一部分，结束语部分，主要书写已经实现的本系统存在的不足、改进方案和在课程设计中的实际感受。2 系统分析与设计2. 1系统要求 本系统需要实现主存空间的分配、回收和存储保护以及设备的分配与回收。2.2存储管理实现方法和原理模拟系统中，采用页式存储管理方案（PCB区域单独存放），系统区包括PCB区域、位示图。用数组模拟其他内存区域，大小为512字节。1等分内存页式存储管理将内存空间划分成等长的若干区域，每个区域的大小一般取2的整数幂，称为一个物理页面有时称为块。内存的所有物理页面从0开始编号，称作物理页号。2逻辑地址系统将程序的逻辑空间按照同样大小也划分成若干页面，称为逻辑页面也称为页。程序的各个逻辑页面从0开始依次编号，称作逻辑页号或相对页号。每个页面内从0开始编址，称为页内地址。程序中的逻辑地址由两部分组成： 3内存分配和回收系统可用一张“位示图”来登记内存中各块的分配与回收情况，当空闲块分配出去，其在位示图对应位为“1”， 当占用块回收后，其在位示图对应位为0”。存储分配时以页面（块）为单位，并按程序的页数多少进行分配。相邻的页面在内存中不一定相邻，即分配给程序的内存块之间不一定连续。2,2.1 主存分配策略当有程序要存放入主存时，查看空闲块总数是否够用，如果够用，先分配一块用来存放页表，然后查位示图中为“0”的位，根据查到的位所在的字号和位号可计算出对应的块号，同时在该位填上占用标志“1”，并填写页表；不够用，分配失败。 块号=字号*字长+位号2.2.2主存回收策略根据页表归还存储空间时，可以根据归还块的块号推算出在位示图中的位置： 字号=块号/位示图中字长 位号=块号mod位示图中字长 然后把这一位的“1”清成“0”，表示该块成为空闲块了。最后回收页表所占用空间 。2.2.3 主存的模拟采用数组来模拟主存的用户区，每个数组元素占用一个字节。实验中主存大小为512个字节，每个主存块16个字节 。2.2.4 用户接口主存使用情况示意图：已分配主存用红色表示，用紫色表示未分配，黄色表示在运行的进程对应指令存放的位置。2.3设备管理的实现方法和原理设备管理主要包括设备的分配和回收。设备的分配应用先来先服务策略，设备回收后，要注意唤醒等待设备的进程。2.3.1 设备的模拟模拟系统中有A、B、C三种独占型设备，A设备3个，B设备2个，C设备1个。2.3.2数据结构因为模拟系统比较小，因此只要设备表设计合理既可。private DeviceTable table=new DeviceTable3; private void Init() table0=new DeviceTable(DeviceType.a, 3); table1=new DeviceTable(DeviceType.b, 2); table2=new DeviceTable(DeviceType.c, 1); 2.3.3 设备分配设备分配实行先来先服务策略。2.3.4设备的回收回收设备后，要注意唤醒等待设备的进程。2.3.5用户接口屏幕显示要求包括：每个设备是否被使用，哪个进程在使用该设备，哪些进程在等待使用该设备。3 系统实现3.1存储管理3.1.1全局变量与初始化private char, RamUnit = new char32, 16; /用数组模拟内存private int, Wst = new int4, 8; /位示图private int UnuseRam;public memory() Init(); private void Init() /初始化,主存的存储单元全为空闲(未占用) UnuseRam = 32; for (int i = 0; i 4; i+) for (int j = 0; j 8; j+) Wsti, j = 0; 3.1.2位示图的模拟（起初都为0）0位1位2位3位4位5位6位7位第0字00000000第1字00000000第2字00000000第3字000000003.1.3地址映射过程系统为每个进程建立一张页表，用于记录进程逻辑页面与内存物理页面之间的对应关系。地址空间有多少页，该页表里就登记多少行，且按逻辑页的顺序排列。页式存储管理采用动态重定位，即在程序的执行过程中完成地址转换。3.1.4主存空间的分配开始查看空闲块是否够用否是进行内存的分配，返回页表的地址(内存的第几块)结束3.1.3 主存空间的回收开始根据归还块的块号推算出在位示图中的位置把该位的“1”清成“0”，表示该块成为空闲块了回收页表所占用空间结束3.1.4屏幕显示实现存储管理3.2设备管理3.2.1 设备分配表设备分配表包含设备的使用信息其数据结构如下：public struct DeviceTable public DeviceType deviceType; / 设备的名称 public int total; /可以使用的设备总数 public int useState; / 设备的状态 使用或未被使用 public DeviceTable(DeviceType type, int total) /构造函数 this.total = total; deviceType = type; useState = new inttotal; for (int i = 0; i total; i+) useStatei = 0; 3.2.2设备分配的实现当某个进程需要占用设备时，系统须为其分配设备 3.2.3设备的回收3.2.4设备管理实现的屏幕显示4 结束语首先，系统只是简单的模拟操作系统的运行。并没有真正的实现我们真正意义上的操作系统。这次操作系统花费了很长的时间主要是开始的概念不清，难以着手。随着学习的深入以及对其他例子的研究，才开始有了一些了解