操作系统课程设计-分页式内存管理：源代码+实验报告

操作系统课程设计中，分页式内存管理是一种关键的内存组织策略，它将主存划分为固定大小的块，称为页，而进程的虚拟地址空间也被分割成同样大小的页。这个设计旨在解决内存碎片问题，提高内存利用率。下面将详细讨论分页式内存管理的相关知识点。 **分页式内存管理** 1. **页面与页表**: 在分页系统中，每个进程都有一个页表，用于记录逻辑页号到物理块号的映射。页表的大小取决于进程的虚拟地址空间大小。例如，如果每个页大小为4KB，进程有16个页，则页表包含16个条目，每个条目指示相应的页在主存中的物理位置。 2. **块表管理**: 系统维护一个块表，记录所有物理块的分配情况。块表中的状态位（0表示未分配，1表示已分配）用于跟踪主存的使用情况。此外，系统还会记录当前空闲的物理块数量。 3. **作业装入与回收**: 当进程被加载时，系统会分配足够的物理块，根据页表分配逻辑页到物理块的映射，并更新块表状态。作业撤销时，回收物理块，修改块表状态，并更新空闲块数。 4. **页表操作**: 创建新进程时，系统为每个进程生成页表，并在主存中找到足够的空闲块进行分配。当进程结束时，页表被撤销，相应物理块被标记为空闲。 5. **地址转换**: 为了访问内存，处理器需要进行地址转换，通常通过硬件的页表目录和页表寄存器来实现。逻辑地址被分解为页号和页内偏移，页号用于查找页表，得到物理地址，然后结合页内偏移形成最终的物理地址。 **连续式内存管理** 1. **动态分区分配**: 在连续分配方式下，内存被划分为不固定大小的分区，根据进程需要分配。分配策略可能包括首次适应、循环首次适应和最佳适应算法。这些算法的目标是在分配内存时减少内部碎片。 2. **分区回收**: 当进程结束，其占用的内存需要回收。在回收过程中，系统需将分区标记为未分配，并考虑合并相邻的空闲分区以减少外部碎片。 3. **全局分区状态表和空闲分区表**: 全局分区状态表记录所有分区的分配状态，包括起始地址、长度和状态（未分配或空表目）。空闲分区表则用于快速找到空闲分区。 4. **分区调整**: 分区分配后，可能会有多个小的空闲区。为优化内存使用，需要在作业撤销时合并相邻的空闲分区，以便将来能分配更大的连续空间。 **实验设计要求** 1. **实验目的**: 通过模拟实现连续分配和分页管理，让学生理解内存管理的基本原理和过程。 2. **实验内容**: 包括动态分区分配的实现（如首次适应等算法）以及分页存储管理的实现，包括页表和块表的管理，以及作业装入和回收的处理。 3. **实验要求**: 至少实现上述一种分配方式，设定内存大小和页大小，随机分配初始内存状态，创建作业队列，输出详细结果，编写清晰的程序代码并撰写实验报告。 实验报告应当分析实验结果，比较连续分配和分页管理的优缺点。例如，连续分配可能导致碎片问题，而分页管理虽然解决了碎片，但需要额外的页表空间和地址转换开销。此外，报告还应讨论不同分配策略对内存利用率的影响。