操作系统作业 - 内存管理 - 请求分页分配方式模拟

内存管理-请求分页分配方式-设计方案报告

文末有源码

1. 项目需求

1.1 基本任务

​ 假设每个页面可存放10条指令，分配给一个作业的内存块为4。模拟一个作业的执行过程，该作业有320条指令，即它的地址空间为32页，目前所有页还没有调入内存。

1.2 功能描述

• 在模拟过程中，如果所访问指令在内存中，则显示其物理地址，并转到下一条指令；如果没有在内存中，则发生缺页，此时需要记录缺页次数，并将其调入内存。如果4个内存块中已装入作业，则需进行页面置换。

• 所有320条指令执行完成后，计算并显示作业执行过程中发生的缺页率。

• 置换算法可以选用FIFO或者LRU算法

• 作业中指令访问次序可以按照下面原则形成：

  ​ 50%的指令是顺序执行的，25%是均匀分布在前地址部分，25％是均匀分布在后地址部分

1.3 项目目的

• 理解页面、页表、地址转换
• 体会页面置换过程
• 加深对请求调页系统的原理和实现过程的理解。

2. 开发环境

• 开发环境： Windows 10
• 开发软件： Eclipse
• 开发语言： JavaSE (jdk1.8.0_241)
• 开发工具包： Swing

3. 项目结构

│  memory.exe
│  memory.jar
│  README.md
│  内存管理 - 请求分页分配方式模拟.md
│  内存管理 - 请求分页分配方式模拟.pdf
│
└─src
    ├─Component
    │      AlgSelectBar.java
    │      Block.java
    │      EventListener.java
    │      Memory.java
    │      Moniter.java
    │      Page.java
    │      SpeedSlider.java
    │      WaitingList.java
    │
    └─UI
            MainFrame.java│  memory.jar
│  memory.exe
│  README.md   
│  请求分区分配方式模拟_设计方案报告.md   
│  请求分区分配方式模拟_设计方案报告.pdf   
│  
└─src   
	├─component   
	│	AlgSelectBar.java
	│	Block.java
	│	EventListener.java
	│	Memory.java
	│	Moniter.java
	│	Page.java
	│	SpeedSlider.java
	│	WaitingList.java
	└─UI	
	 	MainFrame.java

4. 操作说明

• 双击目录下的memory.jar(或memory.exe)文件进入模拟界面

  • 点击exe文件可能出现如下警告 -> 点击确定即可

    

• 在右上角的选项条中选择置换算法

  • FIFO-先进先出算法（默认值）
  • LRU-最近最少使用页面淘汰算法

  

• 点击开始模拟

  

• 滑动调节速度的滑块可以调整模拟速度

  

  • 慢速条件下可以看清模拟调页的过程

  

  • 快速条件下可以快速得到最终的结果——缺页率

  

• 点击数据清零可以清除本轮模拟产生的数据以进行下一轮模拟

5. 系统分析

5.1 置换算法

5.1.1 FIFO算法

• 当前页面已经在内存中 => 不需要进行调度，直接显示指令所在地址
• 当内存中页面数小于分配给一个进程的内存容量（4页） 时 => 直接将页面顺序加入到内存的空闲块中，然后显示指令所在地址
• 当内存满时 => 每次替换掉最早进入内存块中的逻辑页面
  • 维护一个变量turn，每次执行一条指令，turn就自增1、模4，用来指定调出哪一块物理页中的逻辑页
    • turn==0调出0号页面中的内容，将需要用的页调入物理0页
    • turn==1调出1号页面中的内容，将需要用的页调入物理1页
    • turn==2调出2号页面中的内容，将需要用的页调入物理2页
    • turn==3调出3号页面中的内容，将需要用的页调入物理3页

5.1.2 LRU算法

• 当前页面已经在内存中 => 不需要进行调度，直接显示指令所在地址
• 当内存中页面数小于分配给一个进程的内存容量（4页） 时 => 直接将页面顺序加入到内存的空闲块中，然后显示指令所在地址
• 当内存满时 => 每次替换掉最近最少使用的内存块中的页面
  • 用一个数组记录每个物理页的空闲次数
    • 每执行一条指令，未用到的物理页对应的空闲次数加一
    • 被执行到的指令所在的物理页空闲次数清零
  • 当遇到需要调页的情况时，选取空闲次数最多的页将其调出，将需要用到的页调入，并置该页的空闲次数为0，其余加一

5.2 指令产生方式

为了保证320条指令能够随机产生、均匀分布，模拟过程采用了下面这种循环产生指令的方式：

1. 在0~319条指令之间，随机选取一个起始执行指令，如序号为$m$
2. 顺序执行下一条指令，即序号为$m+1$的指令
3. 通过随机数，跳转到前地址部分0~$(m-1)$中的某个指令处，其序号为$m_1$
   • 若前面已经没有尚未执行的指令，则在全局范围内产生随机数，直到找到一个还未执行的指令
4. 顺序执行后面第一条未执行的指令，即序号为$m_1$+n的指令
5. 通过随机数，跳转到后地址部分$(m_1+n+1)$~319中的某条指令处，其序号为$m_2$
   • 若后面已经没有尚未执行的指令，则在全局范围内产生随机数，直到找到一个还未执行的指令
6. 顺序执行后面第一条未执行的指令，即序号为$m_2+n$的指令
7. 重复3~7的步骤直到执行完320条指令

6. 系统设计

6.1 类设计

6.1.1 算法选择条（AlgSelectBar）

6.1.2 页内代码块（Block）

public class Block extends JLabel {
   
	public Block() {
   
		setLayout(null);//设置布局方式
		setText("NULL");//设置初始文字
		setHorizontalAlignment(SwingConstants.CENTER);
		this.setBackground(new Color(88,201,185));
		setOpaque(true);
		setForeground(Color.white);
		setFont(new Font(