操作系统课程设计-内存管理

目录

前言

1 实验题目

2 实验目的

3 实验内容

3.1 步骤

3.2 关键代码

3.2.1 显示虚拟内存的基本信息

3.2.2 遍历当前进程的虚拟内存

4 实验结果与分析

5 代码

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前言

         本实验为课设内容，博客内容为部分报告内容，仅为大家提供参考，请勿直接抄袭，另外，本次实验所用平台是dev c++5.11

1 实验题目

        实验五 内存管理

2 实验目的

        了解 Windows 的内存结构和虚拟内存的管理，理解进程的虚拟内存空间和物理内存的映射关系。加深对操作系统内存管理、虚拟存储管理等理论知识的理解。

3 实验内容

3.1 步骤

        （1）步骤1：打开Dev-C++5.11 新建一个文件，命名为实验5，并保存为cpp文件。

        （2）步骤2：将清单6-1的源代码复制到实验5.cpp文件中，并点击编译按钮将其编译成可执行文件，再进入到保存文件的目录下，右键，选择在终端打开，运行编译好的可执行文件，观察运行结果。

3.2 关键代码

3.2.1 显示虚拟内存的基本信息

// 首先，让我们获得系统信息
	SYSTEM_INFO si;
	:: ZeroMemory(&si, sizeof(si) ) ;
	:: GetSystemInfo(&si) ;
// 使用外壳辅助程序对一些尺寸进行格式化
	TCHAR szPageSize[MAX_PATH];
	::StrFormatByteSize(si.dwPageSize, szPageSize, MAX_PATH) ;
	DWORD dwMemSize = (DWORD64)si.lpMaximumApplicationAddress -
	                  (DWORD64) si.lpMinimumApplicationAddress;
	TCHAR szMemSize [MAX_PATH] ;
	:: StrFormatByteSize(dwMemSize, szMemSize, MAX_PATH) ;
// 将内存信息显示出来
	std :: cout << "Virtual memory page size: " << szPageSize << std :: endl;
	std :: cout.fill ('0') ;
	std :: cout << "Minimum application address: 0x"
	            << std :: hex << std :: setw(8)
	            << (DWORD64) si.lpMinimumApplicationAddress
	            << std :: endl;
	std :: cout << "Maximum application address: 0x"
	            << std :: hex << std :: setw(8)
	            << (DWORD64) si.lpMaximumApplicationAddress
	            << std :: endl;
	std :: cout << "Total available virtual memory: "
	            << szMemSize << std :: endl ;

3.2.2 遍历当前进程的虚拟内存

// 首先，获得系统信息
	SYSTEM_INFO si;
	:: ZeroMemory(&si, sizeof(si) ) ;
	:: GetSystemInfo(&si) ;
// 分配要存放信息的缓冲区
	MEMORY_BASIC_INFORMATION mbi;
	:: ZeroMemory(&mbi, sizeof(mbi) ) ;
// 循环整个应用程序地址空间
	LPCVOID pBlock = (LPVOID) si.lpMinimumApplicationAddress;
	while (pBlock < si.lpMaximumApplicationAddress) {
// 获得下一个虚拟内存块的信息
		if (:: VirtualQueryEx(
		            hProcess, // 相关的进程
		            pBlock, // 开始位置
		            &mbi, // 缓冲区
		            sizeof(mbi))==sizeof(mbi) ) { // 大小的确认
// 计算块的结尾及其大小
			LPCVOID pEnd = (PBYTE) pBlock + mbi.RegionSize;
			TCHAR szSize[MAX_PATH];
			:: StrFormatByteSize(mbi.RegionSize, szSize, MAX_PATH) ;
// 显示块地址和大小
			std :: cout.fill ('0') ;
			std :: cout
			        << std :: hex << std :: setw(8) << (DWORD64) pBlock
			        << "-"
			        << std :: hex << std :: setw(8) << (DWORD64) pEnd
			        << (:: strlen(szSize)==7? " (" : " (") << szSize
			        << ") " ;
// 显示块的状态
			switch(mbi.State) {
				case MEM_COMMIT :
					std :: cout << "Committed" ;
					break;
				case MEM_FREE :
					std :: cout << "Free" ;
					break;
				case MEM_RESERVE :
					std :: cout << "Reserved" ;
					break;
			}
// 显示保护
			if(mbi.Protect==0 && mbi.State!=MEM_FREE) {
				mbi.Protect=PAGE_READONLY;
			}
			ShowProtection(mbi.Protect);
// 显示类型
			switch(mbi.Type) {
				case MEM_IMAGE :
					std :: cout << ", Image" ;
					break;
				case MEM_MAPPED:
					std :: cout << ", Mapped";
					break;
				case MEM_PRIVATE :
					std :: cout << ", Private" ;
					break;
			}

4 实验结果与分析

（1）运行程序后的部分结果如下图所示：

图1.1 内存管理部分结果

（2）由上面的部分结果可知，虚拟内存每页容量为4KB，最小应用地址为0x00010000，最大应用地址为0x7ffffffeffff，当前可供应用程序使用的内存空间为3.99GB，当前计算机实际内存大小为16GB，理论上每个Windows应用程序可以独占的最大存储空间是19.99GB。

5 代码

// 工程 vmwalker
#include 
#include 
#include 
#include 
#include
#include
#include
#pragma comment(lib, "Shlwapi.lib")

// 以可读方式对用户显示保护的辅助方法。
// 保护标记表示允许应用程序对内存进行访问的类型
// 以及操作系统强制访问的类型
inline bool TestSet(DWORD dwTarget, DWORD dwMask) {
	return ((dwTarget &dwMask) == dwMask) ;
}
# define SHOWMASK(dwTarget, type) \
	if (TestSet(dwTarget, PAGE_##type) ) \
	{std :: cout << ", " << #type; }
void ShowProtection(DWORD dwTarget) {
	SHOWMASK(dwTarget, READONLY) ;
	SHOWMASK(dwTarget, GUARD) ;
	SHOWMASK(dwTarget, NOCACHE) ;
	SHOWMASK(dwTarget, READWRITE) ;
	SHOWMASK(dwTarget, WRITECOPY) ;
	SHOWMASK(dwTarget, EXECUTE) ;
	SHOWMASK(dwTarget, EXECUTE_READ) ;
	SHOWMASK(dwTarget, EXECUTE_READWRITE) ;
	SHOWMASK(dwTarget, EXECUTE_WRITECOPY) ;
	SHOWMASK(dwTarget, NOACCESS) ;
}
// 遍历整个虚拟内存并对用户显示其属性的工作程序的方法
void WalkVM(HANDLE hProcess) {
// 首先，获得系统信息
	SYSTEM_INFO si;
	:: ZeroMemory(&si, sizeof(si) ) ;
	:: GetSystemInfo(&si) ;
// 分配要存放信息的缓冲区
	MEMORY_BASIC_INFORMATION mbi;
	:: ZeroMemory(&mbi, sizeof(mbi) ) ;
// 循环整个应用程序地址空间
	LPCVOID pBlock = (LPVOID) si.lpMinimumApplicationAddress;
	while (pBlock < si.lpMaximumApplicationAddress) {
// 获得下一个虚拟内存块的信息
		if (:: VirtualQueryEx(
		            hProcess, // 相关的进程
		            pBlock, // 开始位置
		            &mbi, // 缓冲区
		            sizeof(mbi))==sizeof(mbi) ) { // 大小的确认
// 计算块的结尾及其大小
			LPCVOID pEnd = (PBYTE) pBlock + mbi.RegionSize;
			TCHAR szSize[MAX_PATH];
			:: StrFormatByteSize(mbi.RegionSize, szSize, MAX_PATH) ;
// 显示块地址和大小
			std :: cout.fill ('0') ;
			std :: cout
			        << std :: hex << std :: setw(8) << (DWORD64) pBlock
			        << "-"
			        << std :: hex << std :: setw(8) << (DWORD64) pEnd
			        << (:: strlen(szSize)==7? " (" : " (") << szSize
			        << ") " ;
// 显示块的状态
			switch(mbi.State) {
				case MEM_COMMIT :
					std :: cout << "Committed" ;
					break;
				case MEM_FREE :
					std :: cout << "Free" ;
					break;
				case MEM_RESERVE :
					std :: cout << "Reserved" ;
					break;
			}
// 显示保护
			if(mbi.Protect==0 && mbi.State!=MEM_FREE) {
				mbi.Protect=PAGE_READONLY;
			}
			ShowProtection(mbi.Protect);
// 显示类型
			switch(mbi.Type) {
				case MEM_IMAGE :
					std :: cout << ", Image" ;
					break;
				case MEM_MAPPED:
					std :: cout << ", Mapped";
					break;
				case MEM_PRIVATE :
					std :: cout << ", Private" ;
					break;
			}
// 检验可执行的影像
			TCHAR szFilename [MAX_PATH] ;
			if (:: GetModuleFileName (
			            (HMODULE) pBlock, // 实际虚拟内存的模块句柄
			            szFilename, //完全指定的文件名称
			            MAX_PATH)>0) { //实际使用的缓冲区大小
// 除去路径并显示
				:: PathStripPath(szFilename) ;
				std :: cout << ", Module: " << szFilename;
			}
			std :: cout << std :: endl;
// 移动块指针以获得下一下个块
			pBlock = pEnd;
		}
	}
}
void ShowVirtualMemory() {
// 首先，让我们获得系统信息
	SYSTEM_INFO si;
	:: ZeroMemory(&si, sizeof(si) ) ;
	:: GetSystemInfo(&si) ;
// 使用外壳辅助程序对一些尺寸进行格式化
	TCHAR szPageSize[MAX_PATH];
	::StrFormatByteSize(si.dwPageSize, szPageSize, MAX_PATH) ;
	DWORD dwMemSize = (DWORD64)si.lpMaximumApplicationAddress -
	                  (DWORD64) si.lpMinimumApplicationAddress;
	TCHAR szMemSize [MAX_PATH] ;
	:: StrFormatByteSize(dwMemSize, szMemSize, MAX_PATH) ;
// 将内存信息显示出来
	std :: cout << "Virtual memory page size: " << szPageSize << std :: endl;
	std :: cout.fill ('0') ;
	std :: cout << "Minimum application address: 0x"
	            << std :: hex << std :: setw(8)
	            << (DWORD64) si.lpMinimumApplicationAddress
	            << std :: endl;
	std :: cout << "Maximum application address: 0x"
	            << std :: hex << std :: setw(8)
	            << (DWORD64) si.lpMaximumApplicationAddress
	            << std :: endl;
	std :: cout << "Total available virtual memory: "
	            << szMemSize << std :: endl ;
}
int main() {
//显示虚拟内存的基本信息
	ShowVirtualMemory();
// 遍历当前进程的虚拟内存
	::WalkVM(::GetCurrentProcess());
	return 0;
}