操作系统课程设计报告

第一篇：操作系统课程设计报告

操作系统课程设计报告

专 业：计算机科学与技术 学 号： 姓 名: 提交日期：

操作系统课程设计报告

【设计目的】

（1）本实验的目的是通过一个简单多用户文件系统的设计，加深理解文件系统的内部功能和内部实现。

（2）结合数据结构、程序设计、计算机原理等课程的知识，设计一个二级文件系统，进一步理解操作系统。

（3）通过分对实际问题的分析、设计、编程实现，提高学生实际应用、编程的能力 【设计内容】

为Linux系统设计一个简单的二级文件系统。要求做到以下几点： 1.可以实现下列几条命令：

login 用户登录

dir 列目录

create 创建文件

delete 删除文件

open 打开文件

close 关闭文件

read 读文件

write 写文件

cd 进出目录

2．列目录时要列出文件名，物理地址，保护码和文件长度 3．源文件可以进行读写保护 【实验环境】 Windows xp/7 C++/VC++

【相关知识综述】

1、文件系统

文件系统是操作系统用于明确存储设备（常见的是磁盘，也有基于NAND Flash的固态硬盘）或分区上的文件的方法和数据结构；即在存储设备上组织文件的方法。操作系统中负责管理和存储文件信息的软件机构称为文件管理系统，简称文件系统。文件系统由三部分组成：文件系统的接口，对对象操纵和管理的软件集合，对象及属性。从系统角度来看，文件系统是对文件存储设备的空间进行组织和分配，负责文件存储并对存入的文件进行保护和检索的系统。具体地说，它负责为用户建立文件，存入、读出、修改、转储文件，控制文件的存取，当用户不再使用时撤销文件等。

2、位示图

位示图是利用二进制的一位来表示磁盘中的一个盘块的使用情况。当其值为“0”时，表示对应的盘块空闲；为“1”时，表示已经分配。有的系统把“0”作为盘块已分配的标记，把“1”作为空闲标志。(它们的本质上是相同的，都是用一位的两种状态标志空闲和已分配两种情况。)磁盘上的所有盘块都有一个二进制位与之对应，这样，由所有盘块所对应的位构成一个集合，称为位示图。

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【设计思路】

本文件系统采用两级目录，其中第一级对应于用户账号，第二级对应于用户帐号下的文件。另外，为了简便文件系统未考虑文件共享，文件系统安全以及管道文件与设备文件等特殊内容。

首先应确定文件系统的数据结构：主目录、子目录及活动文件等。主目录和子目录都以文件的形式存放于磁盘，这样便于查找和修改。

用户创建的文件，可以编号存储于磁盘上。如：file0,file1,file2„并以编号作为物理地址，在目录中进行登记。

【程序主要流程图】

否

验证是否成

功？

是

目录

右键进行选择 操作

新建目录新建文件打开文件

结束

开始登录删除属性 2

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【源程序清单】

typedef struct

//文件结构体 /*the structure of OSFILE*/ { int fpaddr;

/*file physical address*/

int flength;

/*file length*/

int fmode;

/*file mode:0-Read Only;1-Write Only;2-Read and Write;3-Protect;*/

char fname[MAXNAME];

/*file name*/ } OSFILE;

typedef struct

//用户文件目录结构体 user file directory /*the structure of OSUFD*/ { char ufdname[MAXNAME];

/*ufd name*/ OSFILE ufdfile[MAXCHILD];

/*ufd own file*/ }OSUFD;

typedef struct

//登陆

/*the structure of OSUFD'LOGIN*/ { char ufdname[MAXNAME];

/*ufd name*/

char ufdpword[8];

/*ufd password*/ } OSUFD_LOGIN;

typedef struct

//文件打开模式 /*file open mode*/ { int ifopen;

/*ifopen:0-close,1-open*/

int openmode;

/*0-read only,1-write only,2-read and write,3-initial*/ }OSUFD_OPENMODE;

void DeleteF()/*Delete File*/ { int i,j,k=0;char str[255],str1[255];char fname[MAXNAME];k=ExistD(dirname);//获取用户的序号

printf(“Please input filename:”);gets(fname);//获得需要打开的文件名fname

for(i=0;i

if(strcmp(strupr(ufd[k]->ufdfile[i].fname),strupr(fname))==0)

{

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}

}

void OpenF()/*Open File*/ { int i,k=0;char fname[MAXNAME];//printf(“nnC:%s>”,strupr(dirname));k=ExistD(dirname);printf(“Please input filename:”);gets(fname);//获得需要打开的文件名fname

for(i=0;i

if(strcmp(strupr(ufd[k]->ufdfile[i].fname),strupr(fname))==0)

{

ifopen[k][i].ifopen=1;//打开文件

ifopen[k][i].openmode=ufd[k]->ufdfile[i].fmode;//将读写属性赋值

//test// printf(“i=%d,k=%dn”,i,k);

///test// printf(“openmode=%dn”,ifopen[k][i].openmode);

printf(“Open file successfully!n”);

break;//打开文件则跳出循环 itoa(ufd[k]->ufdfile[i].fpaddr,str,10);//itoa函数，把数字转换成字符串

strcpy(str1,“file”);strcat(str1,str);strcpy(str,“c:osfilefile”);strcat(str,str1);strcat(str,“.txt”);//str为文件的物理路径

if(remove(str)==0)

//调用remove函数删除 第k个用户的第i个文件ufd[k]->ufdfile[i]

{

fpaddrno[ufd[k]->ufdfile[i].fpaddr] = 0;//位示图置为0，表示没被占用

for(j = i;j<=fcount[k]-1;j++)//文件顺序往前移一位

ufd[k]->ufdfile[j] = ufd[k]->ufdfile[j+1];

fcount[k] = fcount[k]-1;//文件数-1

printf(“Delete file successfully!n”);

//除了删除原文件，还要 删除dir中的东西

} else

printf(“Delete file fail!n”);break;}

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}

} }

void CloseF()/*Close File*/ {

int i,k=0;char fname[MAXNAME];

k=ExistD(dirname);printf(“Please input filename:”);gets(fname);//获得需要关闭的文件名fname

for(i=0;i

if(strcmp(strupr(ufd[k]->ufdfile[i].fname),strupr(fname))==0)

{

ifopen[k][i].ifopen=0;//关闭文件

ifopen[k][i].openmode=4;//fmode改为初始值4

printf(“Close file successfully!n”);

break;

}

} }

void WriteF()/*Write File*/ { int i,k,n=0;char fname[MAXNAME];char str[255],str1[255];int flag=1;

if(strcmp(strupr(ltrim(rtrim(dirname))),“")==0)

{

printf(”nError.Please convert to ufd dir before read.n“);

wgetchar=1;

return;} printf(”nCaution:Open file firstn“);printf(”Opened File(s)List:n“);k=ExistD(dirname);

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for(i=0;i

//文件属性为只写或者是读写才能write

{

printf(”%15s“,ufd[k]->ufdfile[i].fname);

n++;} if((n%4==0)&&(n!=0))printf(”n“);

} printf(”n%d files openned.n“,n);

if(n==0)wgetchar=1;if(n!=0){ printf(”nPlease input FileName:“);gets(fname);ltrim(rtrim(fname));i=ExistF(fname);if(i>=0){

if(ifopen[k][i].ifopen==1)

{

if((ifopen[k][i].openmode==1)||(ifopen[k][i].openmode==2))

{

itoa(ufd[k]->ufdfile[i].fpaddr,str,10);

strcpy(str1,”file“);

strcat(str1,str);

strcpy(str,”c:osfilefile“);

strcat(str,str1);

strcat(str,”.txt“);//物理路径

int length=0;

char c;

printf(”Please input text('#' stands for end):n“);

fp_file=fopen(str,”ab+“);//在文件末尾加 add bit

while((c=getchar())!='#')//以#为结尾

{

fputc(c,fp_file);

if(c!='n')length++;

}

//fprintf(fp_file,”n“);

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fclose(fp_file);

ufd[k]->ufdfile[fcount[i]-1].flength += length;//原长度加输入长度

printf(”n'%s' has been written successfully!n“,fname);

}

else

{

printf(”nError.'%s' has been opened with WRITE ONLY mode.It isn't read.n“,fname);

wgetchar=1;

}

}

else

{

printf(”nError.'%s' is in closing status.Please open it before readn“,fname);

wgetchar=1;

}

}

else

{

printf(”nError.'%s' does not exist.n",fname);

wgetchar=1;

} } }

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【测试结果】

1、创建用户

2、创建文件，并且打开读取文件

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3、写文件

4、删除文件

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【设计总结】

这两周的课程设计时间非常短，从中学到了很多知识，也为我们的学习提供了良好的实践平台。首先，通过老师的细心指导和同学们的相互帮助，让我对题目【二级文件系统】有了进一步了解。接下来，主要是研究老师所给的大部分代码，参考他的基本思路，并且思考每一个结构体在代码中的具体作用。这期间和一些同学交流了各自的思路，在交流中，大家渐渐的明确了这个程序的思路、框架结构等。我们所做的主要是补充了删除文件，打开文件，关闭文件，写文件这几个部分。

代码编写完了之后，实现了题目所要求的基本功能，但是在测试的过程中，还发现了这个程序存在各种各样的bug。不断的测试修改后，得到完善。

这次课设最大的收获在于：学会交流以及相互帮助。在大家的交流沟通之中，我们解决了一个又一个难题。

在这次课设中，我还意识到，要把这门课真真正正地学好，不单单只是为了能够应付考试，平时还要多加学习，多加努力才对。

【参考文献】

【1】C语言程序设计（第三版）谭浩强

【2】计算机操作系统教程(第三版).张尧学 史美林 张高

【3】计算机操作系统,西安电子科技大学出版社，方敏主编,2004.8

第二篇：操作系统课程设计报告

课程设计报告

题 目： 模拟请求页式管理

课程名称： 计算机操作系统 学 院： 信息工程学院

专 业： 计算机科学与技术

班 级： 14计本（1）学生姓名： * * * 学 号： 201403031** 指导教师： * * 成 绩：

开课时间： 2016-2017 学年 一 学期

模拟请求页式管理

第1章 需求分析

1.1设计要求

请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。本设计通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式管理的页面置换算法。本实验要求用Vc＋＋或其他高级语言编写和调试。

编写程序实现：

（1）先进先出页面置换算法（FIFO）（2）最近最久未使用页面置换算法（LRU）最佳置换页面置换算法（OPT）设计一个虚拟存储区和内存工作区，编程序演示以上三种算法的具体实现过程，并计算访问命中率。

1.2解决方案

首先确定实现语言使用c#实现图形化界面，后确定要实现哪些功能，比如算法选择，页面添加，模拟控制。然后确定输出结构以便于程序的测试和验证。将基本框架建立后再进行编程。编程前进行算法结构分析最后编程实现。

1.3算法实现原理

1、先进先出置换算法（FIFO）：

发生缺页中断时按照页面进入内存顺序总是淘汰最先进入内存的页面。

2、最近最久未使用置换算法（LRU）：

发生缺页中断时总是淘汰存在内存中最长时间未被使用的页面。

3、最佳置换算法（OPT）：

发生缺页中断时若一个或几个页面将来将不会被调用则按先进先出原则淘汰页面，若将来都有调用则比较调用时刻选择最远时刻页面淘汰。

4、缺页率：缺页次数占页面调用次数的百分比。

第2章 概要设计

2.1数据设计

常变量：调用页面最大数量（MaxN），内存最大页面数（MaxM）待调用页面数组：page_dd[MaxN]存放等待调用的页面号

页面数组专用指针 page_p，用于指向page_dd数组中正需调入内存的页号 内存块数组：Memery[MaxM]，存放内存当前存放的页号 缺页计数器：count，记录缺页次数

内存块状态数组：M1[MaxN],M2[MaxN],M3[MaxN]，记录每次页面调用结束后内存各块的状态

缺页记录数组s[MaxN]，用于记录页面调用时是否产生缺页中断，初始化为是

2.2函数设计

1、页面添加函数：void btnAdd_Click(object sender, EventArgs e)用于实现通过点击按钮实现数据输入。

2、内存初始化函数：init(int[] a, int[] b,int []m1,int[]m2,int[]m3)参数有页面数组、内存数组、状态数组，采用先进先出算法对内存先进行装满 服务于先进先出页面置换函数和最佳置换函数。

3、输出函数：void display(int[]a,int[]m1,int[]m2,int[]m3,char[]c)用于输出模拟结果，参数有页面数组，内存数组，状态数组，缺页记录数组。再模拟之后调用。

4、模拟控制函数：void btnmo_Click(object sender, EventArgs e）用于实现通过单击模拟按钮，根据用户所选算法进行模拟并显示结果。

5、先进先出算法模拟函数：

void FIFO(int[] a, int[] b,int[]m1,int[]m2,int[]m3,char[] s)用于实现先进先出算法模拟，参数有页面数组，内存数组、内存状态记录数组，缺页记录数组。在模拟函数中调用。

6、最近最久未使用算法模拟函数：

void LRU(int[] a, int[] b, int[] m1, int[] m2, int[] m3, char[] s)用于 3 实现最近最久未使用算法模拟，参数有页面数组，内存数组，内存状态记录数组，缺页记录数组。在模拟函数中被调用。

7、最近最久未使用函数辅助函数：void LUR_I(int[] a,int e)用于对最近最久未使用算法中所用辅助数组（记录页面存在时长）进行调整，参数有辅助数组及需调整的数据下标。在最近最久未使用函数中调用。

8、最佳置换算法模拟函数：

void OPT(int[] a, int[] b, int[] m1, int[] m2, int[] m3, char[] s)用于模拟最佳置换算法。参数有页面数组，内存数组，内存状态记录数组，缺页记录数组。在模拟函数中被调用。

9、最佳置换算法辅助函数：void OPT_F(int[] a, int e)用于对最佳置换算法中的辅助数组进行调整。参数有辅助数组，需调整数据下标。在最佳置换算法中被调用。

10、重置函数：void btncz_Click(object sender, EventArgs e)用于重新选择算法进行新的模拟。

2.3主要算法设计

1、初始化函数算法：

第一步：将第一个页面调入内存，调整最佳置换算法辅助数组，缺页计数器加一，保存内存数组状态。

第二步：调用下一个页面并判断内存中是否有本页面有转第三步，无转第四步。第三步：更改缺页数组对应下标值，记录当前内存状态，调整最佳置换算法辅助数组，页面指针指向下一页。

第四步：将页面调入内存，调整最佳置换算法辅助函数，缺页计数器加一，保存内存数组状态。若内存尚不满转第一步。具体见图1初始化算法流程图。

开始页面调入内存缺页计数器加一记录内存状态调用下一页否否内存是否有该页面是记录内存状态修改缺页数组内存已满是结束

图1 初始化算法流程图

2、先进先出页面置换算法：

第一步：检查内存中是否已有需调用页面，有则转第二步，无则转第三步。第二步：记录当前内存状态，修改缺页数组对应下标值。

第三步：内存中无需要调用的页面，进行出队操作，然后进行入队操作，记录内存块状态，缺页计数器加一。

第四步：若页面数组未被调用结束转第一步。具体见图2先进先出算法流程图。

开始页面调入内存该页在内存中是否已存在是否否先出队操作后入队操作记录内存状态修改缺页数组值记录内存状态缺页计数器加一页面调用结束是结束

图2 先进先出算法流程图

3、最近最久未使用置换算法：

第一步：将页面调入内存，记录内存状态，缺页计数器加一，调整辅助数组，页面指针加一。

第二步：检查内存中是否已有所需页面，有转第三步，无转第一步。

第三步：修改缺页数组对应下标记录，记录内存状态，调整辅助数组，页面指针加一。第四步：内存是否已满，无则转第一步，是则转第五步。

第五步：检查内存中是否有所需页面，有则记录当前内存状态，修改缺页数组对应下标值。无则转第六步。

第六步：检查辅助数组找出最大值并记录其下标，置换内存中对应下标的数据，调整辅助数组，缺页计数器加一。

第七步：页面是否调用结束未结束则转第五步。具体见图3最近最久未使用算法流程图。

开始调入页面至内存记录内存状态计数器加一否调整辅助数组调用下一页内存中是否已有该页否内存已满是通过辅助数组确定淘汰页面是修改缺页数组记录内存状态调整辅助数组否页面置换记录内存状态计数器加一调用结束是结束

图3 最近最久未使用算法

4、最佳置换算法：

第一步：检查内存中是否已有所需页面，有则记录内存状态，修改缺页数组对应下标数值。无则转第二步。

第二步：判断内存中各页面的未来调用情况，记录是否还有调用，若有则记录调用时刻。

第三步：分析调用情况，内存中页面都在将来不会被调用转第四步，有一个被调用转第五步，有两个被调用转第六步，全被调用转第七步。

第四步:查找辅助数组找到内存中存在时间最长的页面进行置换，修改内存状态，缺页计数器加一，修改辅助数组。

第五步：查找到不会被调用的页面，并根据辅助数组选择最早进入内存的页面将其置换。修改内存状态，缺页计数器加一，修改辅助数组。

第六步：查找辅助数组找到将来不需要在调用的页面将其置换，修改辅助数组，记录内存状态，缺页计数器加一。

第七步：查找辅助数组，找寻最晚被调用的页面，将其置换。记录内存状态，修改辅助数组，缺页计数器加一。

第八步：页面是否调用完成，否则转第一步。具体见图4最佳置换算法流程图

开始调入页面记录内存状态计数器加一更新辅助函数是页面已存在否向后检查内存当前页面调用情况所有页面都不会再度调用否是一个页面会调用否否是两个页面会调用是否查找辅助数组得到最先进入页面通过辅助数组得到不会再调用的页面通过辅助数组获取最晚调用的页面通过辅助数组得到另外两个页面中最先进入的页面置换页面记录内存状态计数器加一更新辅助函数页面调用结束是结束

图4 最佳置换算法流程图 2.4界面设计

采用c# 设计windows窗体应用程序，使用下拉列表框选择算法，通过按钮添加待调用的页面。通过文本控件显示模拟结果。显示样式：第一行：算法名称；

第二行：调用页面顺序；

第三行至第五行显示内存在每调用一次页面后的状态；

第六行：是否缺页；

最后一行显示缺页率；

第3章 详细设计与实现

3.1函数设计

1、添加按钮功能实现代码

主要功能：实现单击一次添加一个调用页面，并给出相应的提示，如正在输入的是第几次调度页面，在输入为空时能够弹出对话框提示用户，在输入完成时为避免数组越界应在输入完成时隐藏；输入过程中始终保证时输入焦点。private void btnAdd_Click(object sender, EventArgs e){ if(txtAdd.Text!= “")//输入不为空才能继续输入 { page_dd[i_add] = Convert.ToInt32(txtAdd.Text);/*将输入值赋值给页面数组*/ txtShow.Text += txtAdd.Text + ” “;/*显示供用户查阅*/ i_add++;txtAdd.Clear();/*清空*/ if(i_add == MaxN)//输入结束时 { txtAdd.ReadOnly = true;//不允许继续输入 btnAdd.Hide();//按钮隐藏 return;} txtAdd.Focus();//设置为输入焦点

label2.Text = ”第“ +(i_add + 1)+ ”次调度页面：“;/*提示用户正在输入的是第几次调度页面*/ } /*输入为空则弹出对话框提示用户输入为空*/ else { MessageBox.Show(”请输入调用页面！“, ”输入为空“, MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Warning);txtAdd.Focus();} }

2、初始化函数

主要功能：将内存一先进先出方式填满，并记录每个页面进入时间，服务于先进先出页面置换算法和最佳置换算法。

void init(int[] a, int[] b,int []m1,int[]m2,int[]m3){ /*内存未满时循环*/ for(int i = 0;i < MaxM&&page_p

//调整辅助数组将刚进入内存的页面的对应时间 OPT_F(O_Q ,i)； count++;//缺页计数器加一 m1[page_p] = b[0];//保存内存状态 m2[page_p] = b[1];m3[page_p] = b[2];page_p++;//调用下一页面

//检查内存中是否原先就有需要的页面； for(int j = 0;j <= i&&page_p

s[page_p] = 'F';//缺页数组对应数据更改 m1[page_p] = b[0];//记录内存状态 m2[page_p] = b[1];m3[page_p] = b[2];OPT_F(O_Q,-1);//调整最佳置换算法辅助函数 page_p++;//调用下一页 j =-1;//重新开始寻找 } } } }

3、先进先出页面置换函数

主要功能：根据先进先出算法要求在产生缺页中断时采用先进先出方式确定淘汰页面，并在每次页面调用时记录下内存状态，缺页次数；采用循环队列使得每次出队的一定是最先进入内存的。

private void FIFO(int[] a, int[] b,int[]m1,int[]m2,int[]m3,char[] s){ int Fpage_p = page_p;int front, rear;//定义队列对手和对尾指针并初始化 front = 0;rear = MaxM1;int sa;for(;Fpage_p < MaxN;Fpage_p++){ sa = 0;for(int i = 0;i < MaxM;i++)//检查内存中是否已有要调用的页面。

{ if(b[i] == a[Fpage_p]){ m1[Fpage_p] = b[0];m2[Fpage_p] = b[1];m3[Fpage_p] = b[2];s[Fpage_p] = 'F';sa = 1;break;} } if(sa == 0){ front =(front + 1)% MaxM;

rear =(rear + 1)% MaxM;b[rear] = a[Fpage_p];m1[Fpage_p] = b[0];m2[Fpage_p] = b[1];m3[Fpage_p] = b[2];count++;} else continue;} } /*最近最久未使用算法辅助数组调整函数*/ private void LUR_I(int[] a,int e){ int temp;temp = a[e];a[e] = 1;for(int i = 0;i < MaxM;i++){ if(a[i] < temp && i!=e)a[i]++;} } /*最佳置换算法辅助数组调整函数*/ private void OPT_F(int[] a, int e){ if(e!=-1){ a[e] = 0;for(int i = 0;i < MaxM;i++){ if(i!= e)a[i]++;} } else for(int i = 0;i < MaxM;i++){ a[i]++;} } /*最近最久未使用算法*/ private void LRU(int[] a, int[] b, int[] m1, int[] m2, int[] m3, char[] s){

int[] L_Q = new int[MaxM]{3,3,3};int sa;for(int i = 0;i < MaxM && page_p < MaxN;i++){ b[i] = a[page_p];//调入内存 count++;m1[page_p] = b[0];//保存内存状态 m2[page_p] = b[1];m3[page_p] = b[2];LUR_I(L_Q, i);page_p++;for(int j = 0;j <= i && page_p < MaxN;j++){ if(b[j] == a[page_p]){ s[page_p] = 'F';m1[page_p] = b[0];m2[page_p] = b[1];m3[page_p] = b[2];LUR_I(L_Q, j);page_p++;j =-1;} } } for(;page_p < MaxN;page_p++){ sa = 0;for(int i = 0;i < MaxM;i++)//用的页面。{ if(b[i] == a[page_p]){ m1[page_p] = b[0];m2[page_p] = b[1];m3[page_p] = b[2];s[page_p] = 'F';LUR_I(L_Q, i);sa = 1;break;} } if(sa == 0){

检查内存中是否已有要调40 for(int i = 0;i < MaxM;i++){ if(L_Q[i] == 3){ b[i] = a[page_p];m1[page_p] = b[0];m2[page_p] = b[1];m3[page_p] = b[2];LUR_I(L_Q, i);break;} } count++;} else continue;} } /*最佳置换算法*/ private void OPT(int[] a, int[] b, int[] m1, int[] m2, int[] m3, char[] s){ int sa;int O_p;int Ocount;int[] OPT_I=new int [MaxM ]{-1 ,-1 ,-1 };int[] OPT_J=new int [MaxM]{MaxN ,MaxN ,MaxN };for(;page_p < MaxN;page_p++){ for(int i = 0;i < MaxM;i++){ OPT_I[i] =-1;//刷新状态数组 OPT_J[i] = MaxN;} sa = 0;for(int i = 0;i < MaxM;i++)//检查内存中是否已有要调用的页面。

{

if(b[i] == a[page_p]){ m1[page_p] = b[0];m2[page_p] = b[1];m3[page_p] = b[2];OPT_F(O_Q,-1);

s[page_p] = 'F';sa = 1;break;} } if(sa == 0)//缺页 { Ocount = 0;for(int i = 0;i < MaxM;i++){ O_p = page_p + 1;for(;O_p < MaxN;O_p++){ if(b[i] == a[O_p]){ Ocount++;OPT_I[i] = 1;OPT_J[i] = O_p;break;} } } switch(Ocount){ case 0://全部页面以后都不会再度调用 int temp = 0;for(int i = 0;i < MaxM;i++){ if(O_Q[i] > O_Q[temp])temp = i;} b[temp] = a[page_p];m1[page_p] = b[0];m2[page_p] = b[1];m3[page_p] = b[2];OPT_F(O_Q ,temp);count++;break;case 1://有一个页面将在以后调用 temp = 0;for(int i = 0;i < MaxM;i++){ if(OPT_I[i]!= 1 && O_Q[i] > O_Q[temp])temp = i;

} b[temp] = a[page_p];m1[page_p] = b[0];m2[page_p] = b[1];m3[page_p] = b[2];OPT_F(O_Q ,temp);count++;break;case 2: for(int i = 0;i < MaxM;i++){ if(OPT_I[i] ==-1){ b[i] = a[page_p];m1[page_p] = b[0];m2[page_p] = b[1];m3[page_p] = b[2];OPT_F(O_Q, i);count++;} } break;case 3: int p = 0;for(int i = 0;i < MaxM;i++){ if(OPT_J[i] >OPT_J[p])p = i;} b[p] = a[page_p];m1[page_p] = b[0];m2[page_p] = b[1];m3[page_p] = b[2];OPT_F(O_Q, p);count++;break;} } } } /*重置函数*/ private void btncz_Click(object sender, EventArgs e){ comboBox1.SelectedIndex = 0;

txtAdd.Text = ”“;page_p = 0;i_add = 0;count = 0;//txtShow.Text = ”";for(int i = 0;i < MaxM;i++)Memery[i] =-1;for(int i = 0;i < MaxN;i++)s[i] = 'T';} } }

第三篇：操作系统课程设计报告

操 作 系 统

课

程

设

计

实

验

报

告

学院：计算机科学与技术学院

班级：计112

学号：1113022032

姓名:

一、实验名称：

用C++实现驱动调度算法、页面替换算法、银行家算法、处理器调度算法

二、实验要求：

书写实验报告，包括的内容有：

（1）实验题目

（2）程序中使用的数据结构及主要文字说明

（3）带有注释的源程序

（4）执行程序说明，表明各进程控制快的初始状态，以及各算法的运行状态

（5）通过实验后的收获与体会及对实验的改进意见和见解

二、实验目的：

通过自己编程来实现各类操作系统算法，进一步理解操作系统的概念及含义，提高对操作系统的认识，同时提高自己的动手实践能力。加强我们对各类算法的理解。

三、实验内容：

1、实现页面替换算法

（1）FIFO 先进先出页面替换算法

（2）LRU最近最少使用页面替换算法

（3）LFU最少使用频率页面替换算法

2、银行家算法

3、实现驱动调度算法

（1）先来先服务算法

（2）电梯算法

（3）扫描算法

4、实现处理器调度

（1）先进先出处理器调度

（2）时间片轮转法

（3）优先级调度

四、实验原理：

1、页面替换算法

先进先出页面置换算法：该算法总是淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面加以淘汰。将已调入内存的页面按先后次序链接成一个队列，将最先调入的页面与新页面进行置换

最近最久未使用置换算法：该算法是利用“最近的过去”作为“最近的将来”，将最近最久未使用的页面加以淘汰。将已调入内存的页面按先后顺序链接成一个队列，为每一个页面增加一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来所经历的是时间t，当需淘汰一个页面时，选择现有页面中其t值最大，即最近最久未使用的页面加以淘汰

2、银行家算法

先对用户提出的请求进行合法性检查，即检查请求的是不大于需要的，是否不大于可利用的。若请求合法，则进行试分配。最后对试分配后的状态调用安全性检查算法进行安全性检查。若安全，则分配，否则，不分配，恢复原来状态，拒绝申请。

3、驱动调度算法

先进先出算法（FIFO）：总是严格按时间顺序对磁盘请求予以处理。算法实现简单、易于理解并且相对公平，不会发生进程饿死现象。但该算法可能会移动的柱面数较多并且会

经常更换移动方向，效率有待提高

电梯调度算法：总是将一个方向上的请求全部处理完后，才改变方向继续处理其他请求。

扫描算法（scan algorithm）：总是从最外向最内（或最内向最外）进行扫描，然后在从最内向最外（或最外向最内）扫描。该算法与电梯调度算法的区别是电梯调度在没有最外或最内的请求时不会移动到最外或最内柱面。

4、处理器调度算法

先进先出处理器调度：按照作业进入系统后备工作队列的先后次序来挑选作业,先进入系统的作业将优先被挑选进入主存,创建用户进程,分配所需资源,然后移入就绪队列。

时间片轮转法调度算法：调度次序每次把CPU分配给就绪队列进程/线程使用规

定的时间间隔，就绪队列中每个进程/线程轮流的运行一个时间片，当时间片耗尽时，就强迫当前运行进程/线程让出处理器，转而排列到就绪队列尾部，等候下一轮调度。

优先级调度：根据确定的优先级来选取进程/线程，总是选择就绪队列中的优先

级最高者投入运行，即优先级越高，先被调用。

五、数据结构设计

对操作系统的各类算法设计数据结构如下：

页面替换算法：void FIFO()；void LRU()；void LFU()；

银行家算法：void Init()初始化算法

void Bank()银行家算法

bool Safe()安全性算法

驱动调度算法：

struct MagneticHead//磁头构成{

int site;

int count;

bool direct;

}；

struct Range//磁盘磁道范围

{

int mStart;

int mEnd;

};

struct RequestList//请求序列

{

int site;

bool state;

};

struct Data//基本数据集合{

MagneticHead magneticHead;

RequestList *requestList;

int *executeList;

Range range;

int length;

};

处理器调度：

typedef struct pcb//时间片轮转法

{

char pname[N];

int runtime;

int arrivetime;

char state;

struct pcb*next;

}PCB;

typedef struct PCB1//先进先出服务

{

char ID[3];//进程号

char name[10];//进程名

char state;//运行状态

floatarrivetime;//到达时间

floatstarttime;//进程开始时间

floatfinishtime;//进程结束时间

floatservicetime;//服务时间

float turnaroundtime;//周转时间

float weightedturnaroundtime;//带权周转时间

struct PCB1 *next;//指向下个进程

}pcb1;

struct pcb2 {优先级调度

char name[10];

char state;

int super;

int ntime;

int rtime;

struct pcb2* link;

}*ready=NULL,*d;

typedef struct pcb2 PCB2;

六、课程设计总结

在本次课程设计中，就是讲平时所做的实验结合起来，实现操作系统的各类算法，了解操作系统的运行原理以及其基本概念，更好的将操作系统的原理很好的展现出来。同时，在本次实验中遇到了很多问题，需要我们仔细的检查和修改。其次，实验中为了能更好的体现各类算法的运行情况，需要做一个清晰的界面，以能清楚地看出运行结果。

第四篇：操作系统课程设计

操作系统课程设计

注意事项：

0.请每位同学必须按时提交课程设计报告（包括电子版和纸质版），算入期末成绩

1.在三个题目中选择一个

2.如果选择题目

（一）进程调度算法，要求实现其中2个以上（包括2个）进程调度算法 3.如果选择题目

（二）银行家算法，要求能够判断系统的安全状态

4.如果选择题目

（三）页面调度算法，要求实现其中2个以上（包含2个）进程调度算法 5.报告应包含算法分析、实验截图、核心算法源代码，请各位同学认真对待，独立完成 6.提交要求：电子版（包括实验程序）请发至ropeal@163.com，纸质版请班长收齐，由班长统一在课堂上提交（并提交未交人员名单），截止时间第16周周三(2014.1.31)7.格式要求：

7.1 A4纸10页左右

7.2 封面请注明班级、姓名、学号、所选题目

7.3 电子版发送时，请打包成一个文件，将文件名设置为：学号+姓名+题目名称（如20130000张三进程调度算法课程设计），邮件主题同文件名

一、进程调度算法

1.1 实验目的： a、设计进程控制块PCB表结构，模拟实现进程调度算法：FIFO，静态优先级调度，时间片轮转调度，多级反馈队列调度。（实现其中之二）。* b、建立进程就绪队列。对不同算法编制入链子程序。c、编写一进程调度程序模拟程序。模拟程序只对PCB进行相应的调度模拟操作，不需要实际程序。* 由用户输入进程名和进程长度，然后按照短进程优先的进程处理顺序给出进程的排序。

1.2 实验原理 调度算法是指：根据系统的资源分配策略所规定的资源分配算法。1.2.1 先来先服务和短作业（进程）优先调度算法

1.先来先服务调度算法。先来先服务（FCFS）调度算法是一种最简单的调度算法，该算法既可用于作业调度，也可用于进程调度。FCFS算法比较有利于长作业（进程），而不利于短作业（进程）。由此可知，本算法适合于CPU繁忙型作业，而不利于I/O繁忙型的作业（进程）。

2.短作业（进程）优先调度算法。短作业（进程）优先调度算法（SJ/PF）是指对短作业或短进程优先调度的算法，该算法既可用于作业调度，也可用于进程调度。但其对长作业不利；不能保证紧迫性作业（进程）被及时处理；作业的长短只是被估算出来的。1.2.2 高优先权优先调度算法

1.优先权调度算法的类型。为了照顾紧迫性作业，使之进入系统后便获得优先处理，引入了最高优先权优先（FPF）调度算法。此算法常被用在批处理系统中，作为作业调度算法，也作为多种操作系统中的进程调度，还可以用于实时系统中。当其用于作业调度，将后备队列中若干个优先权最高的作业装入内存。当其用于进程调度时，把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程，此时，又可以进一步把该算法分成以下两种： 1)非抢占式优先权算法

2)抢占式优先权调度算法（高性能计算机操作系统）

2.优先权类型。对于最高优先权优先调度算法，其核心在于：它是使用静态优先权还是动态优先权，以及如何确定进程的优先权。3．高响应比优先调度算法

为了弥补短作业优先算法的不足，我们引入动态优先权，使作业的优先等级随着等待时间的增加而以速率a提高。该优先权变化规律可描述为：优先权=（等待时间+要求服务时间）/要求服务时间；即 =（响应时间）/要求服务时间 1.2.3 基于时间片的轮转调度算法

1.时间片轮转法。时间片轮转法一般用于进程调度，每次调度，把CPU分配队首进程，并令其执行一个时间片。当执行的时间片用完时，由一个记时器发出一个时钟中断请求，该进程被停止，并被送往就绪队列末尾；依次循环。2.多级反馈队列调度算法 多级反馈队列调度算法多级反馈队列调度算法，不必事先知道各种进程所需要执行的时间，它是目前被公认的一种较好的进程调度算法。其实施过程如下：

1)设置多个就绪队列，并为各个队列赋予不同的优先级。在优先权越高的队列中，为每个进程所规定的执行时间片就越小。

2)当一个新进程进入内存后，首先放入第一队列的末尾，按FCFS原则排队等候调度。如果他能在一个时间片中完成，便可撤离；如果未完成，就转入第二队列的末尾，在同样等待调度„„ 如此下去，当一个长作业（进程）从第一队列依次将到第n队列（最后队列）后，便按第n队列时间片轮转运行。3)仅当第一队列空闲时，调度程序才调度第二队列中的进程运行；仅当第1到第（i-1）队列空时，才会调度第i队列中的进程运行，并执行相应的时间片轮转。4)如果处理机正在处理第i队列中某进程，又有新进程进入优先权较高的队列，则此新队列抢占正在运行的处理机，并把正在运行的进程放在第i队列的队尾。

1．3 实验要求

a、使用模块化设计思想来设计； b、给出算法的流程图或伪码说明。c、学生可按照自身条件，随意选择采用的算法，（例如：采用冒泡法编写程序，实现短进程优先调度的算法）

d、进程调度程序模拟程序只对PCB进行相应的调度模拟操作，不需要实际程序。

1.4 算法简析 a、每个进程可有三个状态，并假设初始状态为就绪状态。b、为了便于处理，程序中的某进程运行时间以时间片为单位计算。各进程的优先数或轮转时间数以及进程需运行的时间片数的初始值均由用户给定。c、在优先数算法中，优先数可以先取值为（50-该进程所需时间），进程每执行一次，优先数减3，CPU时间片数（CPUtime）加1，* 进程还需要的时间片数（needtime）减1。在时间片轮转算法中，采用固定时间片

（即：每执行一次进程，该进程的执行时间片数为已执行了2个单位），这时，CPU时间片（CPUtime）数加2，* 进程还需要的时间片数（needtime）减2，并排列到就绪队列的尾上。

d、对于遇到优先数一致的情况，采用FIFO策略解决。

二、银行家算法

2.1 概述

2.1.1 设计目的1、了解多道程序系统中，多个进程并发执行的资源分配。

2、掌握死锁的产生的原因、产生死锁的必要条件和处理死锁的基本方法。

3、掌握预防死锁的方法，系统安全状态的基本概念。

4、掌握银行家算法，了解资源在进程并发执行中的资源分配策略。

5、理解死锁避免在当前计算机系统不常使用的原因

2.2 关于死锁

2.2.1 死锁概念：

在多道程序系统中，虽可借助于多个进程的并发执行，来改善系统的资源利用率，提高系统的吞吐量，但可能发生一种危险━━死锁。所谓死锁(Deadlock),是指多个进程在运行中因争夺资源而造成的一种僵局(Deadly_Embrace),当进程处于这种僵持状态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。一组进程中，每个进程都无限等待被该组进程中另一进程所占有的资源，因而永远无法得到的资源，这种现象称为进程死锁，这一组进程就称为死锁进程。

2.2.2 关于死锁的一些结论：

参与死锁的进程最少是两个（两个以上进程才会出现死锁）

参与死锁的进程至少有两个已经占有资源

参与死锁的所有进程都在等待资源

参与死锁的进程是当前系统中所有进程的子集

注：如果死锁发生，会浪费大量系统资源，甚至导致系统崩溃。

2.2.3 资源分类：

永久性资源： 可以被多个进程多次使用（可再用资源），分为：可抢占资源与不可抢占资源

临时性资源：只可使用一次的资源；如信号量,中断信号，同步信号等（可消耗性资源）

“申请--分配--使用--释放”模式

2.2.4 产生死锁的四个必要条件：

1、互斥使用（资源独占）

一个资源每次只能给一个进程使用

2、不可强占（不可剥夺）

资源申请者不能强行的从资源占有者手中夺取资源，资源只能由占有者自愿释放

3、请求和保持（部分分配，占有申请）

一个进程在申请新的资源的同时保持对原有资源的占有（只有这样才是动态申请，动态分配）

4、循环等待

存在一个进程等待队列

{P1 , P2 , „ , Pn}，其中P1等待P2占有的资源，P2等待P3占有的资源，„，Pn等待P1占有的资源，形成一个进程等待环路

2.2.5 死锁的解决方案 1 产生死锁的例子

申请不同类型资源产生死锁

P1： „

申请打印机 申请扫描仪 使用

释放打印机 释放扫描仪 „ P2： „

申请扫描仪 申请打印机 使用

释放打印机 释放扫描仪 „

申请同类资源产生死锁（如内存）

设有资源R，R有m个分配单位，由n个进程P1,P2,„,Pn（n > m）共享。假设每个进程对R的申请和释放符合下列原则： * 一次只能申请一个单位 * 满足总申请后才能使用 * 使用完后一次性释放

m=2，n=3 资源分配不当导致死锁产生

2死锁预防: 定义:在系统设计时确定资源分配算法，保证不发生死锁。具体的做法是破坏产生死锁的四个必要条件之一

①破坏“不可剥夺”条件

在允许进程动态申请资源前提下规定，一个进程在申请新的资源不能立即得到满足而变为等待状态之前，必须释放已占有的全部资源，若需要再重新申请 ②破坏“请求和保持”条件

要求每个进程在运行前必须一次性申请它所要求的所有资源，且仅当该进程所要资源均可满足时才给予一次性分配 ③破坏“循环等待”条件 采用资源有序分配法：

把系统中所有资源编号，进程在申请资源时必须严格按资源编号的递增次序进行，否则操作系统不予分配。

2.2.6 安全状态与不安全状态

安全状态： 如果存在一个由系统中所有进程构成的安全序列P1，„Pn，则系统处于安全状态。一个进程序列{P1，„，Pn}是安全的，如果对于每一个进程Pi(1≤i≤n），它以后尚需要的资源量不超过系统当前剩余资源量与所有进程Pj(j < i)当前占有资源量之和，系统处于安全状态(安全状态一定是没有死锁发生的)。

不安全状态:不存在一个安全序列，不安全状态一定导致死锁。

2.3 数据结构设计

1.可利用资源向量矩阵AVAILABLE。这是一个含有m个元素的数组，其中的每一个元素代表一类可利用的资源数目，其初始值是系统中所配置的该类全部可用资源的数目，其数值随该类资源的分配和回收而动态地改变。如果AVAILABLE [j]= K，则表示系统中现有R类资源K个

2.最大需求矩阵MAX。这是一个n*m的矩阵，用以表示每一个进程对m类资源的最大需求。如果MAX [i,j]=K，则表示进程i需要R类资源的数目为K。

3.分配矩阵ALLOCATION。这也是一个n*m的矩阵，它定义了系统中每一类资源当前已分配给每一进程的资源数。如果ALLOCATION [i,j]=K，则表示进程i当前已分得R类资源的数目为K。

4.需求矩阵NEED。这也是一个n*m的矩阵，用以表示每一个进程尚需的各类资源数。如果NEED [i,j]=K，则表示进程i还需要R类资源K个，才能完成其任务。上述矩阵存在下述关系：

NEED [i,j]= MAX[i,j]﹣ ALLOCATION[i,j]

2.4 算法的实现 2.4.1 初始化 由用户输入数据，分别对可利用资源向量矩阵AVAILABLE、最大需求矩阵MAX、分配矩阵ALLOCATION、需求矩阵NEED赋值。2.4.2 银行家算法

在避免死锁的方法中，所施加的限制条件较弱，有可能获得令人满意的系统性能。在该方法中把系统的状态分为安全状态和不安全状态，只要能使系统始终都处于安全状态，便可以避免发生死锁。

银行家算法的基本思想是分配资源之前,判断系统是否是安全的;若是,才分配。它是最具有代表性的避免死锁的算法。

设进程cusneed提出请求REQUEST [i]，则银行家算法按如下规则进行判断。(1)如果REQUEST [cusneed] [i]<= NEED[cusneed][i]，则转(2)；否则，出错。

(2)如果REQUEST [cusneed] [i]<= AVAILABLE[cusneed][i]，则转(3)；否则，出错。(3)系统试探分配资源，修改相关数据： AVAILABLE[i]-=REQUEST[cusneed][i];ALLOCATION[cusneed][i]+=REQUEST[cusneed][i];NEED[cusneed][i]-=REQUEST[cusneed][i];(4)系统执行安全性检查，如安全，则分配成立；否则试探险性分配作废，系统恢复原状，进程等待。

2.4.3 安全性检查算法

(1)设置两个工作向量Work=AVAILABLE;FINISH(2)从进程集合中找到一个满足下述条件的进程，FINISH==false;NEED<=Work;如找到，执行(3)；否则，执行(4)(3)设进程获得资源，可顺利执行，直至完成，从而释放资源。

Work+=ALLOCATION;Finish=true;GOTO 2(4)如所有的进程Finish= true，则表示安全；否则系统不安全。

三、页面调度算法 3.1 实验名称

页式虚拟存储管理：页面调度算法 3.2 实验目的

页式虚拟存储器实现的一个难点是设计页面调度（置换）算法，即将新页面调入内存时，如果内存中所有的物理页都已经分配出去，就要按某种策略来废弃某个页面，将其所占据的物理页释放出来，供新页面使用。本实验的目的是通过编程实现几种常见的页面调度（置换）算法，加深读者对页面思想的理解。3.3 实验原理

页面调度算法

目前有许多页面调度算法，本实验主要涉及先进先出调度算法、最近最少调度算法、最近最不常用调度算法。本实验使用页面调度算法时作如下假设，进程在创建时由操作系统为之分配一个固定数目物理页，执行过程中物理页的数目和位置不会改变。也即进程进行页面调度时只能在分到的几个物理页中进行。

下面对各调度算法的思想作一介绍。

<1> 先进先出调度算法

先进先出调度算法根据页面进入内存的时间先后选择淘汰页面，先进入内存的页面先淘汰，后进入内存的后淘汰。本算法实现时需要将页面按进入内存的时间先后组成一个队列，每次调度队首页面予以淘汰。

<2>最近最少调度算法

先进先出调度算法没有考虑页面的使用情况，大多数情况下性能不佳。根据程序执行的局部性特点，程序一旦访问了某些代码和数据，则在一段时间内会经常访问他们，因此最近最少用调度在选择淘汰页面时会考虑页面最近的使用，总是选择在最近一段时间以来最少使用的页面予以淘汰。算法实现时需要为每个页面设置数据结构记录页面自上次访问以来所经历的时间。

<3>最近最不常用调度算法

由于程序设计中经常使用循环结构，根据程序执行的局部性特点，可以设想在一段时间内经常被访问的代码和数据在将来也会经常被访问，显然这样的页面不应该被淘汰。最近最不常用调度算法总是根据一段时间内页面的访问次数来选择淘汰页面，每次淘汰访问次数最少的页面。算法实现时需要为每个页面设置计数器，记录访问次数。计数器由硬件或操作系统自动定时清零。

缺页调度次数和缺页中断率、缺页置换率计算

缺页中断次数是缺页时发出缺页中断的次数。

缺页中断率=缺页中断次数/总的页面引用次数*100%

缺页调度次数是调入新页时需要进行页面调度的次数

缺页置换率=缺页调度次数/总的页面引用次数*100% 3.4 实验内容

（1）设计程序实现以上三种页面调度算法，要求：

①.可以选择页面调度算法类型；

②.可以为进程设置分到物理页的数目，设置进程的页面引用情况，可以从键盘输入页面序列，也可从文件中读取；

③.随时计算当前的页面调度次数的缺页中断率；

④.使用敲键盘或响应WM-TIMER的形式模仿时间的流逝；

⑤.以直观的的形式将程序的执行情况显示在计算机屏幕上；

⑥.存盘及读盘功能，可以随时将数据存入磁盘文件，供以后重复实验时使用。

（2）假定进程分配到3个物理块，对于下面的页面引用序列：（test.txt）

7-0-1-2-0-3-0-4-2-3-0-3-2-1-2-0-1-7-0-1

请分别用先进和先出调度算法，最近最少用调度算法，最近最不常用调度算法计算缺页中断次数，缺页中断率和缺页调度次数、缺页置换率。

再假定进程分配到4、5个物理块，重复本实验。

（3）假定进程分配到3个物理块，对于下面的页面引用序列：（test2.txt）

4-3-2-1-4-3-5-4-3-2-1-5-0-7-3-8-9-0-2-1-4-7-3-9

请分别用先进先出调度算法、最近最少用调度算法，最近最不常用调度算法计算缺页中断次数，缺页中断率和缺页调度次数、缺页置换率。

再假定进程分配到4、5个物理块，重复本实验。

（4）假定进程分配到3个物理块，使用程序的动态页面序列生成算法，生成一个页面序列，将此序列存入磁盘文件。再从磁盘文件读入该序列，用程序分别计算三种算法下的缺页中断次数、缺页中断率和缺页调度次数、缺页置换率。

第五篇：操作系统课程设计

湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

（操作系统课程设计）

连续动态分区内存

管理模拟实现

学生姓名： 韩 慧 学生学号： 031140312 班 级： 031140--3 0311401、02、03、04班制

二〇一三年十二月 湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

目录

《操作系统》课程设计.......................................................1 引言......................................................................3 课程设计目的和内容......................................................3 需求分析.........................................................................3 概要设计...................................................................3 开发环境........................................................................4 系统分析设计.....................................................................4 有关了解内存管理的相关理论..................................................4 内存管理概念........................................................................4 内存管理的必要性..............................................................4 内存的物理组织.............................................................4 什么是虚拟内存.................................................................5 连续动态分区内存管理方式...................................................5 单一连续分配（单个分区)...................................................5

固定分区存储管理...............................................................5 可变分区存储管理（动态分区）..............................................5 可重定位分区存储管理........................................................5 问题描述和分析....................................................................6 程序流程图........................................................................6 数据结构体分析..................................................................8 主要程序代码分析...............................................................9 分析并实现四种内存分配算法.................................................11 最先适应算.....................................................................11 下次适应分配算法..........................................................13 最优适应算法...............................................................16 最坏适应算法...............................................................18 回收内存算法................................................................20 调试与操作说明.................................................................22

初始界面.......................................................................22 模拟内存分配...............................................................23

已分配分区说明表面............................................................24 空闲区说明表界面.............................................................24 回收内存界面.....................................................................25 重新申请内存界面..........................................................26.总结与体会......................................................................28 湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

参考文献.........................................................................28

引言

操作系统是最重要的系统软件，同时也是最活跃的学科之一。我们通过操作系统可以理解计算机系统的资源如何组织，操作系统如何有效地管理这些系统资源，用户如何通过操作系统与计算机系统打交道。

存储器是计算机系统的重要组成部分，近年来，存储器容量虽然一直在不断扩大，但仍不能满足现代软件发展的需要，因此，存储器仍然是一种宝贵而又紧俏的资源。如何对它加以有效的管理，不仅直接影响到存储器的利用率，而且还对系统性能有重大影响。而动态分区分配属于连续分配的一种方式，它至今仍在内存分配方式中占有一席之地。

课程设计目的和内容：

理解内存管理的相关理论，掌握连续动态分区内存管理的理论；通过对实际问题的编程实现，获得实际应用和编程能力。

编写程序实现连续动态分区内存管理方式，该程序管理一块虚拟内存，实现内存分配和回收功能。分析并实现四种内存分配算法，即最先适应算法，下次最先适应算法，最优适应算法，最坏适应算法。内存分配算法和回收算法的实现。

需求分析

动态分区分配是根据进程的实际需要，动态地为之分配内存空间。在实现动态分区分配时，将涉及到分区分配中所用的数据结构、分区分配算法和分区的分配和回收操作这样三个问题。常用的数据结构有动态分区表和动态分区链。在对数据结构有一定掌握程度的情况下设计合理的数据结构来描述存储空间，实现分区存储管理的内存分配功能，应该选择最合适的适应算法（首次适应算法，最佳适应算法，最后适应算法，最坏适应算法），在动态分区存储管理方式中主要实现内存分配和内存回收算法，在这些存储管理中间必然会有碎片的产生，当碎片产生时，进行碎片的拼接等相关的内容

概要设计

本程序采用机构化模块化的设计方法，共分为四大模块。⑴最先适应算法实现

从空闲分区表的第一个表目起查找该表，把最先能够满足要求的空闲区分配给作业，这种方法目的在于减少查找时间。为适应这种算法，空闲分区表（空闲区链）中的空闲分区要按地址由低到高进行排序。该算法优先使用低址部分空闲区，在低址空间造成许多小的空闲区，在高地址空间保留大的空闲区。⑵下次适应分配算法实现 湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

该算法是最先适应算法的变种。在分配内存空间时，不再每次从表头（链首）开始查找，而是从上次找到空闲区的下一个空闲开始查找，直到找到第一个能满足要求的的空闲区为止，并从中划出一块与请求大小相等的内存空间分配给作业。该算法能使内存中的空闲区分布得较均匀。⑶最优适应算法实现

它从全部空闲区中找出能满足作业要求的、且大小最小的空闲分区，这种方法能使碎片尽量小。为适应此算法，空闲分区表（空闲区链）中的空闲分区要按从小到大进行排序，自表头开始查找到第一个满足要求的自由分区分配。⑷最坏算法实现

最坏适应分配算法要扫描整个空闲分区或链表，总是挑选一个最大的空闲分区分割给作业使用。该算法要求将所有的空闲分区按其容量从大到小的顺序形成一空闲分区链，查找时只要看第一个分区能否满足作业要求。

开发环境：

win7 下 VC++6.0 系统分析设计：

相关算法原理，算法流程图，涉及的数据结构内容都相应包含在各章节中

有关了解内存管理的相关理论

内存管理概念：

内存管理，是指软件运行时对计算机内存资源的分配和使用的技术。其最主要的目的是如何高效，快速的分配，并且在适当的时候释放和回收内存资源。内存不是预先划分好的，而是在系统运行的过程中建立分区.当作业装入主存时，根据作业所需要的主存容量查看是否有足够的主存空间，若有则按需要分割一个分区给该作业；否则令该作业等待.分区长度不固定分区个数不固定。这种存储管理的方法克服了固定分区严重浪费主存的问题，提高了主存资源的利用率。

内存管理的必要性：

内存管理对于编写出高效率的 Windows 程序是非常重要的，这是因为Windows 是多任务系统，它的内存管理和单任务的 DOS 相比有很大的差异。DOS是单任务操作系统，应用程序分配到内存后，如果它不主动释放，系统是不会对它作任何改变的；但 Windows 却不然，它在同一时刻可能有多个应用程序共享内存，有时为了使某个任务更好地执行，Windows 系统可能会对其它任务分配的内存进行移动，甚至删除。因此，我们在 Windows 应用程序中使用内存时，要遵循Windows 内存管理的一些约定，以尽量提高 Windows 内存的利用率。湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

1.3 内存的物理组织：

物理地址：

把内存分成若干个大小相等的存储单元，每个存储单元占 8 位，称作字节（byte）。每个单元给一个编号，这个编号称为物理地址（内存地址、绝对地址、实地址）。

二、物理地址空间： 物理地址的集合称为物理地址空间（主存地址空间），它是一个一维空间。

什么是虚拟内存：

虚拟内存是内存管理技术的一个极其实用的创新。它是一段程序（由操作系统调度），持续监控着所有物理内存中的代码段、数据段，并保证他们在运行中的效率以及可靠性，对于每个用户层（user-level）的进程分配一段虚拟内存空间。当进程建立时，不需要在物理内存件之间搬移数据，数据储存于磁盘内的虚拟内存空间，也不需要为该进程去配置主内存空间，只有当该进程被被调用的时候才会被加载到主内存。

连续动态分区内存管理方式的实现

在早期的操作系统中，主存分配广泛采用连续分配方式。连续分配方式，是指为一个用户程序分配一个连续的内存空间，该连续内存空间指的的是物理内存。下面介绍连续分配的四种方式。

单一连续分配（单个分区）

最简单的存储管理方式，用于多道程序设计技术之前。内存分为系统区和用户区，系统区由操作系统使用。用户区作为一个连续的分区分配给一个作业。分区存储管理是满足多道程序设计的最简单的一种存储管理方法，它允许多 4个用户程序同时存在系统内存中，即共享内存空间。按分区划分方式可分为固定分区和可变分区。

固定分区存储管理

把内存的用户区预先划分成多个分区，每个分区大小可以相同，也可以不同。（分区的划分由计算机的操作员或者由操作系统给出，并给出主存分配表）分区个数固定，分区的大小固定。一个分区中可装入一个作业，作业执行过程中不会改变存放区域。早期的 IBM 的 OS/MFT（具有固定任务数的多道程序系统）采用了这种固定分区的方法。

可变分区存储管理（动态分区）

内存不是预先划分好的，而是在系统运行的过程中建立分区.当作业装入主存时，根据作业所需要的主存容量查看是否有足够的主存空间，若有则按需要分割一个分区给该作业；否则令该作业等待。分区长度不固定分区个数不固定。这种存储管理的方法克服了固定分区严重浪费主存的问题，提高了主存资源的利用率。ＩＢＭ操作系统ＯＳ／ＭＶＴ采用可变分区存储管理。湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

可重定位分区存储管理

解决碎片问题的一种简单方法是采用可重定位分区分配.。其中心思想是，把不同程序，且在内存中地址不连续的想法让他们连续。

例：内存中现有 3 个空闲区，现有一作业到达，要求获得 30k 内存空间，没有分区满足容量要求，若想把作业装入，可将内存中所有作业进行移动，这样把原来分散的空闲区汇集成一个大的空闲区。将内存中的作业进行移动使它们连接在一起把原来分散的多个小分区拼接成一个大的空闲区.这个过程称为”紧凑”或”移动”。需解决的问题:每次”紧凑”后程序或数据装入的物理地址变化采用动态重定位。

问题描述和分析

系统应利用某种分配算法，从空闲分区链表中找到所需大小的分区，如果空闲分区大小大于请求分区大小，则从该分区中按改请求的大小划分出一块内存空间大小划分出一块内存空间分配出去，余下的部分仍留在空闲链表中。然后，将分配区的首址返回给调用者。

当进程运行完毕师范内存时，系统根据回收区的首址，从空闲区中找到相应的插入点，此时可能出现以下四种情况之一：

⑴该空闲区的上下两相邻分区都是空闲区：将三个空闲区合并为一个空闲区。新空闲区的起始地址为上空闲区的起始地址，大小为三个空闲区之和。空闲区合并后，取消可用表或自由链中下空闲区的表目项或链指针，修改上空闲区的对应项。

⑵该空闲区的上相邻区是空闲区：将释放区与上空闲区合并为一个空闲区，其起始地址为上空闲区的起始地址，大小为上空闲区与释放区之和。合并后，修改上空闲区对应的可用表的表目项或自由链指针。

⑶该空闲区的下相邻区是空闲区：将释放区与下空闲区合并，并将释放区的起始地址作为合并区的起始地址。合并区的长度为释放区与下空闲区之和。同理，合并后修改可用表或自由链中相应的表目项或链指针。

⑷两相邻区都不是空闲区：释放区作为一个新空闲可用区插入可用表或自由链。

程序流程图

内存分配流程图，如图

湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

从头开始查表检索完否？NY返回分区大小>所需大小N继续检索下一个表项Y分区大小-所需大小<=不可再分割大小N从该分区中划出所需大小的新分区Y将该分区从链中移出将该分区分配给请求者修改有关数据结构返回

内存回收流程图，如图

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开始判断空闲区上下内存情况上为空下为空上下都为空上下都不为空将上面的空闲区合并，并回收将下面的空闲区合并，并回收将上下的空闲区合并，并回收直接将其回收结束 数据结构体分析

⑴进程属性结构体 typedef struct readyque { char name[10];int size;}readyque,*readyqueue;⑵空闲链表结构体 typedef struct idlyspace { int from;int size;idlyspace * next;}idlyspace,*idly;⑶已分配链表结构体 typedef struct busyspace { int from;readyque r;湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

busyspace * next;}busyspace,*busy

主要程序代码分析

⑴主函数//代码请添加适当的注释。int main(){ Is=(idly)malloc(sizeof(idlyspace));Is->from=0;Is->size=256;Is->next=NULL;Is2=Is;Bs=(busy)malloc(sizeof(busyspace));Bs->next=NULL;int t,t1;printf(“n.......................欢迎来到动态分区存储管理系统..................nn”);printf(“...........................请选择要执行的算法:...........................n”);printf(“.........................1.最先适应算法

...............................n”);printf(“.........................2.下次适应算法............................n”);printf(“..........................3.最优适应算法

...............................n”);printf(“.........................4.最坏适应算法................................n”);printf(“........................................................................n”);printf(“请输入您的选择:”);scanf(“%d”,&t);int i;while(i!=5){

printf(“........................................................................n”);

printf(“.........................操作菜单如下：（请选择）.......................n”);

printf(“..........................1.输入进程分配空间...........................n”);

printf(“.........................2.进程撤销回收空间...........................n”);

printf(“.........................3.输出所有空闲分区

..........................n”);

printf(“..........................4.输出所有已分配分区..........................n”);

printf(“..........................5.退

出..........................n”);

printf(“........................................................................n”);

scanf(“%d”,&i);

switch(i)

{

case 1:

switch(t)

{

case 1:

t1=FF();湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

break;

case 2:

t1=NF();

break;

case 3:

t1=BF();

break;

case 4:

t1=WF();

break;

default:

printf(“选择算法错误n”);

return 1;

}

if(t1)

printf(“分配空间成功n”);

else

printf(“分配空间失败n”);

break;

case 2:

t1=recover();

if(t1)

printf(“回收成功n”);

else

printf(“回收失败n”);

break;

case 3:

Isprint();

break;

case 4:

Bsprint();

break;

} } return 0;}

第三章 ：分析并实现四种内存分配算法

最先适应算法

空闲区按地址从小到大的次序排列。

分配：当进程申请大小为 SIZE 的内存时，系统顺序查找空闲区表（链），直到找到容量满足要求（≥SIZE）的空闲区为止。从该空闲区中划出大小为 SIZE的分区分配给进程，余下的部分仍作为一个空闲区，但要修改其首址和大小。湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

优点：这种算法是尽可能地利用低地址部分的空闲区，而尽量地保证高地址 6部分的大空闲区，有利于大作业的装入。

缺点:主存低地址和高地址分区利用不均衡。在低地址部分集中了许多非常小的空闲区碎片降低了主存的利用率。最先适应算法 int FF(){ int t=0;readyque D;printf““请输入进程名:””);scanf““%””,D.name);

printf““输入进程申请空间大小:””);scanf““%””,&D.size);

idly l=Is;int mt=256;busy b=Bs;idly min=NULL;while(l)

//寻找空闲表中大小满足申请进程所需大小并且起址最小的空闲结点

{

if(D.size<=l->size)

{

if(l->from

{ mt=l->from;min=l;t=1;

}

}

l=l->next;} if(mt!=256)

{

busy j;

j=(busy)malloc(sizeof(busyspace));

//如果找到则为进程分配空间

湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

j->from=min->from;

for(int i=0;i<10;i++)

{

j->r.name[i]=D.name[i];

}

j->r.size=D.size;

while(b->next)

{ if(b->next->fromfrom)

b=b->next;else

break;

}

j->next=b->next;

b->next=j;

min->from=min->from+D.size;

min->size=min->size-D.size;} return t;}

下次适应分配算法

最先适应算法的变种。

总是从空闲区上次扫描结束处顺序查找空闲区表（链），直到找到第一个满足容量要求的空闲区为止，分割一部分给作业，剩余部分仍作为空闲区。下次适应分配算法 int NF(){ int t=0;readyque D;printf““请输入进程名:””);scanf““%””,D.name);

湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

printf““输入进程申请空间大小:””);scanf““%””,&D.size);

int mt=256;idly l=Is2;idly min=NULL;busy b=Bs;while(l)//寻找空闲表中大小满足申请进程所需大小并且起址最小的空闲结点

{

if(D.size<=l->size)

{

if(l->from

{ mt=l->from;min=l;t=1;

}

}

l=l->next;} if(mt!=256)

{

busy j;

j=(busy)malloc(sizeof(busyspace));

j->from=min->from;

for(int i=0;i<10;i++)

{

j->r.name[i]=D.name[i];

}

j->r.size=D.size;

while(b->next)

{ if(b->next->fromfrom)

b=b->next;else

break;

//如果找到则为进程分配空间

湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

}

//将申请空间进程插入到已分配链表中

j->next=b->next;

b->next=j;

//修改相应空闲节点的起址和大小

min->from=min->from+D.size;

min->size=min->size-D.size;

Is2=min->next;

结点

t=1;

return t;}

l=Is;//l指向空闲表的头

while(l!=Is2)

{

if(D.size<=l->size)

{

if(l->from

{ mt=l->from;min=l;t=1;

}

}

l=l->next;} if(mt!=256){

busy j;

j=(busy)malloc(sizeof(busyspace));

j->from=min->from;

for(int i=0;i<10;i++)

{

//ls2指向修改结点的下一个

//循环查找 湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

j->r.name[i]=D.name[i];

}

j->r.size=D.size;

while(b->next)

{ if(b->next->fromfrom)

b=b->next;else

break;

}

j->next=b->next;

b->next=j;

min->from=min->from+D.size;

min->size=min->size-D.size;

Is2=min->next;

t=1;

return t;} return t;}

最优适应算法

空闲区按容量递增的次序排列。

分配：当进程申请存储空间，系统顺序查找空闲区表（链），直到找到第一个满足容量要求的空闲区为止。采用最优适应算法选中的空闲区是满足容量要求的最小空闲区。优点：选中的空闲区是满足容量要求的最小空闲区，而不致于毁掉较大的空闲区。

缺点：空闲区的大小一般与申请分区大小不相等，因此将其一分为二，留下来的空闲区一般情况下是很小的，以致无法使用。随着时间的推移，系统中的小空闲区会越来越多，从而造成存储空间的浪费。最优适应算法 int BF(){ int t=0;湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

readyque D;printf““请输入进程名:””);scanf““%””,D.name);

printf““输入进程申请空间大小:””);scanf““%””,&D.size);

idly l=Is;idly min=NULL;int mt=256;busy b=Bs;while(l)//在空闲链中寻找第一个大于所输入的进程大小的空闲块

{

if(D.size<=l->size)

{

if(l->size

{

mt=l->size;min=l;t=1;

}

}

l=l->next;} if(mt!=256)

{

busy j;

j=(busy)malloc(sizeof(busyspace));空间

j->from=min->from;

//申请分配用于存放进程的内存

//找到第一个满足要求的空闲块

//将第一个满足要求的空闲块（min）的首地址赋给j

for(int i=0;i<10;i++)

{

j->r.name[i]=D.name[i];16 湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

}

j->r.size=D.size;

while(b->next)

//按从小到大的顺序查找新进程在已分配区中的位置

{ if(b->next->fromfrom)

b=b->next;else

break;

}

j->next=b->next;

b->next=j;

min->from=min->from+D.size;

min->size=min->size-D.size;

} return t;}

最坏适应算法

为了克服最佳适应算法把空闲区切割得太小的缺点，人们提出了一种最坏适应算法，即每次分配时，总是将最大的空闲区切去一部分分配给请求者，剩余的部分仍是一个较大的空闲区。避免了空闲区越分越小的问题。要求空闲区按容量递减的顺序排列。

分配：进程申请存储区时，检查空闲区表（链）的第一个空闲区的大小是否满足要求，若不满足则令进程等待；若满足则从该空闲区中分配一部分存储区给用户，剩下的部分仍作为空闲区。最坏适应算法 int WF(){ int t=0;readyque D;printf““请输入进程名:””);scanf““%””,D.name);

printf““输入进程申请空间大小:””);

//将所输入的进程插入进程链

//改变该空闲块的起始地址 //改变该空闲块的剩余大小 湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

scanf““%””,&D.size);

//输入进程申请的空间大小

idly l=Is;//l指向空闲链表ls头

idly min=NULL;int mt=0;busy b=Bs;

//b指向已分配链表Bs头

//找到空闲分区中大小满足进程的请求且尺寸最大的结点

while(l){

if(D.size<=l->size)//判断进程所申请的大小是否小于空闲区的各结点大小

{

if(l->size>mt)

{ mt=l->size;min=l;//min指向空闲区中尺寸最大的结点

t=1;

}

}

l=l->next;} if(mt!=0)点

{

busy j;

j=(busy)malloc(sizeof(busyspace));

j->from=min->from;

for(int i=0;i<10;i++)

{

j->r.name[i]=D.name[i];

}

j->r.size=D.size;

//判断是否找到了空闲区的满足结

//l指向空闲链表下一个结点

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while(b->next)置

//寻找插入到已分配链表中的位

{ if(b->next->fromfrom)

b=b->next;else

break;

}

//把此进程结点j插入到已分配链表中

j->next=b->next;

b->next=j;

//修改空闲链表的相应结点的参数

min->from=min->from+D.size;

min->size=min->size-D.size;} return t;}

可变分区的回收

当某个进程释放某存储区时，系统首先检查释放区是否与系统中的空闲区相邻若相邻则把释放区合并到相邻的空闲区去，否则把释放区作为一个空闲区插入到空闲表的适当位置。

释放区与空闲区相邻的四种情况。

（1）释放区与前空闲区相邻：把释放区与前空闲区合并到一个空闲区。其首址仍为前空闲区首址，大小为释放区大小与空闲区大小之和。

（2）释放区与后空闲区相邻：则把释放区合并到后空闲区，其首地址为释放区首地址，大小为二者之和。

（3）释放区与前后两空闲区相邻：这三个区合为一个空闲区，首地址为前空闲区首址，大小为这三个空闲区之和，并取消后空闲区表目。

（4）释放区不与任何空闲区相邻：将释放区作为一个空闲区，将其大小和首址插入到空闲区表的适当位置。

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回收内存算法

int recover(){ readyque D;printf““请输入想要回收的进程名””);

scanf““%””,D.name);

busy b=Bs;idly l=Is;while(b->next)链表中

{

bool yo=1;

for(int i=0;i<10;i++)

{

if(b->next->r.name[i]==D.name[i])yo=yo*1;

else yo=0;

}

//如果在已分配链表中则释放该结点所占空间

if(yo)

{

int t=b->next->from;

int ts=b->next->r.size;

//查找输入的进程名是否在已分配湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

while(l)

{ if(l->from>t+ts)不邻接

{ idly tl;tl=(idly)malloc(sizeof(idlyspace));tl->from=t;tl->size=ts;tl->next=l;Is=tl;break;} if(l->from==t+ts)

l->from=t;

l->size=l->size+ts;

busy tb=b->next;

b->next=b->next->next;

free(tb);

return 1;}

if(l->from+l->size

idly tl;

tl=(idly)malloc(sizeof(idlyspace));

tl->from=t;

tl->size=ts;

tl->next=l->next;

l->next=tl;

break;}

else if(l->from+l->size==t)

//所回收进程与空闲结点上邻接 {

//所回收进程与空闲结点上下都不邻接

//所回收进程与空闲结点下邻接 {

//所回收进程与空闲结点上下都 21 湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

l->size=l->size+ts;

if(l->from+l->size==l->next->from)接

{

l->size=l->size+l->next->size;

idly tm=l->next;

l->next=l->next->next;

freI);

}

br

l=l->next;

}

//从已分配链表中释放所回收进程

busy tb=b->next;

b->next=b->next->next;

free(tb);

return 1;

}

b=b->next;} printf(“没找到这”进程n”);return 0;}

//所回收进程与空闲结点上下都邻调试与操作说明

初始界面

程序初始界面，有四个块选择，选择要执行的算法，调试以最坏算法为例，如图

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选择最坏适应算法，如图

模拟内存分配

给进程a分配内存20，如图

湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

已分配分区说明表界面

同理，给进程b分配内存30，给进程c分配内存40，给进程d分配50，给进程e分配60，如图

空闲分区说明表界面 湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

查看空闲分区，如图

回收内存界面

回收进程b和d所占内存，如图

已分配分区说明表和空闲分区说明表 如图 湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

重新申请内存界面

再为新进程i分配内存30，如图

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根据最坏适应算法结合图所示可知，该算法将会从空闲分区表中选择一块最大的内存空间分配给进程i，从图也可看出该模拟算法实现了最坏适应算法

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总结与体会

本次做的课题是动态分区分配算法实现，此次课程设计成功实现了内存分配和内存回收，内存分配中包含了四种算法，分别是首次适应算法，循环首次适应算法，最佳适应算法和最坏适应算法。经编码调试，表明该程序模块是有效可行的。

通过这门课程的学习让我充分了解了内存管理的机制实现，从而更深一步的的对计算机

有了很多了解，这对于以后我们的研究和学习计算机系统起到了很重要的作用。

对于本次论文制作，自己的编程能力有所提高，对操作系统内存分配，存储空间的回收都有全新的认识。

在这次操作系统课程设计中，我使用了c++编写系统软件，对os中可变分区存储管理有了深刻的理解，但是过程中遇到了很多困难，一边做一边学，对c++有了比较多的理解。

实验中遇到很多问题，浪费了很多时间，总而言之是自己学习还不够好，不扎实，希望在以后学习中加以改善，学到更多知识。

参考文献

【1】 汤子瀛，哲凤屏，汤小丹.计算机操作系统.西安：西安电子科技大学出版社，2001.。湖北民族学院信息工程学院11级计算机专业操作系统课程设计

【2】 任爱华.操作系统实用教程.北京：清华大学出版社，2001。