基于Java实现计算机内存管理模拟系统【100013116】

# 操作系统内存管理项目: # 计算机内存管理模拟系统 # 一、分析 ## 1.1 项目目的 - 加深对动态分区存储管理方式及其实现过程的理解。 - 加深对请求调页系统的原理和实现过程的理解。 - 进一步掌握动态分区中的首次适应算法和最佳适应算法。 - 进—步掌握请求分区置换算法，本系统实现了 FIFO 和 LRU 两种算法 - 通过设计图形界面对计算机内存管理过程进行模拟。 ## 1.2 项目功能要求 **动态分区分配方式的模拟：** 要求:假设初始态下，可用内存空间为 640K，并有下列请求序列，请分别用首次适应算法和最佳适应算法进行内存块的分配和回收，并显示出每次分配和回收后的空闲分区链的情况来。 给定任务列表： - 作业 1 丰请 13OK - 作业 2 申请 6OK - 作业 3 申请 100k - 作业 2 释放 6OK - 作业 4 申请 200K - 作业 3 释放 100K - 作业 1 释放 130K - 作业 5 申请 140K 作业 6 申请 60K - 作业 7 申请 50K **请求调页存储管理方式模拟：** **内容**: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。 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。 ### 题目分析 根据题目要求，系统需要模拟的计算机功能分为动态分区和请求分区两种，这两种从实现方法的角度又能各自分为两种，相当于系统需要执行四种算法，输出相应的结果，并通过相应的界面将模拟过程和结果进行呈现。 系统设计的基本思路，是用户可通过 button 按钮自由选择模拟内容，系统监听鼠标点击后跳转到相应的模拟页面。 # 二、设计 ## 2.1 类结构设计 按照之前的分析，系统的类结构只设计了两种:一类是界面，另一类用来存放对象。由于整个系统需要四个模拟结果页面、选择"FF 还是 BF 算法"的子页面、选择"FIFO 还是 LRU"算法的子页面和选择“动态模拟还是请求模拟"的主页面，而最终的模拟结果页面两两类似，可以只用两个页面类分别呈现动态分区和请求分区的结果，所以系统总共包含五个页面类，以及存储进程对象的 Process 类和存储块对象的 Block 类。 系统的类结构总体比较简单，类总要只有七个，它们以页面跳转为脉络，相互衔接方便用户点选。 ## 2.2 成员操作设计 在本 Java 系统中，Process 类与 Block 类相当于 C 语言中的结构体，充当自定义类型的作用。除此以外，其他的五个页面类具有许多类似的成员操作，这里将它们总体概述。 页面类的主要操作为绘制页面和执行算法。绘制页面即绘制系统为满足用户需要设置的标签、按钮等，按钮分别对应鼠标监听，所以五个页面都包含响应鼠标监听、跳转到下一页面的操作，以除了主页面外的所有页面都包含的“返回"键为例: ```c++ 类中:JButton jb=null; 构造函数中︰jb=new JButton("返回""); jb.addActionListener(this);//加入事件监听 public void actionPerformed(ActionEvent e){ if(e.getActionCommand()=="返回"){ this.dispose(); ) } ``` ## 2.3 界面设计 模拟系统的界面设计较为简单，使用 Java.swing 中不同的布局方式将标签、按钮、文本框和表格等元素铺排在 JFrame 窗口。主页面和选择算法页面尺寸较小，只包涵两个选择按钮和一个返回按钮，简单清晰，在动态分布模拟结果界面，系统使用两个表格呈现 1~11 步之后的内存情况，在请求分区模拟结果页面，系统使用两个文本域展示产生的 320 个随机数和对应的调用页面，用两个文本框呈现缺页数和缺页率。 由于页面总数较少，所有的页面图片将在后面的部分呈现。 ### 2.3.1 算法设计 动态分布模拟算法包括 FF 和 BF，由于这两种方法的回收方式是相同的，所以系统用三个函数来实现这两种算法，它们是 BF 分配、FF 分配和 Free 回收函数。 请求分区模拟算法包括 FIFO 和 LRU，函数设计分为随机数生成、初始化块、Exist、Space 等。 部分核心代码片段将在下一部分给出。 # 三、实现 ## 3.1 FF 实现 ```c++ static void FF(int number, int size, int task) { Process date = new Process(); date.number = number; date.length = size; int i; for ( i = 0; i < list.size(); i++) { if (date.length <= ((Process)list.get(i)).length && ((Process)list.get(i)).flag == 0) { break; } } if (i == list.size()) { System.out.println("没有足够的内存进行分配"); } if (((Process)list.get(i)).length - date.length <= 4 && i != list.size() - 1 ) { Process)list.get(i)).number = date.number; Process)list.get(i)).flag = 1; } else { date.flag = 1; Process)list.get(i)).length -= date.length; date.startAddress = ((Process)list.get(i)).startAddress; Process)list.get(i)).startAddress += date.length; list.add(i, date); } disPlay(task); } ``` ## 3.2 BF 实现 ```c++ static void BF(int number, int size,int task) { Process date = new Process(); date.number = number; date.length = size; int m, j; Process target = new Process(); for (m = 1; m < list.size()-1; m++) { = m; target.number = ((Process)list.get(m)).number; target.flag = ((Process)list.get(m)).flag; target.length = ((Process)list.get(m)).length; target.startAddress = ((Process)list.get(m)).startAddress; while(j>0 && ((Process)list.get(j-1)).length>target.length) { Process)list.get(j)).number = ((Process)list.get(j-1)).number; Process)list.get(j)).flag = ((Process)list.get(j-1)).flag; Process)list.get(j)).length = ((Process)list.get(j-1)).length; Process)list.get(j)).startAddress = Process)list.get(j-1)).startAddress + ((Process)list.get(j)).length; j--; } Process)list.get(j)).number = target.number; ((Process)list.get(j)).length = target.length; Process)list.get(j)).flag = target.flag; Process)list.get(j)).startAddress = target.startAddress- Process)list.get(j+1)).length; } int i; for ( i = 0; i < list.size(); i++) { if (date.length <= ((Process)list.get(i)).length && ((Process)list.get(i)).flag == 0) { //当有合适的内存，且未被利用 break; } } if (i == list.size()) { } if (((Process)list.get(i)).length - date.length <= 4 && i != list.size() - 1 ) { Process)list.get(i)).number = date.number; Process)list.get(i)).flag = 1; } else { //分片分配内存 date.flag = 1; Process)list.get(i)).length -= date.length; date.startAddress = ((Process)list.get(i)).startAddress; ((Process)list.get(i)).startAddress += date.length; list.add(i, date); } disPlay(task); } ``` ## 3.3 FIFO 实现 ```c++ void FIFO() { Rand(); initiate(); int exist, space, position; int curpage; for (int i = 0; i < 320; i++) { pc = temp[i]; cu