精选_毕业设计_基于JAVA的内存管理模拟_完整源码

# 基于JAVA的内存管理模拟 # 一、需求分析 为了更好地理解操作系统内存分配和管理的过程和机制，决定通过编程模拟操作系统内存分配的过程，以更好的理解操作系统内存分配过程中的具体执行流程。 题目描述如下： 编写一个程序，包括两个线程，一个线程用于模拟内存分配活动，另一个用于跟踪第一个线程的内存行为，要求两个线程之间通过信号量实现同步，模拟内存活动的线程可以从一个文件中读出要进行的内存操作。每个内存操作包含如下内容： - 时间：每个操作等待时间 - 块数：分配内存的粒度 - 操作：包括保留一个区域、提交一个区域、释放一个区域、回收一个区域、加锁与解锁一个区域。可将它们的编号放置于一个文件中 - 保留是指保留进程的虚地址空间，而不分配物理地址空间 - 提交是指在内存中分配物理地址空间 - 回收是指释放物理地址空间，而保留进程的虚地址空间 - 释放是指将进程的物理地址与虚拟地址空间全部释放 - 大小：块的大小 - 访问权限：共五种 PAGE\_READONLY, PAGE\_READWRIYE, PAGE\_EXEXUTE, PAGE\_EXEXUTE\_READ, PAGE\_EXEXUTE\_READWRIYE # 二、概要设计 根据题意，要实现两个线程，通过内存分配线程从操作文件中读取操作参数，实现模拟内存分配的过程，监听线程则监视内存分配线程的执行过程，对内存分配过程中的模拟内存详细信息进行输出。采用Java的Thread实现对线程的创建，并通过重写run()方法，来设定线程中的执行代码。 **内存分配线程流程图**  **内存监视线程流程图**  # 三、详细设计 ## 3.1 设计思想 进程的虚拟地址空间中也有三种状态的页面：空闲页面、保留页面和提交页面。空闲(Free)页面：空闲页面是指那些可以保留或提交的可用页面。保留(Reserved)页面：保留页面是逻辑页面已分配但没有分配物理存储的页面。设置这种状态的效果是可以保留一部分虚拟地址，这样，如果不预先释放这些地址，就不能被其他应用程序(如 Malloc，LocalAlloc 等)的操作所使用。试图读或写空闲页面或保留页面将导致页面出错异常。保留页面可被释放或提交。提交(Committed)页面：提交页面是物理存储(在内存中或磁盘上)已被分配的页面。可对它加以保护，不许访问或允许只读访问，或允许读写访问。提交也可以被回收以释放存储空间，从而变成保留页面。 在本项目中，首先执行Main类中main函数的makeOperationFile()方法生成随机输入文件，其中包含对内存要求作的各种操作；然后执行Main类中main函数的memoryOperation()方法，实现输入文件所要求的各项内存管理操作。 ## 3.2 模块设计 ### 3.2.1项目包类图  ### 3.2.2 成员类说明 - Main：程序入口，执行代码，主要有生成操作文件和执行内存分配程序两个入口 - MemoryBlock：内存块类，模拟代表内存分配的内存块，一个内存块中有多个内存页，记录着内存块起始地址，内存页数，内存页区域，操作权限和锁定状态 - MemoryHandler：内存分配处理类：通过对模拟内存块和模拟内存页的操作，模拟实现内存保留、提交、锁定、解锁、回收、释放六个操作 - MemoryMonitorThread：内存监听线程，和内存分配线程同步执行，实时输出内存分配状态到文件中 - MemoryPage：模拟内存页，包含了每个页面的内存大小，默认4K - MemoryThread：内存分配线程，和内存监视线程同步，通过读取操作文件中的操作记录实现对模拟内存的分配操作 - Mutex：内存分配线程和内存监视线程的同步信号量 - Operation：内存分配操作参数，包括内存操作大小，等待时间，操作权限，操作类型 - Trace：内存操作返回状态信息类，包括当前处理内存的虚拟地址和物理地址 - VirtualAddress：虚拟地址类，模拟实现内存的虚拟分页页号地址，包括地址其实页号，内存块页总数，内存块对应物理起始地址，操作权限，锁定状态，内存页空间 ### 3.2.3 内存分配线程主要执行代码： ```java @Override public void run() { MemoryHandler memory = MemoryHandler.getInstance(); for (int i = 0; i < operations.size(); i++) { synchronized (mutex) { // 信号量不为内存操作标记，等待 while (mutex.mutex != Mutex.MUTEX_MEMORY) { try { mutex.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } Operation operation = operations.get(i); // 等待 waitForTime(operation.getTime()); // 根据不同操作类型进行相应内存操作 switch (operation.getType()) { case 0:// 保留区域 // 操作 traces[i % 5].virtualAddress = memory.reserveMemory( operation.getBlock(), operation.getPermision()); // 输出相关信息 System.out.println("保留区域"); System.out.println(operation.toString()); System.out.println("开始页号："+ traces[i % 5].virtualAddress . .getStartPage() + ",结束页号：" + (traces[i % 5].virtualAddress.getStartPage() + traces[i % 5].virtualAddress.getBlock() - 1)); System.out.println("\n"); break; case 1:// 提交区域 if (traces[i % 5].virtualAddress != null) { // 操作 traces[i % 5].memoryBlock = memory.commitMemory(traces[i % 5].virtualAddress.getStartPage()); // 输出相关信息 System.out.println("提交区域"); System.out.println(operation.toString()); System.out.println("开始地址：" + traces[i % 5].memoryBlock.getStartAddress() + ",结束地址：" + (traces[i % 5].memoryBlock.getStartAddress() + traces[i % 5].memoryBlock.getBlock() * MemoryPage.PAGE_SIZE - 1)); System.out.println("\n"); } else System.out.println("当前没有待操作的虚拟内存地址！"); break; case 2:// 锁定区域 if (traces[i % 5].virtualAddress != null) { // 操作 memory.lockMemory(traces[i % 5].virtualAddress.getStartPage()); // 输出相关信息 System.out.println("锁定区域"); System.out.println(operation.toString()); System.out.println("开始地址：" + traces[i % 5].memoryBlock.getStartAddress() + ",结束地址：" + (traces[i % 5].memoryBlock.getStartAddress() + traces[i % 5].memoryBlock.getBlock() * MemoryPage.PAGE_SIZE - 1)); System.out.println("\n"); } else System.out.println("当前没有待操作的虚拟内存地址！"); break; case 3:// 解锁区域 if (traces[i % 5].virtualAddress != null) { // 操作 memory.unlockMemory(traces[i % 5].virtualAddress.getStartPage()); // 输出相关信息 System.out.println("解锁区域"); System.out.println(operation.toString()); System.out.println("开始地址：" + traces[i % 5].memoryBlock.getStartAddress() + ",结束地址：" + (traces[i % 5].memoryBlock.getStartAddress() + traces[i % 5].memoryBlock.getBlock() * MemoryPage.PAGE_SIZE - 1)); System.out.println("\n"); } else System.out.println("当前没有待操作的虚拟内存地址！"); break; case 4:// 回收区域 if (traces[i % 5].virtualAddress != null) {