操作系统实验——工作集模型下的内存管理模拟

实验要求

现有若干进程，每个进程的页面访问顺序已经给出，并且这些进程交替地访问页面
设定一个工作集窗口Δ和内存页面数M
用一个数据结构维护每个进程的工作集，这个数据结构可以是数组或链表
根据进程访问页面的顺序，动态更新每个进程的工作集合和内存的空闲页面数
内存页面不足时，暂停某些进程。并在内存足够时，再将其唤醒
对给出的几个进程，利用工作集模型，进行内存的管理。
内存页面总数设为1000
工作集窗口初始可设为500左右，然后改变工作集窗口的大小，观察其对实验结果的影响
跟踪每个进程访问页面过程中页错误率的变化趋势，并将其记录到相应的文件中。
利用记录的数据生成折线图，然后做出分析。（生成折线图，可使用Excel工具）

分析

用到的数据结构

虽然是C语言的程序，不过这里先采用面向对象的思路进行分析。因为根据要求，我们会需要一些数据结构，最明显的：集合（Set），因为Set的特点是元素唯一性，所以可以使用Set保存当前工作集窗口下用到的页面。
既然是面向对象，那么把工作重心放到名词上，先抽出类。
每一个进程都有一个工作集合，在每一时刻工作集合下存着当前该进程访问的页面。另外，由于内存不足或充裕的变动，进程可能被暂停，所以保留一个标志位表明进程的运行状态。进程的访问页面顺序由题目给出，因此用一个数组保留所有访问顺序。
每一个工作集窗口对应一个进程，由于颠簸，在进程访问页面时会有访问错误，因此要记录访问错误次数。

考虑到方便起见，我先用高级语言实现，省去了自己封装Set还有处理指针的麻烦，由于我使用的是Xcode环境，所以用的是oc，代码在后面的附录中，仅供参考。接下来依旧会用C语言进行实现和讲解。

程序的实现思路

几个进程依次访问页面，对于每一个进程，每次将要访问的页存入工作集，同时将不再访问的页从工作集中移除，这样工作集中的页就是要调入到内存中的页。

下一时刻，当进程准备访问新的页时，先查看工作集中有没有该页，如果有，那么可以直接访问而不会发生错误，否则会发生页访问错误，需要将新的页装入工作集。
为了方便起见，我们假定页不动，将工作集看成窗口（也就是所谓的工作集窗口），每次访问时工作集窗口后移。起初窗口从起点开始，这时访问的页还不足以填充满这个窗口，直到窗口移到最后一个元素，说明进程执行完毕。
这样，我们就能基本上确定每个类需要的操作了。主要是窗口类，要有一个将窗口后移的函数

/**
 *  工作窗口后移至某一值，将移出窗口并且不用的页从内存删除
 */
void window_moveTo(ModelSetWindow *window, int end);

内存不足时将进程暂停

/**
 *  内存空间不够时将该进程暂停
 */
void window_stop(ModelSetWindow *window);

对进程而言，需要每次将进程用到的页调入内存

/**将该进程用到的新的页调入内存*/
void process_addPage(Process *process, int pageNumber);

实现

常量

本次实验最麻烦的就是这些难以理解、容易混淆的概念。这里理顺一下。
内存页面总数：整个内存能容纳的最大页面数，所有进程的所有工作集窗口内页面总数不允许超过该值。
工作集窗口大小：每个进程的工作集大小，例如上图中大小为10。（虽然某一时刻下由于相同页面的出现，工作集内元素不一定等于10，上图中分别是5和2）

将它们和其它常量定义一下

//CONST.h

//bool 类型
typedef int BOOL;
#define YES 1
#define NO  0

//数组最大长度
#define MAX_LENGTH  40000

//本次实验中以int表示一个页
typedef int ELEM_TYPE;

//获取较大值
#define MAX(a,b) (((a)>(b))?(a):(b))

/**
 *  内存页面总数
 */
#define kMemoryPageCount    1000
/**
 *  工作集窗口大小
 */
#define kModelSetWindowSize 400

第一个数据结构：集合（Set）

Set在数据结构上的定义是，无序的，不重复的collection，这里因为是用C语言写，所以用数组表示，在方法中限制。

/**集合*/
typedef struct Set {
    ELEM_TYPE data[MAX_LENGTH];
    int length;
} Set;

void set_init(Set *