综合实验：虚拟存储-实验报告

综合实验：虚拟存储13计科2李俊延实验7一、设计内容（1）在程序中利用一个线程模拟各种虚拟活动，比如虚存的保留、提交等。（2）在程序中运行另一个监控线程来实时监视系统当前所进行的虚存操作，并将监测到的这些操作的信息从控制台输出；要求本线程和上一个虚存活动模拟线程保持同步，即模拟线程一旦有某一模拟活动则监测线程就应当随即监控到该活动的信息。（3）在利用监控线程监视内存活动的同时汇报整个存储系统的使用情况。二、开发环境Windowxp环境，MicrosoftVisualC++6.0编译器，采用C语言编程三、分析设计（一）实验原理Windows采用了分页存储技术，关于分页技术的详细知识，可以从任何一本操作系统的教材中得到。Windows在实现虚拟存储技术的时候，利用页面文件（pagingfile）来实现物理内存的扩展。所谓的页面文件就是Windows2000/XP在硬盘上分配的用来存储没有装入内存的程序和数据文件部分的磁盘文件。这个文件是一个名叫pagefile.sys的系统隐藏文件，当系统安装时，会在安装系统盘的根目录下创建该文件，其默认值大于计算机中的RAM的1.5倍。需要时，Windows2000/XP将数据从页面文件移至内存，并将数据从内存移至页面文件以便为新数据释放空间。页面文件也称为交换文件。程序运行时，模拟线程进行各种虚存操作，这些活动导致了程序虚存空间和系统存储资源的变化。监控线程给出了监控到的这些活动和变化的信息。程序给出了整个内存系统的各个全局统计量，包括物理内存使用量和页面文件使用情况等。通过这些统计量的变化可以分析当前的虚存活动对存储系统带来的变化。在分析的过程中可以帮助我们理解一些重要的内容，比如程序在进行一次虚存提交过后，显示的可用物理存续反而变多了，这是因为Windows的内存管理发现某个进程在一段时间没有运行后，会将它的部分页面转移到页面文件中去。所以虽然本实验程序的进程目前分配了一些内存，但是总的可用物理内存数量还是增多了。作为验证，可用检查一下此时可用页面文件的数量是否减少。（二）程序结构(1)模拟虚存活动进程部分模拟一系列的虚存活动，作为一个独立的线程运行。通过一个死循环，检测全局变量Actnum，如果Actnum为零，产生一个随机数，程序按照随机数来选择具体事件，完成后进程处于等待阻塞状态直到监控线程捕抓到上一个模拟动作后再继续下一个动作。(2)进行监控进程部分通过一个全局变量来监视另一模拟线程的模拟活动，并通过适当的信息查询函数，将存储的使用和活动情况打出报告。通过一个死循环，检测全局变量Actnum，如果非零，该现成由等待阻塞状态转换为活动状态。则根据Actnum的值选择相对的应监控事件，打印出事件详细表，把全局变量Actnum设置为0，阻塞，让模拟虚存活动进程执行。补充：整个程序都是通过全局变量Actnum进行两个进程之间的通讯的。（三）数据结构：（1）指示器Actnum该指示器的初值为零。当其为零时，模拟线程处于活动状态。在一个随机数的控制下，模拟线程进行各种虚存操作活动。当一个模拟活动成功完成，模拟线程就会设置指示器Actnum为一个非零并自动阻塞直至Actnum被置回零（由监控线程完成该步骤）。监控线程在Actnum为零时阻塞等待，当监控到Actnum变化到非零，则通过Actnum的值确定该动作的类型，并通过全局量BASE_PTR的值获得该动作发生的虚存地址。在两个信息的帮助下，监控线程可完成对该动作的监控，最后设置Actnum为零。模拟线程因此得以继续模拟。概括地讲，通过Actnum实现了两个线程的同步和信息的传递。（2）地址指针BASE_PTR这个指针在进行虚存分配操作时用于记录返回的虚存起始地址，在进行其他虚存操作时用于指示进行该项操作的目标虚存的起始地址。它在程序初始执行时并没有被赋初值，所以在头几次随机的虚存模拟活动中可能导致动作失败，知道BASE_PTR由虚存分配函数VirtualAlloc来赋予一个已分配的虚存空间区块的起始地址。但是由于对失败的动作程序采取忽略策略，所以这并不影响程序的运行。在程序运行过程中任意时刻，该指针的值都是上一次成功的虚存控制动作所进行的虚存地址。（四）参考代码#includewindows.h#includestdio.h#includeprocess.h#includetime.hunsigned_stdcallsimulator(void*);unsigned_stdcallinspector(void*);LPVOIDBASE_PTR;intActnum=0;intmain(intargc,char*argv[]){unsignedThreadID[2];_beginthreadex(NULL,0,simulator,NULL,0,&ThreadID[0]);_beginthreadex(NULL,0,inspector,NULL,0,&ThreadID[1]);getchar();return0;}unsigned_stdcallsimulator(void*){DWORDOldProtect;intrandnum;printf(模拟器程序已经启动!\n);srand((unsigned)time(NULL));while(1){Sleep(500);while(Actnum!=0){Sleep(500);}randnum=rand()%6;switch(randnum){case0:if(BASE_PTR=VirtualAlloc(NULL,1024*32,MEM_RESERVE|MEM_COMMIT,PAGE_READWRITE)){Actnum=2;}break;case2:if(VirtualFree(BASE_PTR,0,MEM_RELEASE)){Actnum=3;}break;case3:if(VirtualProtect(BASE_PTR,1024*32,PAGE_READONLY,&OldProtect)){Actnum=4;}break;case4:if(VirtualLock(BASE_PTR,1024*12)){Actnum=5;}break;case5:if(BASE_PTR=VirtualAlloc(NULL,1024*32,MEM_RESERVE,PAGE_READWRITE)){Actnum=6;}break;default:break;}}return0;}unsigned_stdcallinspector(void*){intQuOut=0;charparal[3000];MEMORYSTATUSVmeminfo;chartempstr[100];MEMORY_BASIC_INFORMATIONinspectorinfo1;intstructsize=sizeof(MEMORY_BASIC_INFORMATION);printf(现在进行虚拟存储实时监控!\n);while(1){Sleep(1000);if(Actnum!=0){switch(Actnum){case1:memset(&inspectorinfo1,0,structsize);VirtualQuery((LPVOID)BASE_PTR,&inspectorinfo1,structsize);strcpy(paral,目前执行动作，虚存的保存与提交\n);break;case2:memset(&inspectorinfo1,0,structsize);VirtualQuery((LPVOID)BASE_PTR,&inspectorinfo1,structsize);strcpy(paral,目前执行动作，虚存的除配\n);break;case3:memset(&inspectorinfo1,0,structsize);VirtualQuery((LPVOID)BASE_PTR,&inspectorinfo1,structsize);strcpy(paral,目前执行动作，虚存的除配并释放虚存空间\n);break;case4:memset(&inspectorinfo1,0,structsize);VirtualQuery((LPVOID)BASE_PTR,&inspectorinfo1,structsize);strcpy(paral,目前执行动作，改变虚拟内存页的保护\n);break;case5:memset(&inspectorinfo1,0,structsize);VirtualQuery((LPVOID)BASE_PTR,&inspectorinfo1,structsize);strcpy(paral,目前执行动作，锁定虚拟内存页\n);break;case6:memset(&inspectorinfo1,0,structsize);VirtualQuery((LPVOID)BASE_PTR,&inspectorinfo1,structsize);strcpy(paral,目前执行动作，虚存的保留\n);break;default:break;}sprintf(tempstr,开始地址：0X%x\n,inspectorinfo1.BaseAddress);strcat(paral,tempstr);sprintf(tempstr,区块大小（目前指针处向前同一属性的块)：0X%x\n,inspectorinfo1.RegionSize);strcat(paral,tempstr);sprintf(tempstr,目前状态：0X%x\n,inspectorinfo1.State);strcat(paral,tempstr);sprintf(tempstr,分配时访问保护：0X%x\n,inspectorinfo1.AllocationProtect);strcat(paral,tempstr);sprintf(tempstr,当前访问保护：0X%x\n,inspectorinfo1.Protect);strcat(paral,tempstr);strcat(paral,(状态：10000代表未分配；1000代表提交；2000代表保留；)\n);strcat(paral,(保护方式：0代表其他；1代表禁止访问；2代表只读；4代表读写；\n10代表可执);strcat(paral,(行：20代表可读和执行；40代表可读写和执行)；\n*******************************************\n);GlobalMemoryStatus(&Vmeminfo);strcat(paral,当前整体存储统计如下\n);sprintf(tempstr,物理内存总数：%lu(BYTES)\n,Vmeminfo.dwTotalPhys);strcat(paral,tempstr);sprintf(tempstr,可用物理内存数：%lu(BYTES)\n,Vmeminfo.dwAvailPhys);strcat(paral,tempstr);sprintf(tempstr,页面文件总数：%lu(BYTES)\n,Vmeminfo.dwTotalPageFile);strcat(paral,tempstr);sprintf(tempstr,可用页面文件数：%lu(BYTES)\n,Vmeminfo.dwAvailPageFile);strcat(paral,tempstr);sprintf(tempstr,虚存空间总数：%lu(BYTES)\n,Vmeminfo.dwTotalVirtual);strcat(paral,tempstr);sprintf(tempstr,可用虚存空间数：%lu(BYTES)\n,Vmeminfo.dwAvailVirtual);strcat(paral,tempstr);sprintf(tempstr,物理存储使用负荷：%lu%%\n\n\n\n,Vm