兰州大学操作系统实验七存储管理题目和答案

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1、实验七 实验报告实验名称：7存储管理实验目的：1. 观察系统存储器使用情况2. 观察进程使用存储器的情况3. 掌握通过内存映像文件提高性能的方法4. 掌握动态内存分配技术实验时间3学时预备知识：1.存储相关的命令free显示系统使用和未被使用的内存数量（可以实时执行）输出包含的标题有3行信息：Mem。此行包含了有关物理内存的信息。包括以下详细内容：total。该项显示可用的物理内存总量，单位为KB。该数字小于安装的物理内存的容量，是因为内核本身也要使用一小部分的内存。used。该项显示了用于应用程序超速缓存数据的内存容量。free。该项显示了此时未使用且有效的内存容量。Shared/buffe

2、rs缓冲区/cached0这些列显示了有关内存如何使用的更为详细的信息。-/+buffers/cache。Linux系统中的部分内存用来为应用程序或设备高速缓存数据。这部 分内存在需要用于其他目的时可以释放。free列显示了调整的缓冲区行，显示释放缓冲区或高速缓存时可以使用的内存容量。Swap。该行显示有关交换内存利用率的信息。该信息包含全部、已使用和释放的可用 内存容量。vmstat报告进程、内存、分页、IO等多类信息（使用手册页size列出目标文件段大小和总大小（使用手册页2. /proc文件系统（使用手册页man 5 proc）/proc/meminfo内存状态信息/proc/stat包

3、含内存页、内存对换等信息。/proc/$pid/stat某个进程的信息（包含内存使用信息）/proc/$pid/maps某个进程的内存映射区信息，包括地址范围、权限、偏移量以及主次设 备号和映射文件的索引节点。/proc/$pid/statm某个进程的内存使用信息，包括内存总大小、驻留集大小、共享页面数、 文本页面数、堆栈页面数和脏页面数。3.内存映像文件内存映像文件是指把一个磁盘文件映像到内存中，二者存在逐字节的对应关系。这 样做可以加速I/O操作，并可以共享数据。3.1 mmap （建立内存映射）表头文件 #include #include 定义函数 void *mmap（void *st

4、art,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offsize）;函数说明mmap（）用来将某个文件内容映射到内存中，对该内存区域的存取即是直接对 该文件内容的读写。参数start指向欲对应的内存起始地址，通常设为NULL，代表让系 统自动选定地址，对应成功后该地址会返回。参数length代表将文件中多大的部分对应 到内存。参数prot代表映射区域的保护方式有下列组合PROT_EXEC映射区域可被执行PROT_READ映射区域可被读取PROT_WRITE映射区域可被写入PROT_NONE映射区域不能存取参数flags会影响映射区域的各种特性M

5、AP_FIXED如果参数start所指的地址无法成功建立映射时，则放弃映射，不 对地址做修正。通常不鼓励用此旗标。MAP_SHARED对映射区域的写入数据会复制回文件内，而且允许其他映射该 文件的进程共享。MAP_PRIVATE对映射区域的写入操作会产生一个映射文件的复制，即私人的“写入时复制”(copy on write)对此区域作的任何修改都不会写回原来的文件 内容。MAP_ANONYMOUS建立匿名映射。此时会忽略参数fd，不涉及文件，而且映 射区域无法和其他进程共享。MAP_DENYWRITE只允许对映射区域的写入操作，其他对文件直接写入的操作 将会被拒绝。MAP_LOCKED将映射区

6、域锁定住，这表示该区域不会被置换(swap)。在调用mmap()时必须要指定MAP_SHARED 或MAP_PRIVATE。参数fd为open() 返回的文件描述词，代表欲映射到内存的文件。参数offset为文件映射的偏移量， 通常设置为0，代表从文件最前方开始对应，offset必须是分页大小的整数倍。返回值若映射成功则返回映射区的内存起始地址，否则返回MAP_FAILED(1)，错 误原因存于errno中。错误代码EBADF参数fd不是有效的文件描述词EACCES存取权限有误。如果是MAP_PRIVATE情况下文件必须可读，使 用MAP_SHARED则要有PROT_WRITE以及该文件要能写

7、入。EINVAL 参数 start、length 或 offset 有一个不合法。EAGAIN文件被锁住，或是有太多内存被锁住。ENOMEM 内存不足。3.2 munmap (解除内存映射)表头文件 #include#include定义函数 int munmap(void *start,size_t length);函数说明 munmap()用来取消参数start所指的映射内存起始地址，参数length则是欲 取消的内存大小。当进程结束或利用exec相关函数来执行其他程序时，映射内存会自动 解除，但关闭对应的文件描述词时不会解除映射。返回值 如果解除映射成功则返回0，否则返回一1，错误原因存于

8、errno中错误代码EINVAL参数 start或length不合法。4,动态内存分配4.1 malloc (配置内存空间)表头文件 #include定义函数 void * malloc(size_t size);函数说明 malloc()用来配置内存空间，其大小由指定的size决定。返回值若配置成功则返回一指针，失败则返回NULL。4.2 free (释放原先配置的内存)表头文件 #include定义函数 void free(void *ptr);函数说明 参数ptr为指向先前由malloc() calloc()或 realloc()所返回的内存指针。调用 free()后ptr所指的内存空间

9、便会被收回。假若参数ptr所指的内存空间已被收回或是未 知的内存地址，则调用free()可能会有无法预期的情况发生。若参数ptr为NULL，贝0 free() 不会有任何作用。4.3 calloc (配置内存空间)表头文件 #include 定义函数 void *calloc(size_t nmemb， size_t size);函数说明calloc()用来配置nmemb个相邻的内存单位，每一单位的大小为size，并返 回指向第一个元素的指针。这和使用下列的方式效果相同malloc(nmemb*size);不过，在 利用calloc()配置内存时会将内存内容初始化为0。返回值若配置成功则返回一

10、指针，失败则返回NULL。5.其他getpagesize (取得内存分页大小)4096个字节表头文件 #include定义函数 size_t getpagesize(void);函数说明返回一分页的大小，单位为字节(byte)。此为系统的分页大小，不一定会和 硬件分页大小相同。返回值内存分页大小。附加说明在Intel x86上其返回值应为4096bytes。实验要求：1. 分别使用命令和/proc文件系统列出系统当前内存的使用情况。Free2, 启动几个耗时较长的后台进程(多个grep)，分别使用free和vmstat连续实时观察内存的使用情况。寻找字符串模式匹配3. 用size工具观察三个不

11、同的可执行文件的大小以及它们段的大小。4. 启动一个耗时较长的后台进程，通过/proc文件系统查看该进程所有内存使用相关信息， 并列出。5. 编写一个程序，打印系统的页面大小。6. 阅读并编译运行以下程序，总结内存映象文件的使用方法。范例/*利用mmap()来读取/etc/passwd文件内容*/#include#include#include#include#includemain()int fd;void *start;struct stat sb;fd=open( /etc/passwd” ,O_RDONLY); /*打开/etc/passwd*/fstat(fd,&sb); /*取得文

12、件大小*/start=mmap(NULL,sb.st_size,PROT_READ,MAP_PRIVATE,fd,0);if(start= = MAP_FAILED) /*判断是否映射成功*/return;printf(“s”，start);munmap(start,sb.st_size); /* 解除映射*/closed(fd);7.编写一个程序，利用内存映象文件，实现less工具的功能。manp到内存中实验要求:8.分别使用命令和/proc文件系统列出系统当前内存的使用情况。w u u ry |-f i=u1、xtngkonggubuntu:$J 1 =freetotalusedfrees

13、haredbufferscachedMem:1926104911652114452035324447612-/+ buffers/cache:425716600388Swap:104652442281042296Ktngkongubuntu:$ cat /proc/nentnfoMemlotal:1026194kBMei-iFree;113884kBBuffers:3856IcBCached!447624kBSwapCached i644kBActive;375356kBInactive:438556kBActtve(anon):15S444kBInactive(anon):234388kBA

14、ctive(file):219912kBInacttve(file):204168kBllnevictable:OkBMlocked;电kBHtghTotal:135048kBHtghFree:1768kBLowTotdl:891056kBLowFree:112116kBSwapTotal:1946524kBSwapFree:1042296kBDirty:20kBWriteback:0kBAnonPages:S27132kBMapped;86056kBuhmiprn 呼斥京T Fiad IrlR9,启动几个耗时较长的后台进程（多个grep）,分别使用free和vmstat连续实时观察内存的使用

15、情况。寻找字符串模式匹配c!:uaiditnt(char *str pel*ek_t tlrwfreesharedcached -54 0532. , long tpS=syse&ftf(_SC_rLK_TCK );y p rHSs： Kt$ 一 2fsen Hstr.( floa t) t tm 芭 / tp% )；buffers3S9i6Bfree 110164 S98S5* 1&422916ued 9159Xie 4200X1342233：prUrt 刊 yh-3C J 5 eriid=t-lrie$(!t_e 的gc a 3w - ss rtjj;c-s pot$(r,pareritc

16、 j :触 tuserCPU* % 上_加。，tfts_ytli*e) fc3”t $y sCPU P t_end -e：pvt*(whLld&c : ttRe_pirtnt( rtgeMPir * t_-eMtns.cutime);3:七 My 戏刖 % t_end - tflsjitlse);c-exlt(ExrT_succ ess);wmstatprocsr b1 B1J+ Ixtngkonggubuntuj-S- total.昵 Fl：.1026104-/4 buffers/cachej 5uap：1016524xtngkonguhuntu:-$-swap- to stsobt00J6

17、-colar=autci cache酗目列Bgrepmemoryswpd free buffA22S 11O164 394flDanes料apuntu:-$ vnstatjrocs feeoV- r bsupd freebuff cache2 04228 110560 39172 44816810.用size工具观察三个不同的可执行文件的大小以及它们段的大小。Size命令的输出不包括stack和heap的部分。只包括文本段（text），代码段（data），未 初始化数据段（bss）三部分。xingkongubuntu:sizeos-file/cputesttextdatabssdechexfi

18、lename2184283g24899 beos-file/cpute&txingkongubuntu:sizeos-file/forktesttextdatabssdechexftlenane167828&xtngkongubuntu:5size1966 os-ftle/pcbos-file/forktesttextdatabssdechexftlenaiHe36122761843472d96os-file/pcb11.启动一个耗时较长的后台进程，通过/proc文件系统查看该进程所有内存使用相关信息，并列出。第一个启动的后台进程是上个实验最后一题的读写程序。此程序耗时较长第二个启动的是xey

19、es进程。roatgubuntu:/home/us&r# cat /proc/2856/stat2&56 (ftforead) S 2813 2S5& 2621 3481了 299C 1194560 197 0000000 20 &1&1 &6S73 2031&1& 70 4294915729517 3 & 0 & 0 &134512(540 1345146843217824688 3217824392 30775675240000 323&372&17 & 0 root ubuntu:/hone/user# 49fi 70 57 1 & 41 a root ubuntu:/hone/user

20、# &sa4aaaa-aaa49aaa &80490&0-0904a00& &8D4aODO-O0O4bDO& t75470&0-b7548&0& t75490D0-b76e7D0& o t76e70D0-b76e?D0& o t76e90D0-b76edD0& & t75eaa&3 t7&fdo&o t75ff9&3 t770&9&0 t772&303 t772130O tfca3300cat /proc/2856/statnr- xp r- -p rw-p irw-p r- Kprw-p rat /proE/2856/niBps a&aaa&aa o&ooo&oo 0&0D1&0D 0&0

21、00&00 ODODO&OO0019f000OOlalOOO08:0108:0108:0109:0008:01297470297470297470 0394145394145394145/horne/user/f if oread /home/user/f if oread /Ihone/u5er/f if oread/lib/i386-Vimjx-9nu八ib，-芝15+s/lib/i3B6-linux-gnu/l_ibc 2,lS*s/lib/i3B6-linux-gnu/l_ibc 2,lS*sb?6ed&30 b?6ff&30 b?703&G0 b7720&GO b7721EJ0& b

22、772200&bfC4EJ0 &30093000 00093009 30003030 30993009 E01fE9 & 00020&00 000&0&0&9：3&9：9& &8：01 &8：31&8：01 &3：3&0 Q Q 394125 391125 3911250vdEO/Ltb/i386-l-inux-gnu/ld-2.15.so fltb ftJEfi-linux-gnu/ld. 15.so /lib tSEe-T-tnux-gnu/ld. is. so stackxlngkonQubuntu:-$ xeyesfl1 2791 xtngkongfubuntu;-$ cat /prc

23、c/Z791/itat 2791 Cxeyes) 5 Z&ZT 2791 Z6Z7 3AS17 2847 421338& &1? & & B SS 15 S S ZP 9 1 9 IP 5J8 8JJ9455 4丽 4Z59&7Z95 134512640 134525015 3查4牧明牧 3214441936 jeT89J4468 9999 32395257& & 17 555559 15455283& 21444J7H 3213711 3WW573 0 IxlngkonQubuntu:-$ cat I29J& 4&4 J32 4 &xlngkonQubuntu:-$ cat 98948999

24、-98MC5& 9894c999-98Md& 98Tbc999-987f3&esso. it?5ff4999-t?5ff5& esso. iesso. isorTsoTlT9+2 sorTsoTlT9+2 sorTsoTlT9+2 t?T091999-t?71& t?7J&5999-t?7J&5&130530336 14Z3Z7800 3214443795 3/iproc/Z791/5tatmrw-p rw-p rw-p r-xprw-prw-prw-p/proc/Z791/naps眼明3眼母眼眼棘眼眼眼眼眼眼眼眼眼眄眄眄眄眄眄眄眄时。1 时。1 时。1 泗朗时。1QS：01QS：01QS：0

25、1QS：01QS：01w-707&1 7S7&1 7S7&1 0 0 7990412.编写一个程序，打印系统的页面大小。/usr/bln/xeyes/usr/bln/xeyes/usr/bln/xeyesheap/usr/ltb/isse-ltnux-gnultbxflx/usr/ltb/isse-ltnux-gnultbxflx/usr/ltb/isse-ltnux-gnultbxflx/usr/1i b/t38-Itnux-gnu/ltbxcu r/usr/1i b/t38-Itnux-gnu/ltbxcu r/usr/1i b/t38-Itnux-gnu/ltbxcu r/usr/ltb

26、/locale/locale-archlve/usr/ltb/locale/locale-archlveEi-R代码非常简单，只用到了 getpagesize()语句的应用xirgkongubuntu:5 gcc page.c -o page xirgkonguburhtu:$ ./page The page of system is:409613.阅读并编译运行以下程序，总结内存映象文件的使用方法。范例/*利用mmap()来读取/etc/passwd文件内容*/#include#include#include#include#includemain()int fd;void *start;s

27、truct stat sb;fd=open( /etc/passwd” ,O_RDONLY); /*打开/etc/passwd*/fstat(fd,&sb); /*取得文件大小*/start=mmap(NULL,sb.st_size,PROT_READ,MAP_PRIVATE,fd,0);if(start= = MAP_FAILED) /*判断是否映射成功*/return;printf(“s”，start);munmap(start,sb.st_size); /* 解除映射*/close(fd);总结内存映象文件的使用方法：内存映像其实就是在内存中创建一个和外存文件完全相同的映像，用户可以将整

28、个文 件映射到内存，也可以部分映射。通过内存映像实现对外存文件的操作。首先Mmap申请虚拟内存，再次调用file指针所指映射函数对其进行映射。判断是否 映射成功。进行操作。最后解除映射。14.编写一个程序，利用内存映象文件，实现less工具的功能。manp到内存中xingkcngubuntu;$ gcc less,c -o less xingkongubuntu:$ ./lesssdojfouohdf;&sd;jfksd;fk&djf;dsk;ksdk; hjfpkds-jghkf jdshnGxnvk&d Lkf sd; jfkasdsdojfouohdf;&sd;jfksd;jfksdjf

29、;dsk;ksdk;hjfpkdsjghkfjdshncxnvk&dIkfsd;jfkasdisdojf&uohdf; s sd;jfksd;jfksdjf;dsk;ksdk;hjfpkdsjghkfjd&hncxnvksdIkf&d;jfkasd sdojfouohdf;& 5d;jfksd;jfksdjf;dsk ;ksdk; hjfpkds jghkf jds.hmcxnvksdIkfsd;jfkasdsdojfouohdf;s sd;jfksd;Jfksdjf;dsk:ksdk;hjfpkdsjghkfjd&hncxnvk&d Ikfsd;jfkasdq xingkongubuntu：

30、$ |#include#include#include#include#include#include#include#include#includeint lastrow(char * s,int d);int nextrow(char * s,int d);int onepage(char * s,int d);int main()int fd,play=0;char lab;char *start;struct stat sb;fd=open(”test.txt”,O_RDON!Y); /* 打开 */fstat(fd,&sb); /*获取文件大小*/start=mmap(NULL,sb

31、.st_size,PROT_READ,MAP_PRIVATE,fd,0);if(start=MAP_FAILED) /*判断是否映射成功 */return(1);play=onepage(start,play)+1;lab=getchar();while(lab!=q&lab!=Q)if(playsb.st_size)lab=getchar();break;else if(lab=)play=play+1+onepage(start,play);else if(lab=D|lab=d)play=play+1+nextrow(start,play);else if(lab=U|lab=u)pla

32、y=1+lastrow(start,play);lab=getchar();munmap(start,sb.st_size); /*解除映射 */close(fd);return 0;int onepage(char * s,int d)int i,count=0;char * buffer=malloc(2048);/配置内存空间，由buffer指向该空间 s+=d;/*每10行作为一页输出*/for(i=0;i2048;i+)if(si=n)count+;if(count=10)break;memcpy(buffer,s,i);bufferi=0;printf(%sn,buffer);re

33、turn i;/*输出下一行*/int nextrow(char * s,int d)int i;char * buffer=malloc(100);s+=d;for(i=0;i0;d-)if(sd=n)count+;if(count=2)break;memcpy(buffer,s+d+1,py-d-2);bufferpy-d-2=0;printf(%sn,buffer);return d;认识和体会：1. 要的体会是，通过内存映像文件可以提高速度，提高性能。Mmap建立内存映射munmap 解除内存映射。动态分配内存空间用malloc free calloc还有其他的如getpagesize()方法得到 页面大小等。2. linux内核映像文件有两种：一种是非压缩版本，叫Image；另一种是它的压缩版本，叫 zlmagezlmage是Image经过压缩形成的，所以它的大小比Image小。为了能使用zImage 这个压缩版本，必须在它的开头加上解压缩的代码，将zImage解压缩之后才能执行，因此 它的执行速度比Image要慢。但考虑到嵌入式系统的存储空容量一般都比较小，内核要常 驻内存，采用zImage可以占用较少的存储空间，因此牺牲一点性能上的代价也是值得的， 所以一般嵌入式系统均采用压缩的内核映像文件，即zImage。