基本分页存储管理

一、实验目的

目的：熟悉并掌握基本分页存储管理的思想及其实现方法，熟悉并掌握基本分页存储管理的分配和回收方式。

任务：模拟实现基本分页存储管理方式下内存空间的分配和回收。

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二、实验内容

1、实验内容

内存空间的初始化——可以由用户输入初始内存空间各个物理块情况。（用二维矩阵的方式按物理块号，逐行给出每个物理块的状态，1——表示已分配，0——表示未分配，并能够将行标、列标转换为对应的物理块号，以查看或修改每一个块的状态，要求：初始时部分物理块已分配）

基本分页的分配过程：由用户输入作业号和作业的大小（这里的大小是逻辑页面数），实现分配过程：空间充足，分配，修改状态矩阵的相应位置的值（值由0转变为1），并用专门的数据结构记录下该作业占用的物理块的块号，以备删除作业时回收空间。

作业空间的回收：用户输入作业号，实现分区回收（通过相应的数据结构找到该作业占有的物理块号，将块号转变成对应的行标、列标，将对应位置的值由1转变成0就完成了回收）。

分区的显示：任何时刻，可以查看当前内存的情况（显示记录内存情况的矩阵的值）。

2、实验要求

（1）内存空间不足的情况，要有相应的显示；

（2）作业不能同名，但是删除后可以再用这个名字；

（3）作业空间回收是输入作业名，回收相应的空间，如果这个作业名不存在，也要有相应的提示。

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三、实验代码

class Memory:def __init__(self, rows, cols, initial_state=None):self.rows = rowsself.cols = colsif initial_state:  # 如果有初始状态，使用它self.memory = initial_stateelse:  # 否则初始化为全未分配self.memory = [[0] * cols for _ in range(rows)]self.job_records = {}  # 用于存储作业号与占用块的映射def allocate(self, job_id, job_size):if job_id in self.job_records:print(f"作业号 {job_id} 已存在！无法重复分配。")returnavailable_blocks = []for i in range(self.rows):for j in range(self.cols):if self.memory[i][j] == 0:  # 查找未分配的块available_blocks.append((i, j))if len(available_blocks) == job_size:breakif len(available_blocks) == job_size:breakif len(available_blocks) < job_size:print("空间不足，无法分配所需的作业大小。")return# 进行分配for (i, j) in available_blocks:self.memory[i][j] = 1  # 修改状态矩阵block_number = i * self.cols + jif job_id not in self.job_records:self.job_records[job_id] = []self.job_records[job_id].append(block_number)print(f"作业 {job_id} 成功分配，已占用的物理块: {self.job_records[job_id]}")def free(self, job_id):if job_id not in self.job_records:print(f"作业号 {job_id} 不存在，无法回收。")returnfor block_number in self.job_records[job_id]:i = block_number // self.colsj = block_number % self.colsself.memory[i][j] = 0  # 释放块print(f"作业 {job_id} 成功回收。")del self.job_records[job_id]  # 删除作业记录def displaying(self):print("内存状态（0-未分配, 1-已分配）：")for i in range(self.rows):for j in range(self.cols):print(f"{self.memory[i][j]}", end=" ")print()  # 换行if __name__ == "__main__":N = 10  # 定义每行的列数# 初始化部分物理块已分配的状态，手动设置initial_memory_state = [[0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0],[0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0],[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],[1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0],[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],[0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0],[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]]memory = Memory(rows=N, cols=N, initial_state=initial_memory_state)  # 初始化内存，包括初始状态while True:print("\n1. 分配作业\n2. 回收作业\n3. 显示内存情况\n4. 退出")choice = input("请选择操作: ")if choice == "1":job_id = input("请输入作业号: ")job_size = int(input("请输入作业大小（逻辑页面数）: "))memory.allocate(job_id, job_size)elif choice == "2":job_id = input("请输入要回收的作业号: ")memory.free(job_id)elif choice == "3":memory.displaying()elif choice == "4":print("退出程序")breakelse:print("无效选择，请重新选择。")

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四、实验结果

初始时部分物理块已分配，总大小为100个物理块，当分配作业A的大小为100时，程序将会显示出空间不足，无法分配所需的作业大小，当分配作业A的大小为5时，程序将会提示作业A分配成功，已占用的物理块为[0,2,3,4,6]，其中计算当前块的物理块号 block_number，使用公式 b=i*N+j。

显示出分配作业A后的内存状态，如果再次分配作业号为A的作业，程序将会提示作业A已存在，无法重复分配。

显示出回收作业A后的内存状态，与最开始的状态相比没有区别。再次分配作业A大小为6，将会发现作业A被成功分配，已占用的物理块为[0,2,3,4,6,7]，显示出当前内存状态可以查看新分配的作业A所占空间位置。

作业空间回收是输入作业名，回收相应的空间，如果这个作业名不存在，也要有相应的提示。例如回收不存在的作业B，程序将会给出提示作业B不存在，无法回收。