Linux内存管理与页面调度模拟实验

该文档是关于Linux操作系统的一个实验，主要关注页面调度和内存管理的实践操作。实验内容包括使用`free`和`vmstat`命令监控内存和虚拟内存的使用情况，以及模拟页式虚拟存储管理中的地址转换和页面置换过程。 在Linux中，内存管理是操作系统核心的重要组成部分，它负责有效地分配、使用和回收内存资源。实验的第一部分介绍了如何通过`free`命令来查看内存的状态。`free -m`命令会显示系统当前的内存使用情况，包括总内存（total）、已使用内存（used）、空闲内存（free）、共享内存（shared）、缓冲区（buffer）和缓存（cache）。`free -s 3`则会每3秒更新一次内存状态，帮助观察内存的变化。 第二部分涉及`vmstat`命令，这个命令提供了更详细的虚拟内存、进程、块I/O、CPU活动等信息。例如，`r`表示运行队列中的进程数，`b`表示等待I/O的进程数，`swpd`表示交换空间的使用情况，而`free`表示物理内存的空闲大小。 实验的第三部分涉及到页式虚拟存储管理的概念。在这个模拟实验中，首先需要初始化页表，然后输入要访问的逻辑地址，系统会进行地址转换，如果发生缺页中断，就会根据指定的页面置换算法（如FIFO、LRU、LFU）来替换页面，并更新页表。内存的分配可以是静态的或动态的，连续的或非连续的。在连续分配中，内存是一整块分配给进程，可能导致碎片；而在非连续分配如分页系统中，虽然避免了碎片，但可能增加内存访问的复杂性。 在实际操作中，当进程创建时，系统会根据其需求分配内存，通常通过位图来管理这些内存页，位图中的每个位对应一个页面，位为1表示占用，位为0表示空闲。如果系统找到足够的空闲页，就会分配给进程，并在位图中将对应的位设置为1。如果所有的页面都被占用，页面置换算法就会上场，选择一个页面淘汰，以便为新的页面腾出空间。 这个实验旨在让学生深入理解Linux内核的内存管理和页面调度机制，通过实际操作体验到这些机制的工作原理，提高对操作系统核心功能的认识。