实验五虚拟内存页面置换算法.docx
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实验五虚拟内存页面置换算法.docx
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实验五虚拟内存页面置换算法
实验五虚拟内存页面置换算法
一、需求分析
●需求
在进程运行过程中,若其所访问的页面不在内存而需把它们调入内存,但内存已无空闲空间时,为了保证该进程能正常运行,系统必须从内存调出一页程序或数据送磁盘的对换区中。
但应将哪个页面调出,需根据一定的算法来确定。
通常,把选择换出页面的算法称为页面置换算法。
置换算法的好坏,将直接影响到系统的性能。
一个好的页面置换算法,应具有较低的更好频率。
从理论上讲,应将那些以后不再访问的页面换出,或把那些在较长时间内不再访问的页面调出。
●实验目的
通过这次实验,加深对虚拟内存页面置换概念的理解,进一步掌握先进先出FIFO、最佳置换OPI和最近最久未使用LRU页面置换算法的实现方法。
●实验内容
设计程序模拟先进先出FIFO、最佳置换OPI和最近最久未使用LRU页面置换算法的工作过程。
假设内存中分配给每个进程的最小物理块数为m,在进程运行过程中要访问的页面个数为n,页面访问序列为P1,…,Pn,分别利用不同的页面置换算法调度进程的页面访问序列,给出页面访问序列的置换过程,计算每种算法缺页次数和缺页率。
●程序要求
1)利用先进先出FIFO、最佳置换OPI和最近最久未使用LRU三种页面置换算法模拟页面访问过程。
2)模拟三种算法的页面置换过程,给出每个页面访问时的内存分配情况。
3)输入:
最小物理块数m,页面个数n,页面访问序列P1,…,Pn,算法选择1-FIFO,2-OPI,3-LRU。
4)输出:
每种算法的缺页次数和缺页率。
1.输入的形式和输入值的范围
从dos控制台界面按照输入提示输入数据(红色的数字即为输入的内容):
物理块(LackNum):
3
页号数(PageNum):
20
页面序列(PageOrder):
70120304230321201701
进程的最大页号数为100,物理块、页面序列的值为int类型的范围。
2.输出的形式
输入数据后,按ENTER键就可在dos控制台界面得到结果。
按照实验要求分别输出程序模拟先进先出FIFO、最佳置换OPI和最近最久未使用LRU页面置换算法的工作过程。
结果如下:
首行是算法的名称,第二行是页号序列,接下来的3行数字是模仿物理块的情况,竖着看才是正确的结果,此图显示的是3块物理块时内存占用情况。
之后显示缺页次数和缺页率。
3.程序所能达到的功能
程序模拟先进先出FIFO、最佳置换OPI和最近最久未使用LRU页面置换算法的工作过程。
假设内存中分配给每个进程的最小物理块数为m,在进程运行过程中要访问的页面个数为n,页面访问序列为P1,…,Pn,分别利用不同的页面置换算法调度进程的页面访问序列,给出页面访问序列的置换过程,计算每种算法缺页次数和缺页率。
4.测试数据
二、概要设计
1.抽象数据类型的定义
程序中进程调度时间变量描述如下:
constintMaxNumber=100;
intPageOrder[MaxNumber];
intSimulate[MaxNumber][MaxNumber];
intPageCount[MaxNumber];
intPageNum,LackNum;
doubleLackPageRate;
boolfound;
主要函数:
voidprint();
voidinit();
voidoriginal();
voidFIFO();
voidOPI();
voidLRU();
2.主程序的流程
3.程序各模块之间的层次(调用)关系
三、详细设计
1.voidFIFO()
original();
Simulate[0][0]=PageOrder[0];
inttemp=0,flag=0;
for(i=1;i { //判断该页面是否存在内存中 for(j=0;j { if(PageOrder[i]==Simulate[flag][j]) break; } if(j==BlockNum) {//该页面不在内存中 for(k=0;k {//模拟置换过程 if(Simulate[flag][k]==NULL) break; else Simulate[i][k]=Simulate[flag][k]; } //淘汰最先进入内存的页面 temp++; temp=temp%BlockNum; Simulate[i][temp]=PageOrder[i]; LackNum++; flag=i; }//该页面在内存中 else continue; } 2.voidOPI() original(); Simulate[0][0]=PageOrder[0]; inttemp,flag=0;//flag表示上一个模拟内存的下标 for(i=1;i { //判断该页面是否存在内存中 for(j=0;j { if(PageOrder[i]==Simulate[flag][j]) break; } //j! =BlockNum表示该页面已经在内存中 if(j! =BlockNum) continue; //模拟置换过程 for(k=0;k { if(Simulate[flag][k]==NULL) break; else Simulate[i][k]=Simulate[flag][k]; } //内存中页面进行选择 //两种情况: 内存已满和内存未满 for(j=0;j { if(Simulate[i][j]==NULL) { Simulate[i][j]=PageOrder[i]; LackNum++; flag=i; break; } } if(j! =BlockNum)//内存未满 continue; //内存已满 temp=0;//temp表示要置换的页面内存下标 for(j=0;j {//选取要置换的页面内存下标 for(k=i+1;k {//最长时间内不被访问的页面 if(Simulate[i][j]==PageOrder[k]) { PageCount[j]=k; break; } } if(k==PageNum)//之后没有进行对该页面的访问 PageCount[j]=PageNum; if(PageCount[temp] { temp=j; } } Simulate[i][temp]=PageOrder[i]; LackNum++; flag=i; } 3.voidLRU() original(); Simulate[0][0]=PageOrder[0]; inttemp,flag=0;//flag表示上一个模拟内存的下标 PageCount[0]=0;//最近的页面下标 for(i=1;i { //判断该页面是否存在内存中 for(j=0;j { if(PageOrder[i]==Simulate[flag][j]) { PageCount[j]=i; break; } } //j! =BlockNum表示该页面已经在内存中 if(j! =BlockNum) continue; //模拟置换过程 for(k=0;k { if(Simulate[flag][k]==NULL) break; else Simulate[i][k]=Simulate[flag][k]; } //内存中页面进行选择 //两种情况: 内存已满和内存未满 for(j=0;j { if(Simulate[i][j]==NULL) {//内存未满 Simulate[i][j]=PageOrder[i]; PageCount[j]=i; LackNum++; flag=i; break; } } if(j! =BlockNum) continue; //内存已满 temp=0;//temp表示要置换的页面内存下标 for(j=0;j {//最近最久时间内不被访问的页面 if(PageCount[temp]>PageCount[j]) temp=j; } Simulate[i][temp]=PageOrder[i]; PageCount[temp]=i; LackNum++; flag=i; } } 四、调试分析 1.发现的问题 在编写程序的最初,界面不是很好,看着很乱。 最后求的缺页率也不是用百分数表示。 2.算法的性能分析(包括基本操作和其它算法的时间复杂度和空间复杂度的分析)及其改进设想; 该程序的的时间复杂度还算理想,是O(m*n),空间复杂度也是一样,复杂度为O(m*n),均不需要再改进了。 3.解决方法 界面使用空格填充,使各行各列对齐。 对于输出百分数,将缺页率乘以100,后加%输出。 4.经验和体会 通过二次编程,又一次加深了对先进先出(FIFO)页面置换算法,最佳(OPI)置换算法,最近最久未使用(LRU)置换算法的理解。 同时,也掌握了一些使界面输出看起来更工整的办法。 还有,在平时做作业的时候,总是默认为物理块数是3,其实只是比较常用而已,并不是每次都是3.这个在编程中有体现,在今后做题中会更注意。 五、用户使用说明 (1)用户根据提示输入物理块数 (2)输入页面个数 (3)依次输入页面访问个数 (4)根据提示选择算法,输入对应的数字。 六、测试结果 列出测试结果,包括输入和输出。 七.附录 #include #include usingnamespacestd; constintMaxNumber=100; intPageOrder[MaxNumber];//页面序列P1,…,Pn, intSimulate[MaxNumber][MaxNumber];//模拟页面置换过程 intPageCount[MaxNumber];// intPageNum,LackNum;//页面数,缺页数 doubleLackPageRate;//缺页率 boolfound; intBlockNum; inti,j,k; voidprint(); voidinit(); voidoriginal(); voidFIFO(); voidOPI(); voidLRU(); voidmain(){ //cout< (2)<<""; init(); boold=true; while(d) { cout<<"算法选择\nFIFO: 输入'1'\nOPI: 输入'2'\nLRU: 输入'3'\nexit: 输入'4'\n"; intc; cin>>c; switch(c){ case1: cout< \n"; FIFO(); print(); break; case2: cout< \n"; OPI(); print(); break; case3: cout< \n"; LRU(); print(); break; case4: d=false; break; default: cout<<"你的输入有问题请重新输入! \n"; break; } } } voidinit(){ cout<<"物理块数m: "; cin>>BlockNum; cout<<"页面个数n: "; cin>>PageNum; cout<<"页面访问序列P1,…,Pn\n"; for(i=0;i cin>>PageOrder[i]; } voidoriginal(){ for(i=0;i for(j=0;j Simulate[i][j]=NULL; LackNum=1; } voidprint(){ //模拟三种算法的页面置换过程, //给出每个页面访问时的内存分配情况 //每种算法的缺页次数和缺页率。 LackPageRate=(double)LackNum/PageNum; for(i=0;i cout< for(i=0;i cout< for(i=0;i cout< for(j=0;j { //for(i=0;i //cout< for(i=0;i if(Simulate[i][j]==NULL) cout< else cout< cout< } //cout< cout<<"缺页次数: "< "< } voidFIFO(){ //先进先出: 最早出现的置换算法,总是淘汰最先进入内存的页面。 original(); Simulate[0][0]=PageOrder[0]; inttemp=0,flag=0; for(i=1;i { //判断该页面是否存在内存中 for(j=0;j { if(PageOrder[i]==Simulate[flag][j]) break; } if(j==BlockNum) {//该页面不在内存中 for(k=0;k {//模拟置换过程 if(Simulate[flag][k]==NULL) break; else Simulate[i][k]=Simulate[flag][k]; } //淘汰最先进入内存的页面 temp++; temp=temp%BlockNum; Simulate[i][temp]=PageOrder[i]; LackNum++; flag=i; }//该页面在内存中 else continue; } } voidOPI(){ //最佳置换: 选择的被淘汰的页面都是以后永不使用或者在最长(未来)时间内不被访问的页面。 original(); Simulate[0][0]=PageOrder[0]; inttemp,flag=0;//flag表示上一个模拟内存的下标 for(i=1;i { //判断该页面是否存在内存中 for(j=0;j { if(PageOrder[i]==Simulate[flag][j]) break; } //j! =BlockNum表示该页面已经在内存中 if(j! =BlockNum) continue; //模拟置换过程 for(k=0;k { if(Simulate[flag][k]==NULL) break; else Simulate[i][k]=Simulate[flag][k]; } //内存中页面进行选择 //两种情况: 内存已满和内存未满 for(j=0;j { if(Simulate[i][j]==NULL) { Simulate[i][j]=PageOrder[i]; LackNum++; flag=i; break; } } if(j! =BlockNum)//内存未满 continue; //内存已满 temp=0;//temp表示要置换的页面内存下标 for(j=0;j {//选取要置换的页面内存下标 for(k=i+1;k {//最长时间内不被访问的页面 if(Simulate[i][j]==PageOrder[k]) { PageCount[j]=k; break; } } if(k==PageNum)//之后没有进行对该页面的访问 PageCount[j]=PageNum; if(PageCount[temp] { temp=j; } } Simulate[i][temp]=PageOrder[i]; LackNum++; flag=i; } } voidLRU(){ //最近最久未使用: LRU算法选择最近最久未使用的页面予以淘汰。 original(); Simulate[0][0]=PageOrder[0]; inttemp,flag=0;//flag表示上一个模拟内存的下标 PageCount[0]=0;//最近的页面下标 for(i=1;i { //判断该页面是否存在内存中 for(j=0;j { if(PageOrder[i]==Simulate[flag][j]) { PageCount[j]=i; break; } } //j! =BlockNum表示该页面已经在内存中 if(j! =BlockNum) continue; //模拟置换过程 for(k=0;k { if(Simulate[flag][k]==NULL) break; else Simulate[i][k]=Simulate[flag][k]; } //内存中页面进行选择 //两种情况: 内存已满和内存未满 for(j=0;j { if(Simulate[i][j]==NULL) {//内存未满 Simulate[i][j]=PageOrder[i]; PageCount[j]=i; LackNum++; flag=i; break; } } if(j! =BlockNum) continue; //内存已满 temp=0;//temp表示要置换的页面内存下标 for(j=0;j {//最近最久时间内不被访问的页面 if(PageCount[temp]>PageCount[j]) temp=j; } Simulate[i][temp]=PageOrder[i]; PageCount[temp]=i; LackNum++; flag=i; } }
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