存储管理实验报告Word文档格式.docx

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二、总体设计

1、编写函数计算并输出下述各种算法的命中率

1OPT页面置换算法

OPT所选择被淘汰的页面是已调入内存，且在以后永不使用的，或是在最长时间内不再被访问的页面。

因此如何找出这样的页面是该算法的关键。

可为每个页面设置一个步长变量，其初值为一足够大的数，对于不在内存的页面，将其值重置为零，对于位于内存的页面，其值重置为当前访问页面与之后首次出现该页面时两者之间的距离，因此该值越大表示该页是在最长时间内不再被访问的页面，可以选择其作为换出页面。

2FIFO页面置换算法

FIFO总是选择最先进入内存的页面予以淘汰，因此可设置一个先进先出的忙页帧队列，新调入内存的页面挂在该队列的尾部，而当无空闲页帧时，可从该队列首部取下一个页帧作为空闲页帧，进而调入所需页面。

3LRU页面置换算法

LRU是根据页面调入内存后的使用情况进行决策的，它利用“最近的过去”作为“最近的将来”的近似，选择最近最久未使用的页面予以淘汰。

该算法主要借助于页面结构中的访问时间time来实现，time记录了一个页面上次的访问时间，因此，当须淘汰一个页面时，选择处于内存的页面中其time值最小的页面，即最近最久未使用的页面予以淘汰。

4LFU页面置换算法

LFU要求为每个页面配置一个计数器（即页面结构中的counter），一旦某页被访问，则将其计数器的值加1，在需要选择一页置换时，则将选择其计数器值最小的页面，即内存中访问次数最少的页面进行淘汰。

5NUR页面置换算法

NUR要求为每个页面设置一位访问位（该访问位仍可使用页面结构中的counter表示），当某页被访问时，其访问位counter置为1。

需要进行页面置换时，置换算法从替换指针开始（初始时指向第一个页面）顺序检查处于内存中的各个页面，如果其访问位为0，就选择该页换出，否则替换指针下移继续向下查找。

如果内存中的所有页面扫描完毕未找到访问位为0的页面，则将替换指针重新指向第一个页面，同时将内存中所有页面的访问位置0，当开始下一轮扫描时，便一定能找到counter为0的页面。

2、在主函数中生成要求的指令序列，并将其转换成页地址流；

在不同的内存容量下调用上述函数使其计算并输出相应的命中率。

三、实验步骤（包括主要步骤、代码分析等）

主要步骤：

、通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。

其地址按下述原则生成：

①50%的指令是顺序执行的；

②25%的指令是均匀分布在前地址部分；

③25%的指令是均匀分布在后地址部分；

具体的实施方法是：

A.在[0，319]的指令地址之间随机选区一起点M；

B.顺序执行一条指令，即执行地址为M+1的指令；

C.在前地址[0，M+1]中随机选取一条指令并执行，该指令的地址为M’；

D.顺序执行一条指令，其地址为M’+1；

E.在后地址[M’+2，319]中随机选取一条指令并执行；

F.重复A—E，直到执行320次指令。

2、指令序列变换成页地址流，设：

①页面大小为1K；

②用户内存容量为4页到32页；

③用户虚存容量为32K。

在用户虚存中，按每页存放10条指令排列虚存地址，即320条指令在虚存中的存放方式为：

第0条～第9条指令为第0页（对应虚存地址为[0，9]）；

第10条～第19条指令为第1页（对应虚存地址为[10，19]）；

…………

第310条～第319条指令为第31页（对应虚存地址为[310，319]）；

按以上方式，用户指令可组成32页。

3、计算并输出下述各种算法（可任选两个）在不同内存容量下的命中率。

A.FIFO先进先出置换算法；

B.LRU最近最久未使用置换算法；

C.OPT最佳置换算法：

先淘汰最不常用的页地址；

D.NUR最近未使用置换算法；

E.LFU最少使用置换算法。

命中率=1-页面失效次数/页地址流长度

在本实验中，页地址流长度为320，页面失效次数为每次访问相应指令时，该指令所对应的页不在内存的次数。

代码分析：

1、主函数main.cpp的代码：

#include<

iostream>

string>

vector>

cstdlib>

cstdio>

unistd.h>

usingnamespacestd;

#defineINVALID-1

constintTOTAL_INSTRUCTION（320）;

constintTOTAL_VP（32）;

constintCLEAR_PERIOD（50）;

#include"

Page.h"

PageControl.h"

Memory.h"

intmain（）

{

inti;

CMemorya;

for（i=4;

i<

=32;

i++）

{

cout<

<

"

pageframes\t"

;

a.OPT（i）;

a.FIFO（i）;

a.LRU（i）;

\n"

}

return0;

}

2、主函数中用到的头文件”Page.h”,”PageControl.h”,”Memory.h”的代码：

Page.h:

#ifndef_PAGE_H

#define_PAGE_H

classCPage//页面结构

public:

intm_nPageNumber,//页面号

m_nPageFaceNumber,//页帧号

m_nCounter,//一个周期内访问该页面的次数

m_nTime;

//访问时间

};

#endif

PageControl.h:

#ifndef_PAGECONTROL_H

#define_PAGECONTROL_H

classCPageControl//页帧控制结构

intm_nPageNumber,m_nPageFaceNumber;

classCPageControl*m_pNext;

Memory.h:

#ifndef_MEMORY_H

#define_MEMORY_H

classCMemory

CMemory（）;

voidinitialize（constintnTotal_pf）;

voidOPT（constintnTotal_pf）;

voidFIFO（constintnTotal_pf）;

voidLRU（constintnTotal_pf）;

private:

vector<

CPage>

_vDiscPages;

CPageControl>

_vMemoryPages;

CPageControl*_pFreepf_head,*_pBusypf_head,*_pBusypf_tail;

int>

_vMain,_vPage,_vOffset;

int_nDiseffect;

CMemory:

:

CMemory（）:

_vDiscPages（TOTAL_VP）,

_vMemoryPages（TOTAL_VP）,

_vMain（TOTAL_INSTRUCTION）,

_vPage（TOTAL_INSTRUCTION）,

_vOffset（TOTAL_INSTRUCTION）

intS,i,nRand;

srand（getpid（）*10）;

nRand=rand（）%32767;

S=（float）319*nRand/32767+1;

for（i=0;

TOTAL_INSTRUCTION;

i+=4）

_vMain[i]=S;

_vMain[i+1]=_vMain[i]+1;

nRand=rand（）%32767;

_vMain[i+2]=（float）_vMain[i]*nRand/32767;

_vMain[i+3]=_vMain[i+2]+1;

S=（float）nRand*（318-_vMain[i+2]）/32767+_vMain[i+2]+2;

_vPage[i]=_vMain[i]/10;

_vOffset[i]=_vMain[i]%10;

_vPage[i]%=32;

voidCMemory:

initialize（constintnTotal_pf）

intix;

_nDiseffect=0;

for（ix=0;

ix<

_vDiscPages.size（）;

ix++）

_vDiscPages[ix].m_nPageNumber=ix;

_vDiscPages[ix].m_nPageFaceNumber=INVALID;

_vDiscPages[ix].m_nCounter=0;

_vDiscPages[ix].m_nTime=-1;

for（ix=1;

nTotal_pf;

_vMemoryPages[ix-1].m_pNext=&

_vMemoryPages[ix];

_vMemoryPages[ix-1].m_nPageFaceNumber=ix-1;

_vMemoryPages[nTotal_pf-1].m_pNext=NULL;

_vMemoryPages[nTotal_pf-1].m_nPageFaceNumber=nTotal_pf-1;

_pFreepf_head=&

_vMemoryPages[0];

OPT（constintnTotal_pf）/*最佳页面置换算法*/

inti,j,max,maxpage,d,dist[TOTAL_VP];

initialize（nTotal_pf）;

for（i=0;

if（_vDiscPages[_vPage[i]].m_nPageFaceNumber==INVALID）/*页面失效*/

{

_nDiseffect++;

if（_pFreepf_head==NULL）/*无空闲页面*/

{

for（j=0;

j<

TOTAL_VP;

j++）

{

if（_vDiscPages[j].m_nPageFaceNumber!

=INVALID