操作系统课程设计 页面置换算法C语言.docx
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操作系统课程设计 页面置换算法C语言.docx
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操作系统课程设计页面置换算法C语言
页面置换算法
1.题目要求:
通过实现页面置换算法的FIFO和LRU两种算法,理解进程运行时系统是怎样选择换出
页面的,对于两种不同的算法各自的优缺点是哪些。
要求设计主界面以灵活选择某算法,且以下算法都要实现
1)最佳置换算法(OPT):
将以后永不使用的或许是在最长(未来)时间内不再被访问的页面换出。
2)先进先出算法(FIFO):
淘汰最先进入内存的页面,即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。
3)最近最久未使用算法(LRU):
淘汰最近最久未被使用的页面。
4)最不经常使用算法(LFU)
2.实验目的:
1、用C语言编写OPT、FIFO、LRU,LFU四种置换算法。
2、熟悉内存分页管理策略。
3、了解页面置换的算法。
4、掌握一般常用的调度算法。
5、根据方案使算法得以模拟实现。
6、锻炼知识的运用能力和实践能力。
3.设计要求
1、编写算法,实现页面置换算法FIFO、LRU;
2、针对内存地址引用串,运行页面置换算法进行页面置换;
3、算法所需的各种参数由输入产生(手工输入或者随机数产生);
4、输出内存驻留的页面集合,页错误次数以及页错误率;
四•相关知识:
1.虚拟存储器的引入:
局部性原理:
程序在执行时在一较短时间内仅限于某个部分;相应的,它所访问的存储空间也局限于某个区域,它主要表现在以下两个方面:
时间局限性和空间局限性。
2•虚拟存储器的定义:
虚拟存储器是只具有请求调入功能和置换功能,能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。
3•虚拟存储器的实现方式:
分页请求系统,它是在分页系统的基础上,增加了请求调页功能、页面置换功能所形成的页面形式虚拟存储系统。
请求分段系统,它是在分段系统的基础上,增加了请求调段及分段置换功能后,所形成的段式虚拟存储系统。
4.页面分配:
平均分配算法,是将系统中所有可供分配的物理块,平均分配给各个进程。
按比例分配算法,根据进程的大小按比例分配物理块。
考虑优先的分配算法,把内存中可供分配的所有物理块分成两部分:
一部分按比例地分配给各进程;另一部分则根据个进程的优先权,适当的增加其相应份额后,分配给各进程。
5.页面置换算法:
常用的页面置换算法有OPT、FIFO、LRU、Clock、LFU、PBA等。
5.设计说明
1采用数组页面的页号
2、FIFO算法,选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰;
分配n个物理块给进程,运行时先把前n个不同页面一起装入内存,然后再从后面逐一
比较,输出页面及页错误数和页错误率。
3、LRU算法,根据页面调入内存后的使用情况进行决策;
同样分配n个物理块给进程,前n个不同页面一起装入内存,后面步骤与前一算法类似。
选择置换算法,先输入所有页面号,为系统分配物理块,依次进行置换:
6.设计思想:
OPT基本思想:
是用一维数组page[pSIZE]存储页面号序列,memery[mSIZE]是存储装入物理块中的页面。
数组next[mSIZE]记录物理块中对应页面的最后访问时间。
每当发生缺页时,就从物理块中找出最后访问时间最大的页面,调出该页,换入所缺的页面。
FIFO基本思想:
是用队列存储内存中的页面,队列的特点是先进先出,与该算法是一致的,所以每当发生缺页时,就从队头删除一页,而从队尾加入缺页。
或者借助辅助数组time[mSIZE]记录物
理块中对应页面的进入时间,每次需要置换时换出进入时间最小的页面。
LRU基本思想:
是用一维数组page[pSIZE]存储页面号序列,memery[mSIZE]是存储装入物理块中的页面。
数组flag[10]标记页面的访问时间。
每当使用页面时,刷新访问时间。
发生缺页时,就从物理块中页面标记最小的一页,调出该页,换入所缺的页面。
7.流程图:
如下页所示
开始
根据选择的置换算法完成置换
、W依0冃青青
六.运行结果:
1.按任意键进行初始化:
人物理^Brm
入夏画号弓1用串的企数
:
20次論入贡啬号引用串诵工格隔弁〉<
12030423632120170
2.载入数据:
CM<=10>:
3
0120304230321201?
正在载入数据,请稍候!
養'琲:
:
X:
述黒:
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*总:
匚壬芒;罠£二虑■S:
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和*R:
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逬花•"玄进-阳:
-;:
3.进入置换算法选择界面:
输入的页面号引用串为主
70120304230321201701
MrMr
*请选扌爭页面置换算袪宅*
*i•曲进五出
*2-曇逅最久未使用
»3•曇隹£0PT)*
*4■退岀*
薯餐貝費餐君强Mr材餐44餐鬓捋餐Mr著餐制舅鬓捋餐请选择操作;[J
4.运算中延迟操作:
01701
012030423032
齋着條務骑菁畫打诉普**舊普if社请选择页面置换算袪;*
5.三种算法演示结果:
帝入的页面号引用串为;
7012B3B4
X请选1睪页面置陨算法:
9/2B
说冋命中率:
S5?
i
|按任意犍重新选J睪置换算法「J;
8.结论
通过这次课程设计,不仅让我了解了页面置换算法,开始我一味的进行调试,急切
的想侥幸调试出来,但由于没有进行深入的考虑,我调试了很久都没没有成功,我仔细的分
析题目分析材料,在原由的基础上我进行了改正我最后还是调试成功了,还是经过了一翻努力,这次操作系统实习,不仅让我对操作系统这门课程有了更深入的研究、对很多重要的概念
有了巩固和掌握。
通过努力,三个页面置换算法程序都已经完成,此时此刻,我心里多
了些成就感。
虽然自己所做的很少也不够完善,但毕竟也是努力的结果。
主要有以下几
点收获:
1.通过对上网和看书查阅相关资料,使自己对C语言的基本框架有新的了解,加深
了对可视化程序的认识。
2.在使用C语言来实现功能时,不像以往用的其他语言,它比较简练,更容易理解,实用性很强。
3.先进先出页面置换和LRU以及OPT算法各有特点,但是实践起来却很大,使自己对页面置换算法有了新的认识。
一周半的课程设计就要结束了,不但对专业知识有了更
深的理解,更使的自己认识到实践的重要性,理论、实践相结合才能达到很好的学习效
果,特别是程序语言的学习。
六•源代码:
如下页所示【使用C语言】
#include
#include
/*全局变量*/
intmSIZE;/*物理块数*/
intpSIZE;/*页面号引用串个数*/
staticintmemery[10]={0};/*物理块中的页号*/staticintpage[100]={0};/*页面号引用串*/staticinttemp[100][10]={0};/*辅助数组*/
/*置换算法函数*/
voidFIFO();
voidLRU();
voidOPT();
/*辅助函数*/
voidprint(unsignedintt);
voiddesignBy();
voiddownload();
voidmDelay(unsignedintDelay);
/*主函数*/
voidmain()
inti,k,code;
\n");
\n");
\n");
printf(”i
printf("丨请按任意键进行初始化操作
printf(”1
printf(”>>>");
getch();
system("cls");
printf("请输入物理块的个数(M<=10):
”);
scanf("%d",&mSIZE);
printf("请输入页面号引用串的个数(P<=100):
");
scanf("%d",&pSIZE);
puts("请依次输入页面号引用串(用空格隔开):
");for(i=0;i scanf("%1d",&page[i]); download(); system("cls"); do{ puts("输入的页面号引用串为: ”); for(k=0;k<=(pSIZE-1)/20;k++) { for(i=20*k;(i { if(((i+1)%20==0)||(((i+1)%20)&&(i==pSIZE-1)))printf("%d\n",page[i]); else printf("%d",page[i]); } } printf( ********************* *\n"); *\n");*\n");*\n");*\n"); printf("*请选择页面置换算法: \t\t\t*\n”); printf("**\n"); printf("*1.先进先出(FIFO) printf("*2.最近最久未使用(LRU)printf("*3.最佳(OPT) printf("*4.退出 printf("请选择操作: []\b\b"); scanf("%d",&code); switch(code) {case1: FIFO();break; case2: LRU(); break; case3: OPT(); break; case4: system("cls");exit(O); default: printf(”输入错误,请重新输入: "); } printf("按任意键重新选择置换算法: >>>"); getch(); system("cls"); }while(code! =4); getch(); } /*载入数据*/ voiddownload() { inti; printf("i1\n"); printf("I正在载入数据,请稍候川丨\n"); printf("11\n"); O"); printf("Loading...\n"); printf(" for(i=0;i<51;i++) printf("\b"); for(i=0;i<50;i++) { mDelay((pSIZE+mSIZE)/2); printf(">"); } >>>"); printf("\nFinish.'n载入成功,按任意键进入置换算法选择界面: getch(); } /*设置延迟*/ voidmDelay(unsignedintDelay) { unsignedinti; for(;Delay>0;Delay--) { for(i=0;i<124;i++) { printf(”\b"); } } } voidprint(unsignedintt) { inti,j,k,l; intflag; for(k=0;k<=(pSIZE-1)/20;k++) { for(i=20*k;(i { if(((i+1)%20==0)||(((i+1)%20)&&(i==pSIZE-1)))printf("%d\n",page[i]); else printf("%d",page[i]); } for(j=0;j { for(i=20*k;(i { if(i>=j) printf("|%d|",temp[i][j]); else printf("||"); } for(i=mSIZE+20*k;(i for(flag=0,l=0;l flag++; if(flag==mSIZE)/*页面在物理块中*/printf(""); else printf("|%d|",temp[i][j]); } /*每行显示20个*/ if(i%20==0) continue; printf("\n"); } printf(”\n"); printf(”缺页次数: %d\t\t",t+mSIZE); printf("缺页率: %d/%d\n",t+mSIZE,pSIZE); printf("置换次数: %d\t\t",t); printf("访问命中率: %d%%\n",(pSIZE-(t+mSIZE))*100/pSIZE);printf("\n"); } /*计算过程延迟*/ voidcompute。 { inti; printf("正在进行相关计算,请稍候”); for(i=1;i<20;i++) { mDelay(15); if(i%4==0) printf("\b\b\b\b\b\b\b\b\b\b\b\b"); else printf("@"); } for(i=0;i++<30;printf("\b")); for(i=0;i++<30;printf("")); for(i=0;i++<30;printf("\b")); } /*先进先出页面置换算法*/ voidFIFO() { intmemery[10]={0}; inttime[10]={0};/*记录进入物理块的时间*/ inti,j,k,m; intmax=0;/*记录换出页*/ intcount=O;/*记录置换次数*/ /*前mSIZE个数直接放入*/ for(i=0;i { memery[i]=page[i]; time[i]=i; for(j=0;j temp[i][j]=memery[j]; } for(i=mSIZE;i { /*判断新页面号是否在物理块中*/ for(j=0,k=0;j { if(memery[j]! =page[i]) k++; } if(k==mSIZE)/*如果不在物理块中*/ { count++; /*计算换出页*/ max=time[0]
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