操作系统请求页式存储管理实验报告Word格式.docx
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操作系统请求页式存储管理实验报告Word格式.docx
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2.实验内容
(1)通过随机数产生一个指令序列,共320条指令指令的地址按下述原则生成:
a)50%的指令是顺序执行的;
b)25%的指令是均匀分布在前地址部分;
c)25%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取一起点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)重复上述步骤a)~f),直到执行320次指令。
(2)将指令序列变换成为页地址流
设:
a)页面大小为1K;
b)用户内存容量为4页到32页;
c)用户虚存容量为32K。
在用户虚存中,按每K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,用户指令可以组成32页。
(3)计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率
a)先进先出的算法(FIFO);
b)最近最少使用算法(LRU);
c)最佳淘汰算法(OPT);
2
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。
3.随机数产生办法
关于随机数产生办法,可以采用操作系统提供的函数,如Linux或UNIX系统提供函数srand()和rand(),分
别进行初始化和产生随机数。
例如:
srand();
语句可以初始化一个随机数;
a[0]=10*rand()/32767*319+1;
a[1]=10*rand()/32767*a[0];
语句可以用来产生a[0]与a[1]中的随机数。
环境说明
此实验采用的是Win7下Code:
:
blocks10.05编译器编程。
此word实验文档中采用notepad++的语法高亮。
4.程序设计说明
4.1.全局变量
constintmaxn=320;
//序列个数
constintmax=maxn+20;
//数组大小
constintmaxp=max/10;
//最大页数
intinst[max];
//指令序列
intpage[max];
//页地址流
intsize;
//内存能容纳的页数
boolin[maxp];
//该页是否在内存里,提高效率intpin[maxp];
//现在在内存里的页
其中in[]数组是为了方便直接判断该页是否在内存里,而不用遍历内存里所有页来判断。
fault_n用来记录缺页次数。
3
4.2.随机指令序列的产生
按照实验要求的写了,但是由于没有考虑细节,开始时出了点问题。
(1)当m=319时,我们顺序执行m+1会产生第32页的页地址,从而使页地址没能按要求限制在[0,31]
之间。
解决方法:
采用循环模加来避免超出范围。
(2)但是这样之后有可能出现模0的问题。
所以我索性将等于0的模数都赋值为160.
最后的程序如下。
voidproduce_inst()
{
intm,n;
intnum=0;
while(num<
maxn)
m=rand()%maxn;
inst[num++]=(m+1)%maxn;
if(num==maxn)break;
m=(m+2)%maxn;
if(m==0)m=160;
n=rand()%m;
inst[num++]=(n+1)%maxn;
n=(n+2)%maxn;
m=maxn-n;
m=rand()%m+n;
inst[num++]=m;
}
4.3.FIFO算法
定义变量ptr。
一开始先预调页填满内存。
在这一部分,ptr指向下一个要存放的位置。
之后继续执行剩下的指令。
此时,ptr表示队列最前面的位置,即最先进来的位置,也就是下一个要被替换
的位置。
ptr用循环加,即模拟循环队列。
4.4.LRU算法
定义数组ltu[],即last_time_use来记录该页最近被使用的时间。
定义变量ti模拟时间的变化,每执行一次加一。
4
这个算法,我没有预调页,而是直接执行所有指令。
若当前需要的页没在内存里,就寻找最近最少使用的页,也就是ltu[]最小的页,即最近一次使用时间离现在最久的页,然后替换掉它。
或者在内存还未满时,直接写入,这个我以初始化内存里所有页为-1来实现。
若已经在内存里了,则只遍历内存内的页,把当前页的最近使用时间改一下即可。
4.5.OPT算法
定义数组ntu[],即next_time_use来记录下一次被使用的时间,即将来最快使用时间。
初始化为-1.
开始时预调页填满内存里的页。
同样利用变量ptr来表示下一个要存放的位置从而控制预调页的过程。
接着初始化ntu数组为-1。
然后求出每一页下一次被使用的指令号,以此代替使用时间。
如果所有剩下的序列都没有用该页时,则还是-1.这种值为-1的页显然是最佳替换对象。
然后执行所有剩下的指令。
当该页不在内存里时,遍历ntu数组,遇到-1的直接使用该页,没有则用ntu[]值最大的,也就是最晚使用的。
无论该页在不在内存里,因为这一次已经被使用了,所以都应该更新这个页的ntu[],只需往前看要执行的页流,记录下第一个遇到的该页即可。
如果没有找到同样添-1即可。
#include<
stdio.h>
stdlib.h>
time.h>
string.h>
usingnamespacestd;
//该页是否在内存里,提高效率
intpin[maxp];
voidwelcome()
printf("
******************************************\n"
);
**ByschneeOn2011-12-06**\n"
**班级:
09211311班内序号:
30**\n"
******************************************\n\n"
5
voidinput_hint()
\n1--createnewinstructionsequence2--setmemorypagenumber(4to
32)\n"
3--solvebyFIFOalgorithm4--solvebyLRUalgorithm\n"
5--solvebyOPTalgorithm0--exit\n"
*********PleaseinputYourchoice:
"
/*通过随机数产生一个指令序列,共320条指令*/voidproduce_inst()
/*将指令序列变换成为页地址流*/voidturn_page_address()
for(inti=0;
i<
maxn;
i++)
page[i]=inst[i]/10;
}
voidFIFO_solve()
memset(in,false,sizeof(in));
intfault_n=0;
//缺页率
intptr,i;
6
//预调页填满空间
ptr=0;
//下一个要放的位置
for(i=0;
maxn&
&
ptr<
size;
if(!
in[page[i]])
pin[ptr++]=page[i];
in[page[i]]=true;
fault_n++;
//继续执行剩下的指令
//队列里最先进来的位置,即下一个要被替换的位置
for(;
in[pin[ptr]]=false;
pin[ptr]=page[i];
ptr=(ptr+1)%size;
\nByFIFOalgorithm,thefault-pagenumberis:
%d\n"
fault_n);
thehitratiois:
%.2lf\n"
(1-(fault_n+0.0)/320.0));
voidLRU_solve()
intltu[maxp];
//last_time_use
intti=1;
//模拟时间
memset(ltu,0,sizeof(ltu));
memset(pin,-1,sizeof(pin));
intmin,ptr,i,j;
//寻找lru
min=1000000;
ptr=0;
for(j=0;
j<
j++)
if(ltu[j]<
min)
7
min=ltu[j];
ptr=j;
//替换或写入
if(pin[ptr]!
=-1)
ltu[ptr]=ti++;
else//已经在内存里则只需更改最近使用时间
if(pin[j]==page[i])
ltu[j]=ti++;
break;
\nByLRUalgorithm,thefault-pagenumberis:
voidOPT_solve()
intntu[maxp];
//next_time_use
inti,j;
memset(ntu,-1,sizeof(ntu));
//预调页填满
intptr=0;
fault_n<
ptr++;
8
//初始化ntu数组
for(j=i;
32;
if(ntu[page[j]]==-1)
ntu[page[j]]=j;
intmax;
max=0;
if(ntu[pin[j]]==-1)
if(ntu[pin[j]]>
max)
max=ntu[pin[j]];
ntu[page[i]]=-1;
for(j=i+1;
if(page[j]==page[i])
ntu[page[i]]=j;
9
\nByOPTalgorithm,thefault-pagenumberis:
intmain()
srand(time(NULL));
welcome();
intchoice;
while
(1)
input_hint();
scanf("
%d"
&
choice);
\n"
if(choice==0)
BYE-BYE!
!
if(choice==1)
produce_inst();
turn_page_address();
NewpageaddresssequenceissetOK!
elseif(choice==2)
Pleaseinputthesizeofmemorypagenumber:
size);
elseif(choice==3)
FIFO_solve();
elseif(choice==4)
LRU_solve();
elseif(choice==5)
OPT_solve();
else
INPUTERROR!
\n"
return0;
10
6.运行结果及分析
)
内存451015202532
2852722301781359032FIFO
2852742241851399132LRU
22120214096684832OPT
2722622061671288232FIFO
2712652041631308632LRU
20118312792664732OPT
随着页数的增多,除了FIFO对某些序列会有Belady’sanomaly(详见6.2)外,大部分情况和LRU算法、OPT算法都是缺页率减小。
OPT是理想情况,效率是最高的。
当然当不缺页时,所有的算法缺页次数都是把所有页调进去的次数。
LRU算法有时候和FIFO算法的效率差
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