操作系统课程设计请求页式存储管理.docx

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操作系统课程设计请求页式存储管理

操作系统课程设计

请求页式存储管理

学院：

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辅导老师：

设计四：

1.设计目的

请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。

本设计通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式管理的页面置换算法。

2.设计内容：

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：

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：

①在[0,319]的指令地址之间随机选取一起点m；

②顺序执行一条指令；

③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′；

④顺序执行一条指令，其地址为m′+1；

⑤在后地址[m′+2,319]中随机选取一条指令并执行；

⑥重复上述步骤②~⑤，直到执行320次指令。

将指令序列变换成为页地址流

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]）；

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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。

计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。

先进先出的算法（FIFO）；最近最少使用算法（LRR）；

最少访问页面算法（LFR）；最近最不经常使用算法（NUR）。

3．实验环境

每个学生一台微机，需要安装windows98或windows2000操作系统，配备VC、VB、java或C编程语言，每个学生上机时间不少于24个小时。

（1）、分页请求系统

为了能实现请求调页和置换功能，系统必须提供必要的硬件支持，其中，最重要的是：

（1）请求分页的页表机制。

它是在分页的页表机制上增加若干个项而形成的，作为请求分页的数据结构；

（2）缺页中断机构。

每当用户程序要访问的页面尚未调入内存时，便产生一缺页中断，以请求OS将所缺的页面调入内存；

（3）地址变换机构。

它同样是在分页的地址变换机构的基础上发展形成的。

为了实现请求调页还须得到OS的支持，在实现请求调页功能时，石油OS将所需的页从外存调入内存；在实现置换功能时，也是由OS将内存的某些页调至外存。

4．实验提示

提示：

A.命中率=1-页面失效次数/页地址流长度

B.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。

C.关于随机数产生方法，采用TC系统提供函数RAND（）和RANDOMIZE（）来产生。

5.自己对算法的理解

㈠FIFO页面置换算法

⑴原理简述

①在分配内存页面数（AP）小于进程页面数（PP）时，当然是最先运行的AP个页面放入内存。

②这时有需要处理新的页面，则将原来内存中的AP个页面最先进入的调出（是以称为FIFO），然后将新页面放入。

③以后如果再有新页面需要调入，则都按⑵的规则进行。

算法特点：

所使用的内存页面构成一个队列。

㈡LRU页面置换算法

⑴原理算述

①当分配内存页面数（AP）小于进程页面数（PP）时，当然是把最先执行的AP个页面放入内存。

②当需要调页面进入内存，而当前分配的内存页面全部不空闲时，选择将其中最长时间没有用到的那个页面调出，以空出内存来放置新调入的页面（称为LRU）。

算法特点：

每个页面都有属性来表示有多长时间未被CPU使用的信息。

㈢LFU即最不经常使用页置换算法

1原理简述

要求在页置换时置换引用计数最小的页，因为经常使用的页应该有一个较大的引用次数。

但是有些页在开始时使用次数很多，但以后就不再使用，这类页将会长时间留在内存中，因此可以将引用计数寄存器定时右移一位，形成指数衰减的平均使用次数。

LRU算法的硬件支持

把LRU算法作为页面置换算法是比较好的，它对于各种类型的程序都能适用，但实现起来有相当大的难度，因为它要求系统具有较多的支持硬件。

所要解决的问题有：

1.一个进程在内存中的各个页面各有多久时间未被进程访问；

2.如何快速地知道哪一页最近最久未使用的页面。

为此，须利用以下两类支持硬件：

（1）寄存器

用于记录某进程在内存中各页的使用情况。

实页/R

R7

R6

R5

R4

R3

R2

R1

R0

1

0

1

0

1

0

0

1

0

2

1

0

1

0

1

1

0

0

3

0

0

O

0

0

1

0

0

4

0

1

1

0

1

0

1

1

5

1

1

0

1

0

1

1

0

6

0

0

1

0

1

0

1

1

7

0

0

0

0

0

1

1

1

8

0

1

1

0

1

1

0

1

（2）栈

可利用一个特殊的栈来保存当前使用的各个页面的页面号。

每当进程访问某页面时，便将该页面的页面号从栈中移出，将它压入栈顶。

算法特点:

LFU算法并不能真正反映出页面的使用情况，因为在每一时间间隔内，只是用寄存器的一位来记录页的使用情况，因此，访问一次和访问10000次是等效的。

㈣NUR页面置换算法

⑴原理简述

所谓“最近未使用”，首先是要对“近”作一个界定，比如CLEAR_PERIOD=50，便是指在CPU最近的50次进程页面处理工作中，都没有处理到的页面。

那么可能会有以下几种情况：

①如果这样的页面只有一个，就将其换出，放入需要处理的新页面。

②如果有这样的页面不止一个，就在这些页面中任取一个换出（可以是下标最小的，或者是下标最大的），放入需要处理的页面。

③如果没有一个这样的页面，就随意换出一个页面（可以是下标最小的，或者是下标最大的）。

算法特点：

有一个循环周期，每到达这个周期，所有页面存放是否被CPU处理的信息的属性均被置于初始态（没有被访问）。

6．实验流程图

7.实验运行结果

等等。

8.实验源程序

#include

#include<>

usingnamespacestd;

constintMaxNum=320;实验体会

通过上面的截图可以发现，实验中指令是由随机函数产生的,然后根据产生的指令算出需要访问的页面.在本次实验中我写了四个页面置换算法—（先进先出）FIFO算法和（最久未使用）LRU算法,最少访问页面算法（LFR）；最近最不经常使用算法（NUR）。

实验中的源程序是我根据书上的原理自己设计的.我从这次的实验中获得了很大的收益,让我对计算机操作系统中的页面置换算法有了进一步的了解,更加进一步地了解了计算机操作系统中的页面访问原理.