实验五请求页式存储管理的页面置换算法讲课稿.docx
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实验五请求页式存储管理的页面置换算法讲课稿
实验五请求页式存储管理的页面置换算法
操作系统实验报告
班级:
计科0801班姓名:
韩伟伟学号:
08407106时间:
2011-5-25
实验五请求页式存储管理的页面置换算法
一.实验目的
通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟程序,了解虚拟存储技术的特点,掌握请求页式存储管理的页面置换算法。
二.实验属性
设计
三.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产:
50%的指令是顺序执行的;
25%的指令是均匀分布在前地址部分;
25%的指令是均匀分布在后地址部分。
2.将指令序列变换成为页地址流
设页面大小为1K;用户内存容量为4页到32页;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条至第9条指令为第0页;第10条至19条指令为第1页;…第310条至319条指令为第31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。
(1)先进先出算法(FIFO)
(2)最近最少使用算法(LRU)
(3)最佳使用算(OPT)
命中率=1-页面失效次数/页地址流长度
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。
四.思路
关于随机数的产生办法。
首先要初始化设置随机数,产生序列的开始点,例如,通过下列语句实现:
srand(400);
(1)计算随机数,产生320条指令序列
m=160;
for(i=0;i<80;i++=
{
j=i﹡4;
a[j]=m;
a[j+1]=m+1;
a[j+2]=a[j]﹡1.0﹡rand()/32767;
a[j+3]=a[j+2]+1
m=a[j+3]+(319-a[j+3])﹡1.0﹡rand()/32767;
}
(2)将指令序列变换成为页地址流
for(k=0;k<320;k++)
{pt=a[k]/10;
pd=a[k]%10;
…
}
(3)计算不同算法的命中率
rate=1-1.0﹡U/320;
其中U为缺页中断次数,320是页地址流长度。
(4)输出格式
kfifo1ru
40.230.25
…
321.01.0
五.实验报告
1.写出你编写的C语言程序。
#include
#include
#include
#include
#defineMyprintfprintf("|---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---|\n")/*表格控制*/
#definebsize4//物理块大小
#definepsize16//进程大小
typedefstructpage
{
intnum;/*记录页面号*/
inttime;/*记录调入内存时间*/
}Page;/*页面逻辑结构,结构为方便算法实现设计*/
Pageb[bsize];/*内存单元数*/
intc[bsize][psize];/*暂保存内存当前的状态:
缓冲区*/
intqueue[100];/*记录调入队列*/
intK;/*调入队列计数变量*/
intphb[bsize]={0};//物理块标号
intpro[psize]={0};//进程序列号
intflag[bsize]={0};//进程等待次数(存放最久未被使用的进程标志)
inti=0,j=0,k=0;//i表示进程序列号,j表示物理块号
intm=-1,n=-1;//物理块空闲和进程是否相同判断标志
intmax=-1,maxflag=0;//标记替换物理块进程下标
intcount=0;//统计页面缺页次数
//**************************************************************//
//**************************************************************//随机产生序列号函数
//**************************************************************
int*build()
{
printf("随机产生一个进程序列号为:
\n");
inti=0;
for(i=0;i { pro[i]=10*rand()/(RAND_MAX+1)+1; printf("%d",pro[i]); } printf("\n"); return(pro); } //**************************************************************//查找空闲物理块 //************************************************************** intsearchpb() { for(j=0;j { if(phb[j]==0) { m=j; returnm; break; } } return-1; } //**************************************************************//查找相同进程 //************************************************************** intsearchpro() { for(j=0;j { if(phb[j]==pro[i]) { n=j; returnj; } } return-1; } //**************************************************************//初始化内存 //************************************************************** voidempty() { for(i=0;i phb[i]=0; count=0;//计数器置零 } //**************************************************************//先进先出页面置换算法 //************************************************************** voidFIFO() { for(i=0;i { m=searchpb(); n=searchpro(); //找flag值最大的 for(j=0;j { if(flag[j]>maxflag) { maxflag=flag[j]; max=j; } } if(n==-1)//不存在相同进程 { if(m! =-1)//存在空闲物理块 { phb[m]=pro[i];//进程号填入该空闲物理块 count++; flag[m]=0; for(j=0;j<=m;j++) { flag[j]++; } m=-1; } else//不存在空闲物理块 { phb[max]=pro[i]; flag[max]=0; for(j=0;j { flag[j]++; } max=-1; maxflag=0; count++; } } else//存在相同的进程 { phb[n]=pro[i]; for(j=0;j { flag[j]++; } n=-1; } for(j=0;j { printf("%d",phb[j]); } printf("\n"); } printf("缺页次数为: %d\n",count); printf("\n"); } //************************************************************** //************************************************************** /*初始化内存单元、缓冲区*/ voidInit(Page*b,intc[bsize][psize]) { inti,j; for(i=0;i { b[i].num=-1; b[i].time=psize-i-1; } for(i=0;i for(j=0;j c[i][j]=-1; } /*取得在内存中停留最久的页面,默认状态下为最早调入的页面*/ intGetMax(Page*b) { inti; intmax=-1; inttag=0; for(i=0;i { if(b[i].time>max) { max=b[i].time; tag=i; } } returntag; } /*判断页面是否已在内存中*/ intEquation(intfold,Page*b) { inti; for(i=0;i { if(fold==b[i].num) returni; } return-1; } /*LRU核心部分*/ voidLruu(intfold,Page*b) { inti; intval; val=Equation(fold,b); if(val>=0) { b[val].time=0; for(i=0;i if(i! =val) b[i].time++; } else { queue[++K]=fold;/*记录调入页面*/ val=GetMax(b); b[val].num=fold; b[val].time=0; for(i=0;i if(i! =val) b[i].time++; } } voidLRU() { inti,j; K=-1; Init(b,c); for(i=0;i { Lruu(pro[i],b); c[0][i]=pro[i]; /*记录当前的内存单元中的页面*/ for(j=0;j c[j][i]=b[j].num; } /*结果输出*/ printf("内存状态为: \n"); Myprintf; for(j=0;j printf("|%2d",pro[j]); printf("|\n"); Myprintf; for(i=0;i {for(j=0;j { if(c[i][j]==-1) printf("|%2c",32); else printf("|%2d",c[i][j]); } printf("|\n"); } Myprintf; printf("\n调入队列为: "); for(i=0;i printf("%3d",queue[i]); printf("\n缺页次数为: %6d\n缺页率: %16.6f",K+1,(float)(K+1)/psize); } //**************************************************************//主函数 //************************************************************** voidmain() { intsel; do{ printf("\t\t\t--------------------------------------\t\t\t"); printf("\t\t\t☆☆^-^欢迎进入操作系统界面^-^☆☆\t\t\t"); printf("\t\t\t--------------------------------------\t\t\t\n"); printf("\t\t\t☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆\t\t\t"); printf("\t\t\t☆虚拟内存☆\t\t\t"); printf("\t\t\t☆--------------------------------☆\t\t\t"); printf("\t\t\t☆1、产生随机序列☆\t\t\t"); printf("\t\t\t☆--------------------------------☆\t\t\t"); printf("\t\t\t☆2、最久未使用(LRU)☆\t\t\t"); printf("\t\t\t☆--------------------------------☆\t\t\t"); printf("\t\t\t☆3、先进先出(FIFO)☆\t\t\t"); printf("\t\t\t☆--------------------------------☆\t\t\t"); printf("\t\t\t☆4、最佳置换算法(OPT)☆\t\t\t"); printf("\t\t\t☆--------------------------------☆\t\t\t"); printf("\t\t\t☆5、三种算法的比较()☆\t\t\t"); printf("\t\t\t☆--------------------------------☆\t\t\t"); printf("\t\t\t☆0、退出(Exit)☆\t\t\t"); printf("\t\t\t☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆\t\t\t\n"); printf("请选择所要执行的操作(0/1/2/3/4/5): "); scanf("%d",&sel); switch(sel) { case0: printf("\t\t\t^-^再见! ^-^\t\t\t\n");system("pause");break; case1: build();break; case2: printf("最久未使用算\n");LRU();empty();printf("\n");break; case3: printf("先进先出算\n");FIFO();empty();printf("\n");break; case5: printf("先进先出算法\n");FIFO();empty(); printf("最久未使用算法\n");LRU();empty();break; default: printf("请输入正确的选项号! ");printf("\n\n");break; } }while(sel! =0); } 产生的随机序列: 最近最少使用算法执行结果如下: 先进先出FIFO算法执行结果: 2.总结体会请求页式存储管理的实现原理。 请求页式管理的基本原理是将逻辑地址空间分成大小相同的页,将存储地址空间分块,页和块的大小相等,通过页表进行管理。 页式系统的逻辑地址分为页号和页内位移量。 页表包括页号和块号数据项,它们一一对应。 根据逻辑空间的页号,查找页表对应项找到对应的块号,块号乘以块长,加上位移量就行成存储空间的物理地址。 每个作业的逻辑地址空间是连续的,重定位到内存空间后就不一定连续了。 3.写出这三种页面置换算法的实现思想。 FIFO算法总是淘汰最先调入主存的页面,即淘汰在主存中驻留时间最长的页面,认为驻留时间最长的页不再使用的可能性较大。 LRU算法淘汰的页面是最近一段时间内最久未被访问的那一页,它是基于程序局部性原理来考虑的,认为那些刚被使用过的页面可能还要立即被使用,而那些在较长时间内未被使用的页面可能不会立即使用。 OPT算法,当要调入一页而必须淘汰旧页时,应该淘汰以后不再访问的页,或距现在最长时间后要访问的页面。 4.对不同算法的性能进行评价。 FIFO算法较易实现,对具有线性顺序特征的程序比较适用,而对具有其他特征的程序则效率不高,此算法还可能出现抖动现象(Belady)异常。 LRU算法基于程序的局部性原理,所以适用用大多数程序,此算实现必须维护一个特殊的队列——页面淘汰队列。 OPT算法虽然产生的缺页数最少,然而,却需要预测程序的页面引用串,这是无法预知的,不可能对程序的运行过程做出精确的断言,不过此理论算法可用做衡量各种具体算法的标准。
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