存储管理试验报告.docx
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存储管理试验报告.docx
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存储管理试验报告
存储管理试验报告
班级:
10网工三班学生姓名:
谢昊天学号:
1215134046
实验目的和要求:
存储管理的主要功能之一是合理地分配空间。
请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。
本实验的目的是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技术特点,掌握请求页式存储管理的页面置换算法。
实验内容与分析设计:
(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:
①50%的指令是顺序执行的;
②50%的指令是均匀分布在前地址部分;
③50%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]的指令之间随即选取一起点m;
②顺序执行一条指令,即执行地址为m+1的指令;
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①-⑤,直到执行320次指令。
(2)将指令序列变换为页地址流
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条指令排在虚存地址,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条指令为第一页(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在不同内存容量下的命中率。
①先进先出的算法(FIFO);
②最近最少使用算法(LRR);
③最佳淘汰算法(OPT)先淘汰最不常用的页地址;
④最少访问页面算法(LFR);
⑤最近最不经常使用算法(NUR)。
其中③和④为选择内容。
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。
实验步骤与调试过程:
1.启动计算机并运行linux系统
2.根据Linux系统的gcc自带编译器进行运行编译编译提
用srand()和rand()函数定义和产生指令序列,然后将指令序列变换成相应的页地址流,并针对不同的算法计算出相应的命中率。
相关定义如下:
数据结构
(1)页面类型:
typedefstruct{
intpn,pfn,counter,time;
}pl-type;
其中pn为页号,pfn为面号,counter为一个周期内访问该页面的次数,time为访问时间.
(2)页面控制结构
pfc-struct{
intpn,pfn;
structpfc_struct*next;
}
typedefstructpfc_structpfc_type;
pfc_typepfc_struct[total_vp],*freepf_head,*busypf_head;
pfc_type*busypf_tail;
其中pfc[total_vp]定义用户进程虚页控制结构,
*freepf_head为空页面头的指针,
*busypf_head为忙页面头的指针,
*busypf_tail为忙页面尾的指针.
(2)函数定义
<1>Voidinitialize():
初始化函数,给每个相关的页面赋值.
<2>VoidFIFO():
计算使用FIFO算法时的命中率.
<3>VoidLRU():
计算使用LRU算法时的命中率.
<4>VoidOPT():
计算使用OPT算法时的命中率.
<5>VoidLFU():
计算使用LFU算法时的命中率.
<6>VoidNUR():
计算使用NUR算法时的命中率.
(3)变量定义
<1>inta[total_instruction]:
指令流数据组.
<2>intpage[total_instruction]:
每条指令所属的页号.
<3>intoffset[total_instruction]:
每页装入10条指令后取模运算页号偏移值.
<4>inttotal_pf:
用户进程的内存页面数.
<5>intdisaffect:
页面失效次数.
3.分析运行出现的问题.
4.观察运行结果.
实验结果:
结果一:
4pageframesFIFO:
0.2562LRU:
0.2531OPT:
0.3031LFU:
0.2812NUR:
0.2812
5pageframesFIFO:
0.2969LRU:
0.2906OPT:
0.3500LFU:
0.3219NUR:
0.3094
6pageframesFIFO:
0.3375LRU:
0.3281OPT:
0.3844LFU:
0.3375NUR:
0.3344
7pageframesFIFO:
0.3563LRU:
0.3563OPT:
0.4031LFU:
0.3563NUR:
0.3500
8pageframesFIFO:
0.3937LRU:
0.3750OPT:
0.4531LFU:
0.3937NUR:
0.3719
9pageframesFIFO:
0.4219LRU:
0.4094OPT:
0.4844LFU:
0.4156NUR:
0.4062
10pageframesFIFO:
0.4375LRU:
0.4313OPT:
0.5062LFU:
0.4313NUR:
0.4250
11pageframesFIFO:
0.4813LRU:
0.4625OPT:
0.5531LFU:
0.4500NUR:
0.4656
12pageframesFIFO:
0.5406LRU:
0.4875OPT:
0.5687LFU:
0.4938NUR:
0.4875
13pageframesFIFO:
0.5500LRU:
0.5188OPT:
0.5969LFU:
0.5062NUR:
0.5437
14pageframesFIFO:
0.5594LRU:
0.5531OPT:
0.6344LFU:
0.5281NUR:
0.5469
15pageframesFIFO:
0.5687LRU:
0.5844OPT:
0.6687LFU:
0.5469NUR:
0.5813
16pageframesFIFO:
0.5781LRU:
0.5938OPT:
0.6813LFU:
0.5719NUR:
0.5969
17pageframesFIFO:
0.5906LRU:
0.6156OPT:
0.6969LFU:
0.6156NUR:
0.6156
18pageframesFIFO:
0.6156LRU:
0.6312OPT:
0.7156LFU:
0.6344NUR:
0.6531
19pageframesFIFO:
0.6687LRU:
0.6656OPT:
0.7344LFU:
0.6531NUR:
0.6719
20pageframesFIFO:
0.6875LRU:
0.6969OPT:
0.7500LFU:
0.6719NUR:
0.6906
21pageframesFIFO:
0.6906LRU:
0.7094OPT:
0.7688LFU:
0.6969NUR:
0.7188
22pageframesFIFO:
0.7125LRU:
0.7219OPT:
0.7969LFU:
0.7156NUR:
0.7344
23pageframesFIFO:
0.7156LRU:
0.7406OPT:
0.8125LFU:
0.7250NUR:
0.7812
24pageframesFIFO:
0.7281LRU:
0.7625OPT:
0.8187LFU:
0.7406NUR:
0.7719
25pageframesFIFO:
0.7469LRU:
0.7750OPT:
0.8344LFU:
0.7594NUR:
0.8000
26pageframesFIFO:
0.8125LRU:
0.8000OPT:
0.8500LFU:
0.7812NUR:
0.8063
27pageframesFIFO:
0.8313LRU:
0.8187OPT:
0.8594LFU:
0.8031NUR:
0.8281
28pageframesFIFO:
0.8438LRU:
0.8375OPT:
0.8688LFU:
0.8344NUR:
0.8469
29pageframesFIFO:
0.8688LRU:
0.8531OPT:
0.8750LFU:
0.8562NUR:
0.8562
30pageframesFIFO:
0.8781LRU:
0.8719OPT:
0.8781LFU:
0.8750NUR:
0.8688
31pageframesFIFO:
0.8938LRU:
0.8750OPT:
0.8844LFU:
0.8844NUR:
0.8906
32pageframesFIFO:
0.9000LRU:
0.9000OPT:
0.9000LFU:
0.9000NUR:
0.9000
从上述结果可知,在内存页面数较少(4~5页)时,五种算法的命中率差别不大,都是30%左右。
在内存页面为7~18个页面之间时,5种算法的访内命中率大致在35%~60%之间变化。
但是,FIFO算法与OPT算法之间的差别一般在6~10个百分点左右。
在内存页面为25~32个页面时,由于用户进程的所有指令基本上都已装入内存,使命中率增加,从而算法之间的差别不大。
结果二:
4pageframesFIFO:
0.2594LRU:
0.2562OPT:
0.2687LFU:
0.2437NUR:
0.2625
5pageframesFIFO:
0.3000LRU:
0.3000OPT:
0.3000LFU:
0.2969NUR:
0.2875
6pageframesFIFO:
0.3375LRU:
0.3281OPT:
0.3281LFU:
0.3094NUR:
0.3281
7pageframesFIFO:
0.3563LRU:
0.3563OPT:
0.3688LFU:
0.3312NUR:
0.3469
8pageframesFIFO:
0.4031LRU:
0.4094OPT:
0.3875LFU:
0.3406NUR:
0.3781
9pageframesFIFO:
0.4156LRU:
0.4281OPT:
0.4156LFU:
0.3656NUR:
0.4125
10pageframesFIFO:
0.4281LRU:
0.4469OPT:
0.4313LFU:
0.3750NUR:
0.4406
11pageframesFIFO:
0.4531LRU:
0.4688OPT:
0.4594LFU:
0.4281NUR:
0.4656
12pageframesFIFO:
0.4656LRU:
0.4813OPT:
0.4906LFU:
0.4375NUR:
0.4938
13pageframesFIFO:
0.4750LRU:
0.5000OPT:
0.5219LFU:
0.4625NUR:
0.5312
14pageframesFIFO:
0.4906LRU:
0.5125OPT:
0.5375LFU:
0.4938NUR:
0.5500
15pageframesFIFO:
0.5312LRU:
0.5250OPT:
0.5625LFU:
0.5281NUR:
0.5563
16pageframesFIFO:
0.5406LRU:
0.5625OPT:
0.5813LFU:
0.5531NUR:
0.5844
17pageframesFIFO:
0.5906LRU:
0.5813OPT:
0.6188LFU:
0.5750NUR:
0.6031
18pageframesFIFO:
0.6000LRU:
0.5906OPT:
0.6344LFU:
0.5906NUR:
0.6250
19pageframesFIFO:
0.6312LRU:
0.6156OPT:
0.6438LFU:
0.6219NUR:
0.6438
20pageframesFIFO:
0.6406LRU:
0.6344OPT:
0.6625LFU:
0.6438NUR:
0.6750
21pageframesFIFO:
0.6969LRU:
0.6594OPT:
0.6875LFU:
0.6656NUR:
0.6937
22pageframesFIFO:
0.7000LRU:
0.6781OPT:
0.7125LFU:
0.6813NUR:
0.6844
23pageframesFIFO:
0.7156LRU:
0.6906OPT:
0.7312LFU:
0.7188NUR:
0.6969
24pageframesFIFO:
0.7438LRU:
0.7219OPT:
0.7531LFU:
0.7438NUR:
0.7469
25pageframesFIFO:
0.7594LRU:
0.7562OPT:
0.7656LFU:
0.7656NUR:
0.7719
26pageframesFIFO:
0.7750LRU:
0.7812OPT:
0.7937LFU:
0.7781NUR:
0.7781
27pageframesFIFO:
0.8125LRU:
0.7969OPT:
0.8094LFU:
0.8125NUR:
0.7969
28pageframesFIFO:
0.8344LRU:
0.8313OPT:
0.8281LFU:
0.8313NUR:
0.8406
29pageframesFIFO:
0.8406LRU:
0.8594OPT:
0.8531LFU:
0.8375NUR:
0.8406
30pageframesFIFO:
0.8625LRU:
0.8781OPT:
0.8750LFU:
0.8562NUR:
0.8594
31pageframesFIFO:
0.8812LRU:
0.8812OPT:
0.8906LFU:
0.8781NUR:
0.8656
32pageframesFIFO:
0.9000LRU:
0.9000OPT:
0.9000LFU:
0.9000NUR:
0.9000
疑难小结:
通过本次试验,我对存储管理思想有了进一步的了解,通过动手实现其存储的管理,更加深刻的理解了存储管理的特点。
同时,在实验过程中,回顾书本上的理论知识,巩固了我的知识。
首先用srand()和rand()函数定义和产生指令序列,然后将指令序列变换成相应的页地址流,并针对不同的算法计算出相应的命中率。
从实验结果可知,在内存页面数较少(4~5页)时,五种算法的命中率差别不大,都是30%左右。
在内存页面为7~18个页面之间时,5种算法的访内命中率大致在35%~60%之间变化。
但是,FIFO算法与OPT算法之间的差别一般在6~10个百分点左右。
在内存页面为25~32个页面时,由于用户进程的所有指令基本上都已装入内存,使命中率增加,从而算法之间的差别不大。
FIFO的命中率比OPT的还高。
主要算法和程序清单:
#defineTRUE1
#defineFALSE0
#defineINVALID-1
#defineNULL0
#definetotal_instruction320/*指令流长*/
#definetotal_vp32/*虚页长*/
#defineclear_period50/*清0周期*/
typedefstruct/*页面结构*/
{
intpn;//页号logicnumber
intpfn;//页面框架号physicalframenumber
intcounter;//计数器
inttime;//时间
}pl_type;
pl_typepl[total_vp];/*页面线性结构---指令序列需要使用地址*/
typedefstructpfc_struct/*页面控制结构,调度算法的控制结构*/
{
intpn;
intpfn;
structpfc_struct*next;
}pfc_type;
pfc_typepfc[total_vp],*freepf_head,*busypf_head,*busypf_tail;
intdiseffect,a[total_instruction];/*a[]为指令序列*/
intpage[total_instruction],offset[total_instruction];/*地址信息*/
intinitialize(int);
intFIFO(int);
intLRU(int);
intLFU(int);
intNUR(int);//notuserecently
intOPT(int);
intmain()
{
ints,i,j;
srand(10*getpid());/*由于每次运行时进程号不同,故可用来作为初始化随机数队列的“种子”*/
s=(float)319*rand()/32767/32767/2+1;/*正态分布*/
for(i=0;i { if(s<0||s>319) { printf("Wheni==%d,Error,s==%d\n",i,s); exit(0); } a[i]=s;/*任选一指令访问点m*/ a[i+1]=a[i]+1;/*顺序执行一条指令*/ a[i+2]=(float)a[i]*rand()/32767/32767/2;/*执行前地址指令m*/ a[i+3]=a[i+2]+1;/*顺序执行一条指令*/ s=(float)(318-a[i+2])*rand()/32767/32767/2+a[i+2]+2; if((a[i+2]>318)||(s>319)) printf("a[%d+2],anumberwhichis: %dands==%d\n",i,a[i+2],s); } for(i=0;i { page[i]=a[i]/10; offset[i]=a[i]%10; } for(i=4;i<=32;i++)/*用户内存工作区从4个页面到32个页面*/ { printf("---%2dpageframes---\n",i); FIFO(i); LRU(i); LFU(i); NUR(i); OPT(i); } return0; } /*初始化相关数据结构total_pf表示内存的块数*/ intinitialize(inttotal_pf) { inti; diseffect=0; for(i=0;i { pl[i].pfn=INVALID;/*置页面控制结构中的页号,页面为空*/ pl[i].counter=0;/*页面控制结构中的访问次数为0*/ pl[i].time=-1;/*访问的时间*/ } for(i=0;i { pfc[i].next=&pfc[i+1]; pfc[i].pfn=i; } pfc[total_pf-1].next=NULL; pfc[total_pf-1].pfn=total_pf-1; freepf_head=&pfc[0];/*空页面队列的头指针为pfc[0]*/ return0; } intFIFO(inttotal_pf)/*先进先出算法total_pf: 用户进程的内存页面数*/ { inti,j; pfc_type*p;/*中间变量*/ initialize(total_pf);/*初始化相关页面控制用数据结构*/ busypf_head=busypf_tail=NULL;/*忙页面队列头,队列尾链接*/ for(i=0;i { if(pl[page[i]].pfn==INVALID)/*页面失效*/ { diseffect+=1;/*失效次数*/ if(freepf_head==NULL)/*无空闲页面*/ { p=busypf_head->next; pl[busypf_head->pn].pfn=INVALID; freepf_head=busypf_head;/*释放忙页面队列的第一个页面*/ freepf_head->next=NULL;/*表明还是缺页*/ busypf_head=p; } p=freepf_head->next; freepf_head->pn=page[i]; pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn; freepf_head->next=NULL;/*使busy的尾为null*/ if(busypf_tail==NULL) { busypf_tail=busypf_head=freepf_head; } else { busypf_tail->next=freepf_head; busypf_tail=freepf_head; } freepf_head=p; } } printf("FIFO: %6.4f\n",1-(float)diseffect/320); return0; intLRU(inttotal_pf)/*最近最久未使用算法leastrecentlyused*/ { intmin,minj,i,j,present_time;/*minj为最小值下标*/ initialize(total_pf); present_time=0; for(i=0;i { if(pl[page[i]].pfn==INVALID)/*页面失效*/ { diseffect++; if(freepf_head==NULL)/*无空闲页面*/ { min=32767;/*设置最大值*/ for(j=0;j { if(min>pl[j].time&&pl[j].pfn! =INVALID) { min=pl[j].time; minj=j; } } freepf_head=&pfc[pl[minj].pfn];//腾出一个单元 pl[minj].pfn=INVALID; pl[minj].time=0; freepf_head->next=NULL; }
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