《操作系统》实验五页面置换算法模拟

实验五. 请求页式存储管理的模拟

[实验内容]:

熟悉虚拟存储管理的各种页面置换算法，并编写模拟程序实现请求页式存储管理的页面置换算法----最近最久未使用算法（LRU），要求在每次产生置换时显示页面分配状态和缺页率。

[实验要求]：

1、运行给出的实验程序，查看执行情况，进而分析算法的执行过程，在理解FIFO页面置换算法和最近最久未使

用算法（LRU）置换算法后，给出最佳置换算法的模拟程序实现，并集成到参考程序中。

2、执行2个页面置换模拟程序，分析缺页率的情况。最好页框数和访问序列长度可调节，在使用同一组访问序

列数据的情况下，改变页框数并执行2个页面置换模拟程序，查看缺页率的变化。

3、在每次产生置换时要求显示分配状态和缺页率。程序的地址访问序列通过随机数产生，要求具有足够的长度。

最好页框数和访问序列长度可调节。

实验的执行结果如下图所示（左下图为FIFO执行结果，右下图为LRU执行结果）：

程序源代码：

#include

#include "windows.h"

#include

#include

#include

#include

#include

#include

void initialize(); //初始化相关数据结构

void createps(); //随机生成访问序列

void displayinfo(); //显示当前状态及缺页情况

void fifo(); //先进先出算法

int findpage(); //查找页面是否在内存

void lru(); //最近最久未使用算法

int invalidcount = 0; // 缺页次数

int vpoint; //页面访问指针

int pageframe[10]; // 分配的页框

int pagehistory[10]; //记录页框中数据的访问历史

int rpoint; //页面替换指针

int inpflag; //缺页标志，0为不缺页，1为缺页

struct PageInfo //页面信息结构

{

int serial[100]; // 模拟的最大访问页面数，实际控制在20以上

int flag; // 标志位，0表示无页面访问数据

int diseffect; // 缺页次数

int total_pf; // 分配的页框数

int total_pn; // 访问页面序列长度

} pf_info;

//////////////////////////////////////////////////////////////////////// //初始化相关数据结构

void initialize()

{

int i,pf;

inpflag=0; //缺页标志，0为不缺页，1为缺页

pf_info.diseffect =0; // 缺页次数

pf_info.flag =0; // 标志位，0表示无页面访问数据

printf("\n请输入要分配的页框数："); // 自定义分配的页框数

scanf("%d",&pf);

pf_info.total_pf =pf;

for(i=0;i<100;i++) // 清空页面序列

{

pf_info.serial[i]=-1;

}

///////////////////////////////////////////////////////////////////

// 随机生成访问序列

void createps(void )

{

int s,i,pn;

initialize(); //初始化相关数据结构

printf("\n请输入要随机生成访问序列的长度："); //自定义随机生成访问序列的长度

scanf("%d",&pn);

srand(rand()); //初始化随机数队列的"种子"

s=((float) rand() / 32767) * 50 + pn; // 随机产生页面序列长度

pf_info.total_pn = s;

for(i=0;i

{

pf_info.serial[i]=((float) rand() / 32767) * 16 ; //随机数的大小在0-15之间 }

}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// 显示当前状态及缺页情况

void displayinfo(void)

{

int i,n;

if(vpoint==0)

{

printf("\n=============页面访问序列=============\n");

for(i=0; i

{

printf("%4d",pf_info.serial[i]);

if ((i+1) % 10 ==0) printf("\n"); //每行显示10个

}

printf("\n======================================\n");

}

printf("访问%3d : 内存<",pf_info.serial[vpoint]);

for(n=0;n

{

if (pageframe[n] >=0)

printf("%3d",pageframe[n]);

else

printf(" ");

}

printf(" >");

if(inpflag==1) //缺页标志，0为不缺页，1为缺页

{

printf(" ==>缺页 ");

printf("缺页率%3.1f",(float)(pf_info.diseffect)*100.00/vpoint);

}

printf("\n");

}

//////////////////////////////////////////////////////////////////////// // 查找页面是否在内存，1为在内存，0为不在即缺页

int findpage(int page)

{

int n;

for(n=0;n

{

pagehistory[n] ++; // 访问历史加1

}

for(n=0;n

{

if (pageframe[n]==page )

{

inpflag=0 ; //inpflag缺页标志，0为不缺页，1为缺页

pagehistory[n]=0; //置访问历史为0

return 1;

}

}

inpflag=1; //页面不存在，缺页

return 0;

}

//////////////////////////////////////////////////////////////////////// // FIFO页面置换算法

void fifo(void)

{

int n,count,pstate;

rpoint=0; // 页面替换指针初始化为0

invalidcount = 0; // 缺页数初始化为0

createps(); // 随机生成访问序列

count=0; // 是否装满是所有的页框

for(n=0;n

{

pageframe[n]=-1;

}

inpflag=0; //缺页标志，0为不缺页，1为缺页

for(vpoint=0;vpoint

{

pstate=findpage(pf_info.serial[vpoint]); //查找页面是否在内存

if(count

{

if(pstate==0) // 页不存在则装入页面

{

pageframe[rpoint]=pf_info.serial[vpoint];

rpoint=(rpoint+1) % pf_info.total_pf;

count++;

}

}

else // 正常缺页置换

{

if(pstate==0) // 页不存在则置换页面

{

pageframe[rpoint]=pf_info.serial[vpoint];

rpoint=(rpoint+1) % pf_info.total_pf;

pf_info.diseffect++; // 缺页次数加1

}

}

Sleep(10);

displayinfo(); // 显示当前状态

} // 置换算法循环结束

getch();

return;

}

///////////////////////////////////////////////////////////////////

// LRU页面置换算法

void lru(void)

{

int n,count,pstate,max;

rpoint=0; // 页面替换指针

invalidcount = 0; // 缺页次数初始化为0

createps(); // 随机生成访问序列

count=0; // 是否装满所有的页框

for(n=0;n

{

pageframe[n]=-1; // 清除页框信息

pagehistory[n]=0; // 清除页框历史

}

inpflag=0; //缺页标志，0为不缺页，1为缺页

for(vpoint=0;vpoint

{

pstate=findpage(pf_info.serial[vpoint]); //查找页面是否在内存

if(count

{

if(pstate==0) // 页不存在则装入页面

{

pageframe[rpoint]=pf_info.serial[vpoint]; //把要调入的页面放入一个空的页框里

rpoint=(rpoint+1) % pf_info.total_pf;

count++;

}

}

else // 正常缺页置换

{

if(pstate==0)// 页不存在则置换页面

{

max=0;

for(n=1;n

{

if(pagehistory[n]>pagehistory[max])

{

max=n;

}

}

rpoint=max;

pageframe[rpoint]=pf_info.serial[vpoint];

pagehistory[rpoint]=0;

pf_info.diseffect++; // 缺页次数加1

}

}

Sleep(10);

displayinfo(); // 显示当前状态

} // 置换算法循环结束

_getch();

return;

}

///////////////////

//最佳置换算法

自己完成

///////////////////////////////////////////////////////////////////

// 主函数

int main()

{

char ch;

system("cls") ;

while ( true )

{

printf("*******************************************\n");

printf(" 若要执行FIFO页面置算法请按1\n");

printf(" 若要执行LRU 页面置算法请按2\n");

printf(" 若要退出请按3\n") ;

printf("*******************************************\n");

printf( "Enter your choice (1 or 2 or 3): ");

do

{ //如果输入信息不正确，继续输入

ch = (char)getch() ;

}while(ch != '1' && ch != '2'&& ch != '3');

printf("\n\n你按的是：%c ,现在为你执行对应操作。",ch);

if(ch == '3') //选择3，退出

{

return 0;

}

else

{

if(ch == '1') //选择1，FIFO

{

printf("\n\n----------*****执行FIFO算法*****-----------\n"); fifo();

}

else

{

printf("\n\n----------*****执行LRU算法*****----------\n"); //lru();

}

}

system("cls") ;

}

printf("\n\nPress Any Key To Continue:");

getch() ;

return 0;

}