页面置换算法实验(内含完整代码)
实验二存储管理
一、实验目的
通过模拟实现请求页式存储管理的几种基本页面置换算法，了解虚拟存储技术的特点，掌握虚拟存储请求页式存储管理中几种基本页面置换算法的基本思想和实现过程，并比较它们的效率。
二、实验内容
基于一个虚拟存储区和内存工作区，设计下述算法并计算访问命中率。
1、最佳淘汰算法（OPT）
2、先进先出的算法（FIFO）
3、最近最久未使用算法（LRU）
4、简单时钟(钟表)算法（CLOCK）
命中率＝１－页面失效次数／页地址流(序列)长度
三、实验原理简述
UNIX中，为了提高内存利用率，提供了内外存进程对换机制；内存空间的分配和回收均以页为单位进行；一个进程只需将其一部分（段或页）调入内存便可运行；还支持请求调页的存储管理方式。
当进程在运行中需要访问某部分程序和数据时，发现其所在页面不在内存，就立即提出请求（向CPU发出缺中断），由系统将其所需页面调入内存。这种页面调入方式叫请求调页。为实现请求调页，核心配置了四种数据结构：页表、页帧（框）号、访问位、修改位、有效位、保护位等。
当CPU接收到缺页中断信号，中断处理程序先保存现场，分析中断原因，转入缺页中断处理程序。该程序通过查找页表，得到该页所在外存的物理块号。如果此时内存未满，能容纳新页，则启动磁盘I/O将所缺之页调入内存，然后修改页表。如果内存已满，则须按某种置换算法从内存中选出一页准备换出，是否重新写盘由页表的修改位决定，然后将缺页调入，修改页表。利用修改后的页表，去形成所要访问数据的物理地址，再去访问内存数据。整个页面的调入过程对用户是透明的。
四、算法描述
本实验的程序设计基本上按照实验内容进行。即使用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。
（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：重复步骤A-E，直到320次指令
（2）将指令序列变换为页地址流
设：页面大小为1K；
用户内存（页帧）容量为4页~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-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，用户指令可组成32页。
五、算法实现与分析
1.常量及变量
#define total_instruction 320 //指令流长
#define total_vp 32 //虚页长
#define clear_period 50 //清周期
pfc_type pfc[total_vp], //主存区页面控制结构数组
pfc_type *freepf_head, //主存区页面控制结构的空闲页面头指针
pfc_type *busypf_head, //主存区页面控制结构的忙页面头指针
pfc_type *busypf_tail; //主存区页面控制结构的忙页面尾指针
int diseffect; //页错误计数器，初次把页面载入主存时也当做页错误
pl_type pl[total_vp]; //页面结构数组
2.数据结构
typedef struct//页面结构
{
int pn, //页面序号
pfn, //页面所在内存区的帧号
counter, //单位时间内访问次数
time; //上次访问的时间
}pl_type;
struct pfc_struct{ //页面控制结构，模拟内存中的页集
int pn, //页面号
pfn; //内存区页面的帧号
struct pfc_struct *next; //页面指针，用于维护内存缓冲区的链式结构
};
3.函数定义
int initialize(int); //初始化页面结构数组和页面控制结构数组int FIFO(int); //先进先出算法
int LRU(int); //最近最久未使用算法
int OPT(int); //最佳置换算法
int CLOCK(int); //简单时钟(钟表)算法
六、实验结果分析
实验数据结果：
------------随机产生指令流------------
257 258 37 38
226 227 109 110
184 185 164 165
166 167 59 60
310 311 135 136
148 149 105 106
240 241 121 122
124 125 50 51
315 316 308 309
312 313 299 300
315 316 284 285
284 285 272 273
318 319 216 217
310 311 266 267
318 319 127 128
129 130 52 53
53 54 48 49
130 131 62 63
159 160 107 108
206 207 130 131
167 168 123 124
272 273 23 24
123 124 32 33
303 304 163 164
206 207 134 135
269 270 123 124
177 178 124 125
244 245 54 55
68 69 5 6
165 166 144 145
270 271 75 76
88 89 65 66
69 70 31 32
56 57 40 41
189 190 73 74 92 93 50 51 92 93 77 78 88 89 62 63 125 126 71 72 255 256 125 126 289 290 97 98 235 236 163 164 240 241 29 30 158 159 80 81 280 281 263 264 312 313 58 59 226 227 78 79 121 122 108 109 202 203 32 33 42 43 18 19 153 154 67 68 292 293 63 64 264 265 54 55 269 270 40 41 296 297 295 296 318 319 269 270 278 279 214 215 222 223 186 187 220 221 30 31 268 269 33 34 226 227 117 118 211 212 170 171 313 314 77 78 248 249 34 35 232 233 25 26 82 83 59 60 61 62 23 24 168 169 24 25 259 260 239 240 318 319 275 276 283 284 74 75 244 245 144 145 244 245 86 87 120 121 115 116 238 239 209 210 275 276 215 216 284 285 214 215 285 286 186 187
208 209 162 163
238 239 41 42
--------------------------------------
--不同页面工作区各种替换策略的命中率表--
Page FIFO LRU OPT CLOCK
4 0.550 0.559 0.669 0.550
5 0.56
6 0.572 0.700 0.572
6 0.578 0.594 0.722 0.578
7 0.591 0.603 0.741 0.597
8 0.631 0.628 0.756 0.637
9 0.637 0.656 0.772 0.650
10 0.641 0.669 0.787 0.653
11 0.656 0.678 0.800 0.666
12 0.688 0.684 0.813 0.672
13 0.703 0.697 0.822 0.697
14 0.713 0.713 0.831 0.719
15 0.722 0.728 0.841 0.722
16 0.731 0.747 0.850 0.741
17 0.744 0.772 0.856 0.747
18 0.769 0.778 0.863 0.769
19 0.778 0.787 0.869 0.778
20 0.781 0.797 0.875 0.794
21 0.787 0.800 0.881 0.806
22 0.816 0.809 0.887 0.809
23 0.822 0.822 0.891 0.822
24 0.838 0.831 0.894 0.838
25 0.844 0.847 0.897 0.841
26 0.847 0.856 0.900 0.856
27 0.847 0.869 0.900 0.859
28 0.856 0.878 0.900 0.872
29 0.859 0.884 0.900 0.878
30 0.881 0.891 0.900 0.891
31 0.897 0.897 0.900 0.897
32 0.900 0.900 0.900 0.900
请按任意键继续. . .
结果分析：
理论上，四种替换算法的命中率由高到底排列应该是OPT>LRU>CLOCK>FIFO。实际上，从实验数据观测得到，存在这种由高到低的趋势，由page=4时可以观测到，但是效果不是很明显。
效果不明显的原因：
推测与指令流的产生方式有关系。因为指令流的产生方式要能体现局部性原理，所以该指令流产生设计为：50%的指令是顺序执的，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。但是这样的指令流设计方式能否最佳地体现局部
性原理，这还有待验证。
同时，估计和指令数量有关系。因为320条指令太少了，通常一个稍大点的程序都几千行指令了。
而且由于随即数产生具有一定的波动性，该命中率的计算也有一定的波动性。所以会有局部的实验数据与理论不符。改进方法是多次实验取平均值，这样可以减小波动，让实验数据更加平滑。
唯一显著的是OPT算法的命中率与其他3个调度算法保持了比较大的差距。例如在page=26时，OPT算法就能达到0.9的命中率了。
到后期，由于page越来越大，因此越来越容易命中，因此各替换算法的命中率差距变小了。这由最后几行命中率相似可以看出。
七、实验总结
这次实验其实不一定要在linux操作系统下做，在windows操作系统一样可以实现，只要把头文件稍作修改即可。为了保险起见，我在2个操作系统下都编译过，都没问题。在windows 操作系统，要屏蔽//#include
此次实验借助于老师提供的主函数main模板，只需要写FIFO，LRU，OPT,CLOCK等4个替换算法，所以阻力没那么大。每个替换算法必须弄懂其中的细节，写起来才得心应手。
一开始做这个实验时，首先是看书，先把书上的替换算法知识点弄明白，要明白各种算法的优缺点和相互之间衍生互补关系。这四个算法中，难以实现的是LRU算法，因为它涉及到访问时间的计算，而且它的开销也比较大。OPT算法次难，它需要计算最近访问时间，并替换最近访问时间最大的页。而FIFO和CLOCK实现起来比较容易，FIFO算法的实现和CLOCK 算法的实现很相似，FIFO可视为CLOCK的退化版。我先写了CLOCK算法，再删去一些约束条件就退化为FIFO算法。这就是两者的相同之处。理论上，CLOCK算法需要维持一个循环的主存缓冲区，需要一个循环队列去实现，并且，FIFO算法保持先进先出，因此需要一个先进先出队列。但是，我实现这两个算法只用到了单向链表的数据结构，剩下的由其中的指针去把握了。因此，必须对指针使用有敏锐的感觉。
八、程序源码（在两个系统上都通过）
#include
#include
#include
#include
#ifndef _UNISTD_H
#define _UNISTD_H
#include
#include
#endif
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define INVALID -1
#define total_instruction 320 //指令流长
#define total_vp 32 //虚页长
#define clear_period 50 //清周期
typedef struct//页面结构
{
int pn, //页面序号
pfn, //页面所在内存区的帧号
counter, //单位时间内访问次数
time; //上次访问的时间
}pl_type;
pl_type pl[total_vp]; //页面结构数组
struct pfc_struct{ //页面控制结构
int pn, //页面号
pfn; //内存区页面的帧号
struct pfc_struct *next; //页面指针，用于维护内存缓冲区的链式结构
};
typedef struct pfc_struct pfc_type; //主存区页面控制结构别名
pfc_type pfc[total_vp], //主存区页面控制结构数组
*freepf_head, //主存区页面控制结构的空闲页面头指针
*busypf_head, //主存区页面控制结构的忙页面头指针
*busypf_tail; //主存区页面控制结构的忙页面尾指针
int diseffect; //页错误计数器，初次把页面载入主存时也当做页错误int a[total_instruction]; //随即指令流数组
int page[total_instruction]; //指令对应的页面号
int offset[total_instruction]; //指令所在页面中的偏移量
int initialize(int); //初始化页面结构数组和页面控制结构数组
int FIFO(int); //先进先出算法
int LRU(int); //最近最久未使用算法
int OPT(int); //最佳置换算法
int CLOCK(int); //简单时钟(钟表)算法
int main( )
{
int s; //随机数
int i;
srand(10*getpid()); /*每次运行时进程号不同，用来作为初始化随机数队列的"种子"*/
s = (int)((float)(total_instruction-1)*(rand()/(RAND_MAX+1.0)));
printf("\n------------随机产生指令流------------\n");
for (i=0; i { 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]=(int)((float)a[i]*(rand()/(RAND_MAX+1.0))); //执行前地址指令m' a[i+3]=a[i+2]+1; //顺序执行一条指令 printf("%6d%6d%6d%6d\n", a[i],a[i+1],a[i+2],a[i+3]); s = (int)((float)((total_instruction-1)-a[i+2])*(rand()/(RAND_MAX+1.0))) + a[i+2]; } printf("--------------------------------------\n"); for (i=0;i { page[i]=a[i]/10; offset[i]=a[i]%10; } printf("\n--不同页面工作区各种替换策略的命中率表--\n"); printf("Page\t FIFO\t LRU\t OPT\t CLOCK\n"); for(i=4;i<=32;i++) //用户内存工作区从个页面到个页面 { printf(" %2d \t",i); FIFO(i); LRU(i); OPT(i); CLOCK(i); printf("\n"); } return 0; } //初始化页面结构数组和页面控制结构数组 //total_pf; 用户进程的内存页面数 int initialize(int total_pf) { int i; diseffect=0; for(i=0;i { pl[i].pn=i; pl[i].pfn=INVALID; //置页面所在主存区的帧号为-1.表示该页不在主存中 pl[i].counter=0; //置页面结构中的访问次数为 pl[i].time=-1; //置页面结构中的上次访问的时间为-1 } for(i=0;i { pfc[i].next=&pfc[i+1]; //建立pfc[i-1]和pfc[i]之间的链接 pfc[i].pfn=i; //初始化主存区页面的帧号 } pfc[total_pf-1].next=NULL; pfc[total_pf-1].pfn=total_pf-1; freepf_head=&pfc[0]; //主存区页面控制结构的空闲页面头指针指向pfc[0] return 0; } //最近最久未使用算法 //int total_pf; 用户进程的内存页面数 int LRU (int total_pf) { int MinT; //最小的访问时间，即很久没被访问过 int MinPn; //拥有最小的访问时间的页的页号 int i,j; int CurrentTime; //系统当前时间 initialize(total_pf); //初始化页面结构数组和页面控制结构数组 CurrentTime=0; diseffect=0; for(i=0;i { if(pl[page[i]].pfn==INVALID) //页面失效 { diseffect++; //页错误次数加 if(freepf_head==NULL) //无空闲页面 { MinT=100000; for(j=0;j if(MinT>pl[j].time&&pl[j].pfn!=INVALID) { MinT=pl[j].time; MinPn=j; } } freepf_head=&pfc[pl[MinPn].pfn]; //最久没被访问过的页被释放 pl[MinPn].pfn=INVALID; //最久没被访问过的页被换出主存 pl[MinPn].time=-1; //最久没被访问过的页的访问时间置为无效 freepf_head->next=NULL; } pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn; //有空闲页面,把相应的页面换入主存，并把pfn 改为相应的帧号 pl[page[i]].time=CurrentTime; //令访问时间为当前系统时间 freepf_head=freepf_head->next; //减少一个空闲页面 } else pl[page[i]].time=CurrentTime; //命中则刷新该单元的访问时间CurrentTime++; //系统当前时间加 } printf("%6.3f\t",1-(float)diseffect/320); return 0; } //最佳置换算法 //int total_pf; 用户进程的内存页面数 int OPT(int total_pf) { int i,j; int MaxD; //将来最近一次访问的距离的最大值（以时间单元度量） int MaxPn; //将来最近一次访问的距离的最大值的页号 int dis; //距离计数器 int dist[total_vp]; //距离数组，保存距离上一次访问的时间差距个数 initialize(total_pf); //初始化页面结构数组和页面控制结构数组 diseffect=0; for(i=0;i { if(pl[page[i]].pfn==INVALID) //页面失效 { diseffect++; //页错误次数加 if(freepf_head==NULL) //无空闲页面 { for(j=0;j { if(pl[j].pfn!=INVALID) //如果该页在主存中 dist[j]=100000; // 该页关联的距离值改为最大值 else dist[j]=0; //如果不在该页主存中，该页关联的距离值改为 } dis=1; //初始距离值为 for(j=i+1;j { if(pl[page[j]].pfn!=INVALID &&pl[page[j]].counter==0) //如果该页在主存中,并且是将要最近访问的页 //if(pl[page[j]].pfn!=INVALID && dist[page[j]]==100000) //此条语句原理与上相同 { dist[page[j]]=dis; //距离值改为dis pl[page[j]].counter=1; //使访问次数标志加，区别第一次访问和第二次访问 } dis++; } MaxD=-1; for(j=0;j { pl[j].counter=0; //重置访问次数为 if(MaxD { MaxD=dist[j]; MaxPn=j; } } freepf_head=&pfc[pl[MaxPn].pfn]; //替换将来一段时间最久访问的页 freepf_head->next=NULL; pl[MaxPn].pfn=INVALID; } pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn; //把当前页换入主存中，并且把当前页的pfn改为换入页的帧号， freepf_head=freepf_head->next; //减少一个空闲页面 }//if }//for printf("%6.3f\t",1-(float)diseffect/320); return 0; } //简单时钟算法 //int total_pf; 用户进程的内存页面数 int CLOCK(int total_pf) { int i; int use[total_vp]; //使用位 int swap; swap=0; //发生替换 initialize(total_pf); pfc_type *pnext; //时钟指针 pfc_type *head; //队列头指针 pnext=freepf_head; head=freepf_head; for(i=0;i diseffect=0; for(i=0;i { if (pl[page[i]].pfn==INVALID) //页面失效,不在主存中 { diseffect++; //页错误次数加 if(freepf_head==NULL) //无空闲页面 { while(use[pnext->pfn]==1) //若时钟指针指向的页的使用位为，则改为并跳过 { use[pnext->pfn]=0; pnext=pnext->next; if(pnext==NULL) pnext=head; //如果时钟指针到达队列尾部，重新返回头部 } //换出被替换的页 pl[pnext->pn].pfn=INVALID; swap=1; } if(use[pnext->pfn]==0){ //如果使用位为，则换入相应的页 pl[page[i]].pfn=pnext->pfn; //页面结构中要标记帧号 pnext->pn=page[i]; //页面控制结构中要标记页号 use[pnext->pfn]=1; //重置使用位为 pnext=pnext->next; //时钟指针下移 if(pnext==NULL) pnext=head; //如果时钟指针到达队列尾部，重新返回头部 if(swap==0){ freepf_head=freepf_head->next; } } }else{//页面在主存中 use[pl[page[i]].pfn]=1; //刷新使用位为 } } printf("%6.3f\t",1-(float)diseffect/320); return 0; } //先进先出算法版本 //int total_pf; 用户进程的内存页面数 //实现细节由CLOCK算法退化而来，与FIFO同效果 int FIFO(int total_pf) { int i; int use[total_vp]; int swap=0; initialize(total_pf); pfc_type *pnext,*head; pnext=freepf_head; head=freepf_head; for(i=0;i diseffect=0; for(i=0;i { if (pl[page[i]].pfn==INVALID) //页面失效,不在主存中 { diseffect++; if(freepf_head==NULL) //无空闲页面 { while(use[pnext->pfn]==1) { use[pnext->pfn]=0; pnext=pnext->next; if(pnext==NULL) pnext=head; } //换出被替换的页 pl[pnext->pn].pfn=INVALID; swap=1; } if(use[pnext->pfn]==0){ //如果使用位为，则换入相应的页 pl[page[i]].pfn=pnext->pfn; //页面结构中要标记帧号 pnext->pn=page[i]; //页面控制结构中要标记页号 use[pnext->pfn]=1; //重置使用位为 pnext=pnext->next; if(pnext==NULL) pnext=head; if(swap==0){ freepf_head=freepf_head->next; } } } } printf("%6.3f\t",1-(float)diseffect/320); return 0; } 目录 1．问题的提出 (2) 1.1关于页面置换算法模拟程序问题的产生 (2) 1.2任务分析 (2) 2．需求分析 (2) 3．方案设计 (3) 4．总体设计 (4) 4.1程序N-S图 (4) 4.2主要的函数 (4) 4.3主要流程图及代码 (5) 4.3.1 FIFO（先进先出） (5) 4.3.2 LRU（最近最久未使用） (6) 4.3.3 OPT（最佳置换算法） (8) 4.4实现结果 (11) 5．程序测试 (14) 5.1设计测试数据 (14) 5.2测试结果及分析 (15) 摘要 随着计算机的普及人们的物质生活得到了极大的满足，人们在精神生活方面同样也需要 提高，所以越来越多的人进行着各种各样的学习。操作系统是计算机教学中最重要的环节之一，也是计算机专业学生的一门重要的专业课程。操作系统质量的好坏，直接影响整个计算机系统的性能和用户对计算机的使用。一个精心设计的操作系统能极大地扩充计算机系统的功能，充分发挥系统中各种设备的使用效率，提高系统工作的可靠性。由于操作系统涉及计算机系统中各种软硬件资源的管理，内容比较繁琐，具有很强的实践性。要学好这门课程，必须把理论与实践紧密结合，才能取得较好的学习效果. 本课程设计是学生学习完《操作系统教程》课程后，进行的一次全面的综合训练，通过课程设计，让学生更好地掌握操作系统的原理及实现方法,加深对操作系统基础理论和重要算法的理解，加强学生的动手能力。 熟悉页面置换算法及其实现，引入计算机系统性能评价方法的概念。 关键词：编制页面置换算法模拟程序、打印页面、FIFO页面算法、LRU页面置换算法、OPT页面置换算法。 操作系统课程设计-页面置换算法C语言 5、根据方案使算法得以模拟实现。 6、锻炼知识的运用能力和实践能力。 三、设计要求 1、编写算法，实现页面置换算法FIFO、LRU； 2、针对内存地址引用串，运行页面置换算法进行页面置换； 3、算法所需的各种参数由输入产生（手工输入或者随机数产生）； 4、输出内存驻留的页面集合，页错误次数以及页错误率； 四．相关知识： 1．虚拟存储器的引入： 局部性原理：程序在执行时在一较短时间内仅限于某个部分；相应的，它所访问的存储空间也局限于某个区域，它主要表现在以下两个方面：时间局限性和空间局限性。 2．虚拟存储器的定义： 虚拟存储器是只具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。 3．虚拟存储器的实现方式： 分页请求系统，它是在分页系统的基础上，增加了请求调页功能、页面置换功能所形成的页面形式虚拟存储系统。 请求分段系统，它是在分段系统的基础上，增加了请求调段及分段置换功能后，所形成的段式虚拟存储系统。 4．页面分配： 平均分配算法，是将系统中所有可供分配的物理块，平均分配给各个进程。 按比例分配算法，根据进程的大小按比例分配物理块。 考虑优先的分配算法，把内存中可供分配的所有物理块分成两部分：一部分按比例地分配给各进程；另一部分则根据个进程的优先权，适当的增加其相应份额后，分配给各进程。 5．页面置换算法： 常用的页面置换算法有OPT、FIFO、LRU、Clock、LFU、PBA等。 五、设计说明 1、采用数组页面的页号 2、FIFO算法，选择在内存中驻留时间最久的页 面予以淘汰； 分配n个物理块给进程，运行时先把前n个不同页面一起装入内存，然后再从后面逐一比较，输出页面及页错误数和页错误率。3、LRU算法，根据页面调入内存后的使用情况 进行决策； 同样分配n个物理块给进程，前n个不同页面一起装入内存，后面步骤与前一算法类似。 选择置换算法，先输入所有页面号，为系统分 一、实验目的 通过模拟实现请求页式存储管理的几种基本页面置换算法，了解虚拟存储技术的特点，掌握虚拟存储请求页式存储管理中几种基本页面置换算法的基本思想和实现过程，并比较它们的效率。 二、实验内容 基于一个虚拟存储区和内存工作区，设计下述算法并计算访问命中率。 1、最佳淘汰算法（OPT） 2、先进先出的算法（FIFO） 3、最近最久未使用算法（LRU） 4、简单时钟(钟表)算法（CLOCK） 命中率＝１－页面失效次数／页地址流(序列)长度 三、实验原理 UNIX中，为了提高内存利用率，提供了内外存进程对换机制；内存空间的分配和回收均以页为单位进行；一个进程只需将其一部分（段或页）调入内存便可运行；还支持请求调页的存储管理方式。 当进程在运行中需要访问某部分程序和数据时，发现其所在页面不在内存，就立即提出请求（向CPU发出缺中断），由系统将其所需页面调入内存。这种页面调入方式叫请求调页。为实现请求调页，核心配置了四种数据结构：页表、页帧（框）号、访问位、修改位、有效位、保护位等。 当CPU接收到缺页中断信号，中断处理程序先保存现场，分析中断原因，转入缺页中断处理程序。该程序通过查找页表，得到该页所在外存的物理块号。如果此时内存未满，能容纳新页，则启动磁盘I/O将所缺之页调入内存，然后修改页表。如果内存已满，则须按某种置换算法从内存中选出一页准备换出，是否重新写盘由页表的修改位决定，然后将缺页调入，修改页表。利用修改后的页表，去形成所要访问数据的物理地址，再去访问内存数据。整个页面的调入过程对用户是透明的。 四、算法描述 本实验的程序设计基本上按照实验内容进行。即使用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。 （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 /*-------------最佳置换算法（OPtimal Replacement Algorithm,ORA）-------------*/ /*算法描述:所选择的淘汰页，是以后永不使用，或最长时间内不使用的页面*/ /*---------------------------------writen by Xu Zhuozhuo-----------------------------------*/ C++代码示例: #include 淮海工学院计算机工程学院实验报告书 课程名：《操作系统原理A 》 题目：虚拟存储器管理 页面置换算法模拟实验 班级：软件*** 学号：20**1228** 姓名：**** 一、实验目的与要求 1.目的： 请求页式虚存管理是常用的虚拟存储管理方案之一。通过请求页式虚存管理中对页面置换算法的模拟，有助于理解虚拟存储技术的特点，并加深对请求页式虚存管理的页面调度算法的理解。 2.要求： 本实验要求使用C语言编程模拟一个拥有若干个虚页的进程在给定的若干个实页中运行、并在缺页中断发生时分别使用FIFO和LRU算法进行页面置换的情形。其中虚页的个数可以事先给定（例如10个），对这些虚页访问的页地址流（其长度可以事先给定，例如20次虚页访问）可以由程序随机产生，也可以事先保存在文件中。要求程序运行时屏幕能显示出置换过程中的状态信息并输出访问结束时的页面命中率。程序应允许通过为该进程分配不同的实页数，来比较两种置换算法的稳定性。 二、实验说明 1．设计中虚页和实页的表示 本设计利用C语言的结构体来描述虚页和实页的结构。 在虚页结构中，pn代表虚页号，因为共10个虚页，所以pn的取值范围是0—9。pfn代表实页号，当一虚页未装入实页时，此项值为-1；当该虚页已装入某一实页时，此项值为所装入的实页的实页号pfn。time项在FIFO算法中不使用，在LRU中用来存放对该虚页的最近访问时间。 在实页结构中中，pn代表虚页号，表示pn所代表的虚页目前正放在此实页中。pfn代表实页号，取值范围（0—n-1）由动态指派的实页数n所决定。next是一个指向实页结构体的指针，用于多个实页以链表形式组织起来，关于实页链表的组织详见下面第4点。 2．关于缺页次数的统计 为计算命中率，需要统计在20次的虚页访问中命中的次数。为此，程序应设置一个计数器count，来统计虚页命中发生的次数。每当所访问的虚页的pfn项值不为-1，表示此虚页已被装入某实页内， 此虚页被命中，count加1。最终命中率=count/20*100%。 3．LRU算法中“最近最久未用”页面的确定 为了能找到“最近最久未用”的虚页面，程序中可引入一个时间计数器countime，每当要访问 一个虚页面时，countime的值加1，然后将所要访问的虚页的time项值设置为增值后的当前 实验4 页面置换算法（2学时） 一、实验目的 通过实验加强对虚拟存储管理中页面置换算法的理解和掌握。 二、实验内容 编写程序实现虚拟存储管理中OPT,FIFO,LRU页面置换算法。 三、实验要求 1、任意给出一组页面访问顺序（如页面走向是1、 2、5、7、5、7、1、4、 3、5、6、 4、3、2、1、 5、2）。 2、分配给该作业一定的物理块（如3块、4块等）。 3、利用OPT,FIFO,LRU页面置换算法模拟页面置换过程并计算其缺页率。 4、每访问一个页面均需给出内存中的内容（内存中的页面号），若有淘汰还需给出淘汰的页面号。 5、通过给出特殊的页面访问顺序，分配不同的物理块，利用FIFO 算法计算其缺页率，进一步理解Belady现象。 6、（附加）实现CLOCK置换算法，修改位可在确定页面号时直接任意给出。 代码部分： #include int v; int i; int a; srand(time(NULL)); for(i=0; i 实验四页面置换算法模拟（2）一．题目要求： 设计一个虚拟存储区和内存工作区，编程序演示下述算法的具体实现过程，并计算访问命中率： 要求设计主界面以灵活选择某算法，且以下算法都要实现 1) 最佳置换算法(OPT)：将以后永不使用的或许是在最长(未来)时间内不再 被访问的页面换出。 2) 先进先出算法(FIFO)：淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留 时间最久的页面予以淘汰。 3) 最近最久未使用算法(LRU)：淘汰最近最久未被使用的页面。 4) 最不经常使用算法(LFU) 二．实验目的： 1、用C语言编写OPT、FIFO、LRU，LFU四种置换算法。 2、熟悉内存分页管理策略。 3、了解页面置换的算法。 4、掌握一般常用的调度算法。 5、根据方案使算法得以模拟实现。 6、锻炼知识的运用能力和实践能力。 三．相关知识： 1．虚拟存储器的引入： 局部性原理：程序在执行时在一较短时间内仅限于某个部分；相应的，它所访问的存储空间也局限于某个区域，它主要表现在以下两个方面：时间局限性和空间局限性。 2．虚拟存储器的定义： 虚拟存储器是只具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。 3．虚拟存储器的实现方式： 分页请求系统，它是在分页系统的基础上，增加了请求调页功能、页面置换功能所形成的页面形式虚拟存储系统。 请求分段系统，它是在分段系统的基础上，增加了请求调段及分段置换功能后，所形成的段式虚拟存储系统。 4．页面分配： 平均分配算法，是将系统中所有可供分配的物理块，平均分配给各个进程。 按比例分配算法，根据进程的大小按比例分配物理块。 考虑优先的分配算法，把内存中可供分配的所有物理块分成两部分：一部分按比例地分配给各进程；另一部分则根据个进程的优先权，适当的增加其相应份额后，分配给各进程。 5．页面置换算法： 常用的页面置换算法有OPT、FIFO、LRU、Clock、LFU、PBA等。 操作系统课程设计报告题目：页面置换算法模拟程序 学院名称: 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 成绩： 目录 一、设计目的 (3) 二、设计题目 (3) 2.1设计内容 (3) 2.2设计要求 (3) 三、设计过程 (4) 3.1 FIFO（先进先出） (4) 3.2 LRU（最近最久未使用） (5) 3.3 OPT（最佳置换算法） (6) 3.4 随机数发生器 (7) 四、完整代码 (7) 五、运行结果演示 (13) 六、设计心得 (16) 七、参考文献 (16) 操作系统是计算机教学中最重要的环节之一，也是计算机专业学生的一门重要的专业课程。操作系统质量的好坏，直接影响整个计算机系统的性能和用户对计算机的使用。一个精心设计的操作系统能极大地扩充计算机系统的功能，充分发挥系统中各种设备的使用效率，提高系统工作的可靠性。由于操作系统涉及计算机系统中各种软硬件资源的管理，内容比较繁琐，具有很强的实践性。要学好这门课程，必须把理论与实践紧密结合，才能取得较好的学习效果。 本课程设计是学生学习完《计算机操作系统》课程后，进行的一次全面的综合训练，通过课程设计，让学生更好地掌握操作系统的原理及实现方法,加深对操作系统基础理论和重要算法的理解，加强学生的动手能力。 熟悉页面置换算法及其实现，引入计算机系统性能评价方法的概念。 二、设计题目：页面置换算法模拟程序 2.1设计内容 编制页面置换算法的模拟程序。 2.2设计要求 1).用随机数方法产生页面走向，页面走向长度为L(15<=L<=20),L由控制台输入。 2).根据页面走向，分别采用Optinal、FIFO、LRU算法进行页面置换，统计缺页率。 3).假定可用内存块为m(3<=m<=5)，m由控制台输入，初始时，作业页面都不在内存。 4).要求写出一份详细的设计报告。课程设计报告内容包括：设计目的、设计内容、设计原理、算法实现、流程图、源程序、运行示例及结果分析、心得体会、参考资料等。 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 实验原理： 在内存运行过程中，若其所要访问的页面不在内存而需要把他们调入内存，但内存已经没有空闲空间时，为了保证该进程能正常运行，系统必须从内存中调出一页程序或数据送磁盘的对换区中。但应将那个页面调出，需根据一定的算法来确定。通常，把选择换出页面的算法成为页面置换算法。置换算法的好坏，将直接影响到系统的性能。 一个好的页面置换算法，应具有较低的页面更换频率。从理论上讲，应将那些以后不再会访问的页面置换出，或者把那些在较长时间内不会在访问的页面调出。目前存在着许多种置换算法（如FIFO，OPT，LRU），他们都试图更接近理论上的目标。 实验目的： 1．熟悉FIFO，OPT和LRU算法 2．比较三种算法的性能优劣 实验内容： 写出FIFO，OPT和LRU算法的程序代码，并比较它们的算法性能。 实验步骤： 代码如下： #include int queue1[20],queue2[20],queue3[20]; //记录置换的页int K=0,S=0,T=0; //置换页数组的标识 int pos=0;//记录存在最长时间项 //初始化内存页表项及存储内存情况的空间 void INIT(){ int i; for(i=0;i 实验5 页面置换算法 一、实验题目：页面置换算法（请求分页） 二、实验目的： 进一步理解父子进程之间的关系。 1）理解内存页面调度的机理。 2）掌握页面置换算法的实现方法。 3）通过实验比较不同调度算法的优劣。 4）培养综合运用所学知识的能力。 页面置换算法是虚拟存储管理实现的关键，通过本次试验理解内存页面调度的机制，在模拟实现FIFO、LRU等经典页面置换算法的基础上，比较各种置换算法的效率及优缺点，从而了解虚拟存储实现的过程。将不同的置换算法放在不同的子进程中加以模拟，培养综合运用所学知识的能力。 三、实验内容及要求 这是一个综合型实验，要求在掌握父子进程并发执行机制和内存页面置换算法的基础上，能综合运用这两方面的知识，自行编制程序。 程序涉及一个父进程和两个子进程。父进程使用rand()函数随机产生若干随机数，经过处理后，存于一数组Acess_Series[]中，作为内存页面访问的序列。两个子进程根据这个访问序列，分别采用FIFO和LRU两种不同的页面置换算法对内存页面进行调度。要求： 1）每个子进程应能反映出页面置换的过程，并统计页面置换算法的命中或缺页情况。 设缺页的次数为diseffect。总的页面访问次数为total_instruction。 缺页率= disaffect/total_instruction 命中率= 1- disaffect/total_instruction 2）将为进程分配的内存页面数mframe 作为程序的参数，通过多次运行程序，说明FIFO算法存在的Belady现象。 四、程序流程图 开始 创建子进程1 创建子进程2 结束 操作系统课程实验报告 断。当发生缺页中断时操作系统必须在内存选择一个页面将其移出内存，以便为即将调入的页面让出空间。而用来选择淘汰哪一页的规则叫做页面置换算法。最简单的页面置换算法是先入先出（FIFO）法。 2、算法流程图 3、步骤说明 （1）初始化 void init(){//初始化 int i; for (i = 0; i < page_frame_number; i++){ page_table[i].page_id = -1; page_table[i].load_time = -1; page_table[i].last_visit_time = -1; } } （2）选择算法，输入插入页面号。进入判断函数 int judge(){//判断页框是否满，或者页框里面是否已存在页面 int i; for (i = 0; i < page_frame_number; i++){ if (page_table[i].page_id == -1 || page_table[i].page_id == page_id) return i; } return -2; } 之后根据返回数的不同决定了不同类型 返回-2则说明页框满且页框里面没有存在要插入的页面。 返回-1则说明页框未满 返回其它数则说明页框里存在相同的页面 （3）//当没有空页框，并且页面本身也没有存在，则执行一下代码 qsort(page_table, page_frame_number, sizeof(struct Page_table), cmp);//按照装入时间从小到大排序 page_table[0].page_id = page_id; page_table[0].load_time = counter; page_table[0].last_visit_time = counter; page_interrupt_number++; 将页框号为0的页面置换成最新插入的页面。 int cmp(const void *p, const void *q){//按照装入时间从小到大排序 int c = (*(struct Page_table*)p).load_time - (*(struct Page_table*)q).load_time; if (c > 0) return 1; else return -1; } 排序函数，将页面按装入时间从小到大排序 （4）//如果页面未满，则将页面替换在空页框里 if (page_table[j].page_id == -1){ page_table[j].page_id = page_id; page_table[j].load_time = counter; page_table[j].last_visit_time = counter; page_interrupt_number++; 则将页面替换在页框号最小的空页框里 （5）//如果页面本身存在页框中，则执行一下代码 page_table[j].last_visit_time = counter; 则更新页面的最近访问时间 （6）qsort(page_table, page_frame_number, sizeof(struct Page_table), cmp3);//按照装入时间从小到大排序 print(2); 打印出页表详细信息 printf("页表信息：\n页号页框号装入时间最近访问时间\n"); for (j = 0; j < page_frame_number; j++){ printf("%4d%8d%7d%7d\n", page_table[j].page_id, j, page_table[j].load_time, 页面置换算法的演示 一．实验要求： 设计一个虚拟存储区和内存工作区，编程序演示下述算法的具体实现过程，并计算访问命中率： 要求设计主界面以灵活选择某算法，且以下算法都要实现 1) 最佳置换算法(OPT)：将以后永不使用的或许是在最长(未来)时间内不再 被访问的页面换出。 2) 先进先出算法(FIFO)：淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留 时间最久的页面予以淘汰。 3) 最近最久未使用算法(LRU)：淘汰最近最久未被使用的页面。 4) 最不经常使用算法(LFU) 二．实验目的： 1、用C语言编写OPT、FIFO、LRU，LFU四种置换算法。 2、熟悉内存分页管理策略。 3、了解页面置换的算法。 4、掌握一般常用的调度算法。 5、根据方案使算法得以模拟实现。 6、锻炼知识的运用能力和实践能力。 三．相关知识： 1．虚拟存储器的引入： 局部性原理：程序在执行时在一较短时间内仅限于某个部分；相应的，它所访问的存储空间也局限于某个区域，它主要表现在以下两个方面：时间局限性和空间局限性。 2．虚拟存储器的定义： 虚拟存储器是只具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。 3．虚拟存储器的实现方式： 分页请求系统，它是在分页系统的基础上，增加了请求调页功能、页面置换功能所形成的页面形式虚拟存储系统。 请求分段系统，它是在分段系统的基础上，增加了请求调段及分段置换功能后，所形成的段式虚拟存储系统。 4．页面分配： 平均分配算法，是将系统中所有可供分配的物理块，平均分配给各个进程。 按比例分配算法，根据进程的大小按比例分配物理块。 考虑优先的分配算法，把内存中可供分配的所有物理块分成两部分：一部分按比例地分配给各进程；另一部分则根据个进程的优先权，适当的增加其相应份额后，分配给各进程。 5．页面置换算法： 常用的页面置换算法有OPT、FIFO、LRU、Clock、LFU、PBA等。 淮海工学院计算机科学系实验报告书 课程名：《操作系统原理A 》 题目：虚拟存储器管理 页面置换算法模拟实验 班级： 学号： 姓名： 一、实验目的与要求 1.目的： 请求页式虚存管理是常用的虚拟存储管理方案之一。通过请求页式虚存管理中对页面置换算法的模拟，有助于理解虚拟存储技术的特点，并加深对请求页式虚存管理的页面调度算法的理解。 2.要求： 本实验要求使用C语言编程模拟一个拥有若干个虚页的进程在给定的若干个实页中运行、并在缺页中断发生时分别使用FIFO和LRU算法进行页面置换的情形。其中虚页的个数可以事先给定（例如10个），对这些虚页访问的页地址流（其长度可以事先给定，例如20次虚页访问）可以由程序随机产生，也可以事先保存在文件中。要求程序运行时屏幕能显示出置换过程中的状态信息并输出访问结束时的页面命中率。程序应允许通过为该进程分配不同的实页数，来比较两种置换算法的稳定性。 二、实验说明 1．设计中虚页和实页的表示 本设计利用C语言的结构体来描述虚页和实页的结构。 在虚页结构中，pn代表虚页号，因为共10个虚页，所以pn的取值范围是0—9。pfn代表实页号，当一虚页未装入实页时，此项值为-1；当该虚页已装入某一实页时，此项值为所装入的实页的实页号pfn。time项在FIFO算法中不使用，在LRU中用来存放对该虚页的最近访问时间。 在实页结构中中，pn代表虚页号，表示pn所代表的虚页目前正放在此实页中。pfn代表实页号，取值范围（0—n-1）由动态指派的实页数n所决定。next是一个指向实页结构体的指针，用于多个实页以链表形式组织起来，关于实页链表的组织详见下面第4点。 2．关于缺页次数的统计 为计算命中率，需要统计在20次的虚页访问中命中的次数。为此，程序应设置一个计数器count，来统计虚页命中发生的次数。每当所访问的虚页的pfn项值不为-1，表示此虚页已被装入某实页内， 此虚页被命中，count加1。最终命中率=count/20*100%。 3．LRU算法中“最近最久未用”页面的确定 为了能找到“最近最久未用”的虚页面，程序中可引入一个时间计数器countime，每当要访问 一个虚页面时，countime的值加1，然后将所要访问的虚页的time项值设置为增值后的当前 页面置换算法实验报告 一、实验目的： 设计和实现最佳置换算法、随机置换算法、先进先出置换算法、最近最久未使用置换算法、简单Clock置换算法及改进型Clock置换算法；通过支持页面访问序列随机发生实现有关算法的测试及性能比较。 二、实验内容： ●虚拟内存页面总数为N，页号从0到N-1 ●物理内存由M个物理块组成 ●页面访问序列串是一个整数序列，整数的取值范围为0到N - 1。页面访问序 列串中的每个元素p表示对页面p的一次访问 ●页表用整数数组或结构数组来表示 ?符合局部访问特性的随机生成算法 1.确定虚拟内存的尺寸N，工作集的起始位置p，工作集中包含的页 数e，工作集移动率m（每处理m个页面访问则将起始位置p +1）， 以及一个范围在0和1之间的值t； 2.生成m个取值范围在p和p + e间的随机数，并记录到页面访问序 列串中； 3.生成一个随机数r，0 ≤r ≤1； 4.如果r < t，则为p生成一个新值，否则p = (p + 1) mod N； 5.如果想继续加大页面访问序列串的长度，请返回第2步，否则结束。 三、实验环境： 操作系统：Windows 7 软件：VC++6.0 四、实验设计： 本实验包含六种算法，基本内容相差不太，在实现方面并没有用统一的数据结构实现，而是根据不同算法的特点用不同的数据结构来实现： 1、最佳置换和随机置换所需操作不多，用整数数组模拟内存实现； 2、先进先出置换和最近最久未使用置换具有队列的特性，故用队列模拟内 存来实现； 3、CLOCK置换和改进的CLOCK置换具有循环队列的特性，故用循环队 列模拟内存实现； 4、所有算法都是采用整数数组来模拟页面访问序列。 摘要 在lｉnｕｘ中,为了提高内存利用率,提供了内外存进程对换机制,内存空间的分配和回收均以页为单位进行，一个进程只需要将其一部分调入内存便可运行；当操作系统发生缺页中断时，必须在内存选择一个页面将其移出内存,以便为即将调入的页面让出空间。因而引入一种用来选择淘汰哪一页的算法——页面置换算法。页面置换算法是操作系统中虚拟存储管理的一个重要部分。页面置换算法在具有层次结构存储器的计算机中,为用户提供一个比主存储器容量大得多的可随机访问的地。常见的页面置换算法有先来先服务算法(FIFO)，最近最久未使用算法(LＲＵ)和最佳适应算法(OＰT）。 关键字:操作系统；FIFＯ；LＲＵ；OPT；Linux 目录 1 绪论?１ 1．1设计任务 (1) １.2设计思想?1 1.3设计特点?1 1．４基础知识 (2) １．4.1 先进先出置换算法(FIFO)?2 1.4.2最近最久未使用算法（LRU) (3) １.4.３最佳置换算法(OPT) (3) 2 各模块伪代码算法?4 2.1伪代码概念?4 2.２伪代码算法 (4) 2.2.１主函数伪代码算法.............................................. 错误!未定义书签。 ２.２.2延迟时间函数伪代码算法?6 2.2．3 FＩFO算法的伪代码?７ ２.2.4LRU算法的伪代码 (7) 10 2．2.5 OPＴ算法的伪代码? 3 函数调用关系图................................................................................................... １2 3．1函数声明?１2 3.1.１主要算法函数...................................................... 错误!未定义书签。 实验二存储管理 一、实验目的 通过模拟实现请求页式存储管理的几种基本页面置换算法，了解虚拟存储技术的特点，掌握虚拟存储请求页式存储管理中几种基本页面置换算法的基本思想和实现过程，并比较它们的效率。 二、实验内容 基于一个虚拟存储区和内存工作区，设计下述算法并计算访问命中率。 1、最佳淘汰算法（OPT） 2、先进先出的算法（FIFO） 3、最近最久未使用算法（LRU） 4、简单时钟(钟表)算法（CLOCK） 命中率＝１－页面失效次数／页地址流(序列)长度 三、实验原理简述 UNIX中，为了提高内存利用率，提供了内外存进程对换机制；内存空间的分配和回收均以页为单位进行；一个进程只需将其一部分（段或页）调入内存便可运行；还支持请求调页的存储管理方式。 当进程在运行中需要访问某部分程序和数据时，发现其所在页面不在内存，就立即提出请求（向CPU发出缺中断），由系统将其所需页面调入内存。这种页面调入方式叫请求调页。为实现请求调页，核心配置了四种数据结构：页表、页帧（框）号、访问位、修改位、有效位、保护位等。 当CPU接收到缺页中断信号，中断处理程序先保存现场，分析中断原因，转入缺页中断处理程序。该程序通过查找页表，得到该页所在外存的物理块号。如果此时内存未满，能容纳新页，则启动磁盘I/O将所缺之页调入内存，然后修改页表。如果内存已满，则须按某种置换算法从内存中选出一页准备换出，是否重新写盘由页表的修改位决定，然后将缺页调入，修改页表。利用修改后的页表，去形成所要访问数据的物理地址，再去访问内存数据。整个页面的调入过程对用户是透明的。 四、算法描述 本实验的程序设计基本上按照实验内容进行。即使用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。 （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 信息工程学院实验报告 课程名称：操作系统Array实验项目名称：请求页式存储管理中常用页面置换算法模拟实验时间： 班级姓名：学号： 一、实验目的: 1.了解内存分页管理策略 2.掌握调页策略 3.掌握一般常用的调度算法 4.学会各种存储分配算法的实现方法。 5.了解页面大小和内存实际容量对命中率的影响。 二、实验环境: PC机、windows2000 操作系统、VC++6.0 三、实验要求： 本实验要求4学时完成。 1.采用页式分配存储方案，通过分别计算不同算法的命中率来比较算法的优劣，同时也考虑页面大 小及内存实际容量对命中率的影响； 2.实现OPT 算法 (最优置换算法)、LRU 算法 (Least Recently)、 FIFO 算法 (First IN First Out)的模拟； 3.会使用某种编程语言。 实验前应复习实验中所涉及的理论知识和算法，针对实验要求完成基本代码编写、实验中认真调试所编代码并进行必要的测试、记录并分析实验结果。实验后认真书写符合规范格式的实验报告，按时上交。 四、实验内容和步骤： 1.编写程序，实现请求页式存储管理中常用页面置换算法LRU算法的模拟。要求屏幕显示LRU算法 的性能分析表、缺页中断次数以及缺页率。 2.在上机环境中输入程序，调试，编译。 3.设计输入数据，写出程序的执行结果。 4.根据具体实验要求，填写好实验报告。 五、实验结果及分析： 实验结果截图如下： 利用一个特殊的栈来保存当前使用的各个页面的页面号。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。因此，栈顶始终是最新被访问页面的编号，栈底是最近最久未被使用的页面号。当访问第5个数据“5”时发生了缺页，此时1是最近最久未被访问的页，应将它置换出去。同理可得，调入队列为：1 2 3 4 5 6 7 1 3 2 0 5，缺页次数为12次，缺页率为80%。 六、实验心得： 本次实验实现了对请求页式存储管理中常用页面置换算法LRU算法的模拟。通过实验，我对内存分页管理策略有了更多的了解。 最近最久未使用（LRU）置换算法的替换规则：是根据页面调入内存后的使用情况来进行决策的。该算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来所经历的时间，当需淘汰一个页面的时候选择现有页面中其时间值最大的进行淘汰。 最佳置换算法的替换规则：其所选择的被淘汰页面，将是以后永不使用的或许是在最长(未来)时间内不再被访问的页面。 先进先出(FIFO)页面置换算法的替换规则：该算法总是淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。该算法实现简单只需把一个进程已调入内存的页面，按先后次序链接成一个队列，并设置一个指针，称为替换指针，使它总是指向最老的页面。 三种替换算法的命中率由高到底排列OPT>LRU>FIFO。 本次的程序是在网上查找的相关代码然后自己进行修改，先自己仔细地研读了这段代码，在这过程中我对C++代码编写有了更深的了解。总之，本次实验使我明白要学会把课堂上的理论应用到实际操作中。我需要在今后熟练掌握课堂上的理论基础，只有坚实的基础，才能在实际操作中更得心应手。 附录： #include "iostream.h" #include 页面置换算法的演示 一．题目要求： 设计一个虚拟存储区和内存工作区，编程序演示下述算法的具体实现过程，并计算访问命中率： 要求设计主界面以灵活选择某算法，且以下算法都要实现 1) 最佳置换算法(OPT)：将以后永不使用的或许是在最长(未来)时间内不再 被访问的页面换出。 2) 先进先出算法(FIFO)：淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留 时间最久的页面予以淘汰。 3) 最近最久未使用算法(LRU)：淘汰最近最久未被使用的页面。 4) 最不经常使用算法(LFU) 二．实验目的： 1、用C语言编写OPT、FIFO、LRU，LFU四种置换算法。 2、熟悉内存分页管理策略。 3、了解页面置换的算法。 4、掌握一般常用的调度算法。 5、根据方案使算法得以模拟实现。 6、锻炼知识的运用能力和实践能力。 三．相关知识： 1．虚拟存储器的引入： 局部性原理：程序在执行时在一较短时间内仅限于某个部分；相应的，它所访问的存储空间也局限于某个区域，它主要表现在以下两个方面：时间局限性和空间局限性。 2．虚拟存储器的定义： 虚拟存储器是只具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。 3．虚拟存储器的实现方式： 分页请求系统，它是在分页系统的基础上，增加了请求调页功能、页面置换功能所形成的页面形式虚拟存储系统。 请求分段系统，它是在分段系统的基础上，增加了请求调段及分段置换功能后，所形成的段式虚拟存储系统。 4．页面分配： 平均分配算法，是将系统中所有可供分配的物理块，平均分配给各个进程。 按比例分配算法，根据进程的大小按比例分配物理块。 考虑优先的分配算法，把内存中可供分配的所有物理块分成两部分：一部分按比例地分配给各进程；另一部分则根据个进程的优先权，适当的增加其相应份额后，分配给各进程。 5．页面置换算法： 常用的页面置换算法有OPT、FIFO、LRU、Clock、LFU、PBA等。 四．设计思想： 选择置换算法，先输入所有页面号，为系统分配物理块，依次进行置换：OPT基本思想： 是用一维数组page[pSIZE]存储页面号序列，memery[mSIZE]是存储装入物理块中的页面。数组next[mSIZE]记录物理块中对应页面的最后访问时间。每当发生缺页时，就从物理块中找出最后访问时间最大的页面，调出该页，换入所缺的页面。 【特别声明】 若物理块中的页面都不再使用，则每次都置换物理块中第一个位置的页面。 FIFO基本思想： 是用队列存储内存中的页面，队列的特点是先进先出，与该算法是一致的，所以每当发生缺页时，就从队头删除一页，而从队尾加入缺页。或者借助辅助数组time[mSIZE]记录物理块中对应页面的进入时间，每次需要置换时换出进入时间最小的页面。 LRU基本思想： 是用一维数组page[pSIZE]存储页面号序列，memery[mSIZE]是存储装入物理块中的页面。数组flag[10]标记页面的访问时间。每当使用页面时，刷新访问时间。发生缺页时，就从物理块中页面标记最小的一页，调出该页，换入所缺的页面。 五．流程图： 如下页所示页面置换算法模拟程序-附代码
操作系统课程设计-页面置换算法C语言
页面置换算法实验报告
最佳置换算法
虚拟存储器管理 页面置换算法模拟实验
页面置换算法(操作系统试验)
实验四页面置换算法代码
(流程图)页面置换算法课程设计
《操作系统》实验五页面置换算法模拟
页面置换算法代码实现(完整版)
实验5 页面置换算法
第7次 常用页面置换算法模拟实验
页面置换算法作业
操作系统页面置换算法模拟实验
页面置换算法实验报告
操作系统常用页面置换算法课程设计
页面置换算法实验(内含完整代码)
请求页式存储管理中常用页面置换算法模拟
(完整版)页面置换算法C语言