页面置换算法
一.题目要求:
通过实现页面置换算法的FIFO和LRU两种算法,理解进程运行时系统是怎样选择换出页面的,对于两种不同的算法各自的优缺点是哪些。
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、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;
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,为系统分配物理块,依次进行置换:
六.设计思想:
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。
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。 七.流程图:
如下页所示
六.运行结果: 1. 按任意键进行初始化:
开始
载入页号序列,从第0个得到页号
将页号放入物理块中,编号加1
引用串编号大于物理块数?
否
页号在物理块中?
根据选择的置换算法完成置换
页号序列载完?
结束
否
否
是 是
是
2. 载入数据:
3. 进入置换算法选择界面:
4.运算中延迟操作:
5.三种算法演示结果:
八.结论
通过这次课程设计,不仅让我了解了页面置换算法,开始我一味的进行调试,急切的想侥幸调试出来,但由于没有进行深入的考虑,我调试了很久都没没有成功,我仔细的分析题目,分析材料,在原由的基础上我进行了改正,我最后还是调试成功了,还是经过了一翻努力,这次操作系统实习,不仅让我对操作系统这门课程有了更深入的研究、对很多重要的概念有了巩固和掌握。通过努力,三个页面置换算法程序都已经完成,此时此刻,我心里多了些成就感。虽然自己所做的很少也不够完善,但毕竟也是努力的结果。主要有以下几点收获:
1.通过对上网和看书查阅相关资料,使自己对C语言的基本框架有新的了解,加深
了对可视化程序的认识。
2.在使用C语言来实现功能时,不像以往用的其他语言,它比较简练,更容易
理解,实用性很强。
3.先进先出页面置换和LRU以及OPT算法各有特点,但是实践起来却很大,使自己
对页面置换算法有了新的认识。一周半的课程设计就要结束了,不但对专业知识有了更深的理解,更使的自己认识到实践的重要性,理论、实践相结合才能达到很好的学习效果,特别是程序语言的学习。
六.源代码:
如下页所示【使用C语言】
#include
#include
/*全局变量*/
int mSIZE; /*物理块数*/
int pSIZE; /*页面号引用串个数*/
static int memery[10]={0}; /*物理块中的页号*/
static int page[100]={0}; /*页面号引用串*/
static int temp[100][10]={0}; /*辅助数组*/
/*置换算法函数*/
void FIFO();
void LRU();
void OPT();
/*辅助函数*/
void print(unsigned int t);
void designBy();
void download();
void mDelay(unsigned int Delay);
/*主函数*/
void main()
{
int i,k,code;
printf("┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓\n");
printf("┃请按任意键进行初始化操作... ┃\n");
printf("┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛\n");
printf(" >>>");
getch();
system("cls");
printf("请输入物理块的个数(M<=10):");
scanf("%d",&mSIZE);
printf("请输入页面号引用串的个数(P<=100):");
scanf("%d",&pSIZE);
puts("请依次输入页面号引用串(用空格隔开):");
for(i=0;iscanf("%1d",&page[i]);
download();
system("cls");
do{
puts("输入的页面号引用串为:");
for(k=0;k<=(pSIZE-1)/20;k++)
{
for(i=20*k;(i{
if(((i+1)%20==0)||(((i+1)%20)&&(i==pSIZE-1)))
printf("%d\n",page[i]);
else
printf("%d ",page[i]);
}
}
printf("* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *\n");
printf("* 请选择页面置换算法:\t\t\t *\n");
printf("* ----------------------------------------- *\n");
printf("* 1.先进先出(FIFO) *\n");
printf("* 2.最近最久未使用(LRU) *\n");
printf("* 3.最佳(OPT) *\n");
printf("* 4.退出*\n");
printf("* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *\n");
printf("请选择操作:[ ]\b\b");
scanf("%d",&code);
switch(code)
{
case 1:
FIFO();
break;
case 2:
LRU();
break;
case 3:
OPT();
break;
case 4:
system("cls");
exit(0);
default:
printf("输入错误,请重新输入:");
}
printf("按任意键重新选择置换算法:>>>");
getch();
system("cls");
}while (code!=4);
getch();
}
/*载入数据*/
void download()
{
int i;
printf("╔════════════╗\n");
printf("║正在载入数据,请稍候!!!║\n");
printf("╚════════════╝\n");
printf("Loading...\n");
printf(" O");
for(i=0;i<51;i++)
printf("\b");
for(i=0;i<50;i++)
{
mDelay((pSIZE+mSIZE)/2);
printf(">");
}
printf("\nFinish.\n载入成功,按任意键进入置换算法选择界面:>>>");
getch();
}
/*设置延迟*/
void mDelay(unsigned int Delay)
{
unsigned int i;
for(;Delay>0;Delay--)
{
for(i=0;i<124;i++)
{
printf(" \b");
}
}
}
void print(unsigned int t)
{
int i,j,k,l;
int flag;
for(k=0;k<=(pSIZE-1)/20;k++)
{
for(i=20*k;(i{
if(((i+1)%20==0)||(((i+1)%20)&&(i==pSIZE-1)))
printf("%d\n",page[i]);
else
printf("%d ",page[i]);
}
for(j=0;j{
for(i=20*k;(i{
if(i>=j)
printf(" |%d|",temp[i][j]);
else
printf(" | |");
}
for(i=mSIZE+20*k;(i{
for(flag=0,l=0;lif(temp[i][l]==temp[i-1][l])
flag++;
if(flag==mSIZE)/*页面在物理块中*/
printf(" ");
else
printf(" |%d|",temp[i][j]);
}
/*每行显示20个*/
if(i%20==0)
continue;
printf("\n");
}
}
printf("----------------------------------------\n");
printf("缺页次数:%d\t\t",t+mSIZE);
printf("缺页率:%d/%d\n",t+mSIZE,pSIZE);
printf("置换次数:%d\t\t",t);
printf("访问命中率:%d%%\n",(pSIZE-(t+mSIZE))*100/pSIZE);
printf("----------------------------------------\n");
}
/*计算过程延迟*/
void compute()
{
int i;
printf("正在进行相关计算,请稍候");
for(i=1;i<20;i++)
{
mDelay(15);
if(i%4==0)
printf("\b\b\b\b\b\b \b\b\b\b\b\b");
else
printf("Θ");
}
for(i=0;i++<30;printf("\b"));
for(i=0;i++<30;printf(" "));
for(i=0;i++<30;printf("\b"));
}
/*先进先出页面置换算法*/
void FIFO()
{
int memery[10]={0};
int time[10]={0}; /*记录进入物理块的时间*/
int i,j,k,m;
int max=0; /*记录换出页*/
int count=0; /*记录置换次数*/
/*前mSIZE个数直接放入*/
for(i=0;i{
memery[i]=page[i];
time[i]=i;
for(j=0;jtemp[i][j]=memery[j];
}
for(i=mSIZE;i{
/*判断新页面号是否在物理块中*/
for(j=0,k=0;j{
if(memery[j]!=page[i])
k++;
}
if(k==mSIZE) /*如果不在物理块中*/
{
count++;
/*计算换出页*/
max=time[0]