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页面置换-操作系统实验报告.doc

上传人:精**** 文档编号:3102348 上传时间:2024-06-18 格式:DOC 页数:16 大小:140KB 下载积分:8 金币
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实验二 页面置换算法实现 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、实验内容 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,设计一个虚拟存储区和内 存工作区,并使用下述算法来模拟实现页面的置换: 1. 先进先出的算法(FIFO) 2. 最近最久未使用算法(LRU) 3. 最佳置换算法(OPT) 实验分析 在进程运行过程中,若其所访问的页面不存在内存而需要把它们调入内存, 但内存已无空闲时,为了保证该进程能够正常运行,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。但应调出哪个页面,需根据一定的算法来确定, 算法的好坏,直接影响到系统的性能。一个好的页面置换算法,应该有较低的页面更换频率。 2.1 先进先出(FIFO )页面置换算法 当需要访问一个新的页面时,首先查看物理块中是否就有这个页面,若要查 看的页面物理块中就有,则直接显示,不需要替换页面;如果要查看的页面物理 块中没有,就需要寻找空闲物理块放入,若存在有空闲物理块,则将页面放入; 若没有空闲物理块,则替换页面。并将物理块中所有页面 timer++。 2.2 最近久未使用 (LRU) 置换算法的思路 最近久未使用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。 2.3 最佳(OPT)置换算法的思路 其所选择的被淘汰的页面,是以后不使用的,或者是在未来时间内不再被访 问的页面,采用最佳算法,通常可保证获得最低的缺页率。 三、 实验流程 3.1 系统功能图 图3-1 系统功能图 3.2 算法流程图 1) 先进先出(FIFO )页面置换算法流程图 图3-2 先进先出页面置换算法流程图 2) 最近久未使用 (LRU) 置换算法 图3-3 最近久未使用置换算法流程图 3) 最佳( OPT )置换算法 图3-4 最佳置换算法流程图 四、 源程序 #include<iostream.h> #include <stdlib.h> #include <time.h> #include <stdio.h> #define L 20 //页面长度最大为20 int M; //内存块 struct Pro//定义一个结构体 { int num,time; }; Input(int m,Pro p[L])//打印页面走向状态 { cout<<"请输入页面长度(10~20):"; do { cin>>m; if(m>20||m<10) { cout<<endl; cout<<"页面长度必须在10~20之间"<<endl<<endl; cout<<"请重新输入L:"; } else break; }while(1); int i,j; j=time(NULL);//取时钟时间 srand(j);//以时钟时间j为种子,初始化随机数发生器 cout<<endl; cout<<"输出随机数: "<<endl; cout<<endl; for(i=0;i<m;i++) { p[i].num=rand( )%10;//产生0到9之间的随机数放到数组p中 p[i].time=0; cout<<p[i].num<<" "; } cout<<endl<<endl; return m; } void print(Pro *page1)//打印当前的页面 { Pro *page=new Pro[M]; page=page1; for(int i=0;i<M;i++) cout<<page[i].num<<" "; cout<<endl; } int Search(int e,Pro *page1 )//寻找内存块中与e相同的块号 { Pro *page=new Pro[M]; page=page1; for(int i=0;i<M;i++)if(e==page[i].num)return i;//返回i值 return -1; } int Max(Pro *page1)//寻找最近最长未使用的页面 { Pro *page=new Pro[M]; page=page1; int e=page[0].time,i=0; while(i<M) //找出离现在时间最长的页面 { if(e<page[i].time) e=page[i].time; i++; } for( i=0;i<M;i++)if(e==page[i].time)return i;//找到离现在时间最长的页面返回其块号 return -1; } int Count(Pro *page1,int i,int t,Pro p[L])//记录当前内存块中页面离下次使用间隔长度 { Pro *page=new Pro[M]; page=page1; int count=0; for(int j=i;j<L;j++) { if(page[t].num==p[j].num )break;//当前页面再次被访问时循环结束 else count++;//否则count+1 } return count;//返回count的值 } int main() { int c; int m=0,t=0; float n=0; Pro p[L]; m=Input(m,p);//调用input函数,返回m值 cout<<"请输入分配的物理块m(2~6): "; cout<<endl<<endl; do{ cin>>M; if(M>6||M<2) { cout<<endl; cout<<"物理块m必须在2~6之间"<<endl<<endl; cout<<"请重新输入m: ";} else break; }while(1); Pro *page=new Pro[M]; do{ for(int i=0;i<M;i++)//初始化页面基本情况 { page[i].num=0; page[i].time=m-1-i; } i=0; cout<<endl; cout<<"1:FIFO页面置换 2:LRU页面置换"<<endl; cout<<"3:OPT页面置换 4:退出"<<endl; cout<<"请选择页面置换算法:"<<endl; cin>>c; if(c==1)//FIFO页面置换 { n=0; cout<<" FIFO算法页面置换情况如下: "<<endl; cout<<endl; while(i<m) { if(Search(p[i].num,page)>=0) //当前页面在内存中 { cout<<p[i].num<<" "; //输出当前页p[i].num cout<<"不缺页"<<endl; i++; //i加1 } else //当前页不在内存中 { if(t==M)t=0; else { n++; //缺页次数加1 page[t].num=p[i].num; //把当前页面放入内存中 cout<<p[i].num<<" "; print(page); //打印当前页面 t++; //下一个内存块 i++; //指向下一个页面 } } } cout<<endl; cout<<"缺页次数:"<<n<<" 缺页率:"<<n/m<<endl<<endl; } if(c==2)//LRU页面置换 { n=0; cout<<" LRU算法页面置换情况如下: "<<endl; cout<<endl; while(i<m) { int a; t=Search(p[i].num,page); if(t>=0)//如果已在内存块中 { page[t].time=0;//把与它相同的内存块的时间置0 for(a=0;a<M;a++) if(a!=t)page[a].time++;//其它的时间加1 cout<<p[i].num<<" "; cout<<"不缺页"<<endl; } else //如果不在内存块中 { n++; //缺页次数加1 t=Max(page); //返回最近最久未使用的块号赋值给t page[t].num=p[i].num; //进行替换 page[t].time=0; //替换后时间置为0 cout<<p[i].num<<" "; print(page); for(a=0;a<M;a++) if(a!=t) page[a].time++; //其它的时间加1 } i++; } cout<<endl; cout<<"缺页次数:"<<n<<" 缺页率:"<<n/m<<endl<<endl; } if(c==3)//OPT页面置换 { n=0; cout<<" OPT算法置换情况如下:"<<endl; cout<<endl; while(i<m) { if(Search(p[i].num,page)>=0)//如果已在内存块中 { cout<<p[i].num<<" "; cout<<"不缺页"<<endl; i++; } else//如果不在内存块中 { int a=0; for(t=0;t<M;t++) if(page[t].num==0)a++;//记录空的内存块数 if(a!=0) //有空内存 { int q=M; for(t=0;t<M;t++) if(page[t].num==0&&q>t)q=t;//把空内存块中块号最小的找出来 page[q].num=p[i].num; n++; cout<<p[i].num<<" "; print(page); i++; } else { int temp=0,s; for(t=0;t<M;t++)//寻找内存块中下次使用离现在最久的页面 if(temp<Count(page,i,t,p)) { temp=Count(page,i,t,p); s=t; }//把找到的块号赋给s page[s].num=p[i].num; n++; cout<<p[i].num<<" "; print(page); i++; } } } cout<<endl; cout<<"缺页次数:"<<n<<" 缺页率:"<<n/m<<endl<<endl; } if(c == 4) break; }while(c==1||c==2||c==3); return 0; } 五、实验结果 5.1 程序主界面 运行程序后,将会提示用户输入页面长度,长度在10到20之间。当用户输入长度(以12为例)后,系统将会显示随机数。系统提示用户输入分配的物理块,用户输入数据(以3为例)。程序主界面运行图如图5-1所示。 图5-1 程序主界面 5.2 先进先出(FIFO) 页面置换算法运行结果 选择算法1之后,进入算法1 的操作。系统会显示算法的页面置换情况。先来先服务算法的运行图如图5-2所示。 图5-2 先进先出页面置换算法运行结果图 5.3 最近久未使用 (LRU) 置换算法运行结果 选择算法2之后,进入算法2 的操作。系统会显示算法的页面置换情况。最近久未使用的运行图如图5-3所示。 图5-3 最近久未使用置换算法运行结果图 4) 最佳( OPT )置换算法运行结果 选择算法3之后,进入算法3 的操作。系统会显示算法的页面置换情况。最近久未使用的运行图如图5-4所示。 图5-4 最佳置换算法运行结果图 四、 总结 通过本次实验,我对页面置换算法的了解更加的深刻。页面置换算法主要有以下置换算法:OPT(最佳置换算法)、FIFO(先进先出置换算法)、LRU(最近最久未使用算法)。在进程运行过程中,若其访问的页面不在内存而需把它们调入内存,但内存以无空闲空间时,为了保证该进程能正常的运行,系统必须从内存中调出一页程序或数据送磁盘的兑换区中,但应将哪个页面调出,需根据一定的算法来确定。 (注:专业文档是经验性极强的领域,无法思考和涵盖全面,素材和资料部分来自网络,供参考。可复制、编制,期待你的好评与关注)
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