页面置换-操作系统实验报告.doc

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 #include #include #include #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 pL)/打印页面走向状态 coutm; if(m20|m10) coutendl;cout页面长度必须在1020之间endlendl;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coutendl;cout输出随机数: endl; coutendl;for(i=0;im;i+) pi.num=rand( )%10;/产生0到9之间的随机数放到数组p中pi.time=0; coutpi.num ; coutendlendl; return m; void print(Pro *page1)/打印当前的页面 Pro *page=new ProM; page=page1; for(int i=0;iM;i+) coutpagei.num ; coutendl; int Search(int e,Pro *page1 )/寻找内存块中与e相同的块号 Pro *page=new ProM; page=page1; for(int i=0;iM;i+)if(e=pagei.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 ProM; page=page1; int e=page0.time,i=0; while(iM) /找出离现在时间最长的页面 if(epagei.time) e=pagei.time; i+; for( i=0;iM;i+)if(e=pagei.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 pL)/记录当前内存块中页面离下次使用间隔长度Pro *page=new ProM; page=page1;int count=0; for(int j=i;jL;j+) if(paget.num=pj.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 pL; m=Input(m,p);/调用input函数，返回m值cout请输入分配的物理块m(26): ; coutendlM; if(M6|M2) coutendl;cout物理块m必须在26之间endlendl;cout请重新输入m： ; else break; while(1); Pro *page=new ProM; do for(int i=0;iM;i+)/初始化页面基本情况 pagei.num=0; pagei.time=m-1-i; i=0;coutendl;cout1:FIFO页面置换2:LRU页面置换endl; cout3:OPT页面置换4:退出endl; cout请选择页面置换算法：c; if(c=1)/FIFO页面置换 n=0; cout FIFO算法页面置换情况如下: endl; coutendl; while(i=0) /当前页面在内存中 coutpi.num ; /输出当前页pi.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 paget.num=pi.num; /把当前页面放入内存中coutpi.num ; print(page); /打印当前页面t+; /下一个内存块 i+; /指向下一个页面 coutendl;cout缺页次数：n 缺页率：n/mendlendl; if(c=2)/LRU页面置换 n=0; cout LRU算法页面置换情况如下: endl; coutendl; while(i=0)/如果已在内存块中 paget.time=0;/把与它相同的内存块的时间置0 for(a=0;aM;a+) if(a!=t)pagea.time+;/其它的时间加1 coutpi.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 paget.num=pi.num; /进行替换paget.time=0; /替换后时间置为0 coutpi.num ; print(page); for(a=0;aM;a+) if(a!=t) pagea.time+; /其它的时间加1 i+; coutendl;cout缺页次数：n 缺页率：n/mendlendl; if(c=3)/OPT页面置换 n=0; cout OPT算法置换情况如下:endl; coutendl; while(i=0)/如果已在内存块中 coutpi.num ; cout不缺页endl; i+; else/如果不在内存块中int a=0; for(t=0;tM;t+) if(paget.num=0)a+;/记录空的内存块数if(a!=0) /有空内存 int q=M; for(t=0;tt)q=t;/把空内存块中块号最小的找出来pageq.num=pi.num; n+;coutpi.num ; print(page); i+;else int temp=0,s; for(t=0;tM;t+)/寻找内存块中下次使用离现在最久的页面if(tempCount(page,i,t,p) temp=Count(page,i,t,p); s=t; /把找到的块号赋给s pages.num=pi.num; n+; coutpi.num ; print(page); i+; coutendl;cout缺页次数：n 缺页率：n/mendlendl; 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）