請求頁式存儲管理及請求頁式存儲管理中常用頁面置換算法模擬

軟件學(xué)院操作系統(tǒng)實驗報告專業(yè)：軟件工程班級：RB軟工互學(xué)號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：PAGE第16頁共16頁實驗四：請求頁式存儲管理一．實驗?zāi)康纳钊肜斫庹埱箜撌酱鎯芾淼脑?，重點認(rèn)識其中的地址變換、缺頁中斷、置換算法等實現(xiàn)思想。二．實驗屬性該實驗為綜合性、設(shè)計性實驗。三．實驗儀器設(shè)備及器材普通PC386以上微機四．實驗要求本實驗要求4學(xué)時完成。本實驗要求完成如下任務(wù)：（1）建立相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：存儲塊表、頁表等；（2）實現(xiàn)基本分頁存儲管理，如分配、回收、地址變換；（3）在基本分頁的基礎(chǔ)上實現(xiàn)請求分頁存儲管理；（4）給定一批作業(yè)/進(jìn)程，選擇一個分配或回收模擬；（5）將整個過程可視化顯示出來。實驗前應(yīng)復(fù)習(xí)實驗中所涉及的理論知識和算法，針對實驗要求完成基本代碼編寫并完成預(yù)習(xí)報告、實驗中認(rèn)真調(diào)試所編代碼并進(jìn)行必要的測試、記錄并分析實驗結(jié)果。實驗后認(rèn)真書寫符合規(guī)范格式的實驗報告（參見附錄A），并要求用正規(guī)的實驗報告紙和封面裝訂整齊，按時上交。五、實驗提示1、本實驗雖然不以前面實驗為基礎(chǔ)，但建議在其界面中繼續(xù)增加請求頁式存儲管理功能。2、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：內(nèi)存分配表、頁表空間（用數(shù)組實現(xiàn)），修改PCB結(jié)構(gòu)增加頁表指針、頁表長度。3、存儲管理：編寫內(nèi)存分配、內(nèi)存回收算法、頁面置換算法。4、主界面設(shè)計：在界面上增加一個請求分頁內(nèi)存分配按鈕、請求分頁內(nèi)存回收按鈕、裝入指定進(jìn)程的指定頁按鈕。觸發(fā)請求分頁內(nèi)存分配按鈕，彈出作業(yè)大小輸入框，輸入后調(diào)用內(nèi)存分配函數(shù)，在內(nèi)存分配表和頁表中看到分配的存儲塊。觸發(fā)請求分頁內(nèi)存回收按鈕，彈出進(jìn)程ID輸入框，輸入后調(diào)用內(nèi)存回收函數(shù)，在內(nèi)存分配表中看到回收后的狀態(tài)改變。功能測試：從顯示出的內(nèi)存分配表和頁表，可查看操作的正確與否。六、實驗步驟任務(wù)分析：1.最佳頁面置換算法（OPT）：其所選擇的被淘汰頁面，將是以后永不使用的或許是在最長(未來)時間內(nèi)不再被訪問的頁面。采用最佳置換算法，通常可保證獲得最低的缺頁率。2.最近最久未使用（LRU）算法：當(dāng)需要置換一頁時，選擇在最近一段時間里最久沒有使用過的頁面予以置換。程序設(shè)計：程序功能模塊圖如下：請求分頁式儲存管理最近最久未使用算法先進(jìn)先出算法請求分頁式儲存管理最近最久未使用算法先進(jìn)先出算法（1）在同一進(jìn)程中的各個線程，都可以共享該進(jìn)程所擁有的資源，這表現(xiàn)在：所有線程都具有相同的地址空間（進(jìn)程的地址空間）。此外我們應(yīng)該還要用控制語句，控制線程的同步執(zhí)行。

2.

這個實驗是要求我們采用算法模擬分頁存儲管理技術(shù)的FIFO和LRU算法。所以我們應(yīng)該先生成地址序列，有了地址序列，我們要找到它所在的虛頁，然后通過查找實頁，再判斷下一步動作。假如要訪問的虛頁不在內(nèi)存中，不命中，我們要替換實頁內(nèi)容。根據(jù)FIFO算法，直接替換最早進(jìn)入內(nèi)存中的那一頁就可以了。所以可以設(shè)立一個循環(huán)指針，記錄那個最早進(jìn)入內(nèi)存中的那頁。而對于LRU算法，我們要替換是到現(xiàn)在為止最長時間沒被訪問的頁，在這里我們可以用一個隊列來表示內(nèi)存。把最久沒使用的頁放在隊頭，然后替換進(jìn)去的頁放在隊尾就可以了。假如要訪問的虛頁在內(nèi)存中，明顯是命中。對于FIFO算法，不處理，而對于LRU算法，我們還要把他的權(quán)值置0。開始（2）系統(tǒng)功能流程圖：開始開始開始還有指令？還有指令？NN還有指令？還有指令？YY找到了嗎？計算頁號計算頁號找到了嗎？找到了嗎？計算頁號計算頁號找到了嗎？YYNN新頁進(jìn)入計算過程數(shù)組第一位，其余為一次下移計算命中率結(jié)束比較現(xiàn)有頁面計數(shù)項的大小，新頁面替換最大項頁面計算命中率結(jié)束新頁進(jìn)入計算過程數(shù)組第一位，其余為一次下移計算命中率結(jié)束比較現(xiàn)有頁面計數(shù)項的大小，新頁面替換最大項頁面計算命中率結(jié)束（3）算法分析1.先進(jìn)先出

定義一個隊列存放頁面，頭指針記錄最先進(jìn)入隊列的頁面的位置，每次替換頭指針指向的頁面。2.最近最少使用

定義一個二維數(shù)組，一維用來記錄頁面號，一維用來記錄該頁面被使用的次數(shù)，每次替換最近最少使用的頁面（3）程序結(jié)果：在運行界面選擇某個算法，運行結(jié)果，如圖1，圖2所示：圖1圖2調(diào)試與測試：1.第一道涉及線程的題編譯時總是發(fā)生錯誤，原來編譯這類程序在原有的編譯語言后要加上-pthread.2.第二個分頁算法我們在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課已經(jīng)做過這個實驗，所以有了一定的了解，加上一點修改就能夠使用了。所以沒太花功夫。七、實驗總結(jié)通過實現(xiàn)請求頁式存儲管理的幾種基本頁面置換算法，了解了虛擬存儲技術(shù)的特點。通過對頁面、頁表、地址轉(zhuǎn)換和頁面置換過程的模擬，加深對請求調(diào)頁系統(tǒng)的原理和實現(xiàn)過程的理解，也知道了幾種算法的效率，也驗證了LRU算法的命中率平均的比FIFO算法要高。通過本次實驗，我收獲了很多。我了解到編寫程序不是首要任務(wù)，而是一種實現(xiàn)手段。我們最重要的是如何做好需求分析和理清思路，做出正確、簡介的流程設(shè)計，這樣可以達(dá)到事半功倍的效果。八、附錄//#include<windows.h>//#include<iostream>#include"stdio.h"#include<conio.h>#include<malloc.h>#defineN16#definenum5/*進(jìn)程分配物理塊數(shù)目*/intA[N]={1,2,3,4,5,6,7,8,5,2,3,2,7,8,1,4};/*頁表映像*/typedefstructpage{intaddress;/*頁面地址*/structpage*next;}page;structpage*head,*run,*rear;voidjccreat()/*進(jìn)程分配物理塊*/{inti=1;page*p,*q;head=(page*)malloc(sizeof(page));p=head;for(i=1;i<=num;i++){q=(page*)malloc(sizeof(page));p->next=q;q->address=0;q->next=NULL;p=q;}rear=p;}intsearch(intn){page*p;inti=0;p=head;while(p->next){if(p->next->address==n){printf("Getitatthepage%d\n",i+1);run=p;return1;}p=p->next;i++;}return0;}voidchangeOPT(intn,intposition){inti;inttotal=0;intflag=1;intdistance[num];intMAX;intorder=0;page*p,*q;p=head->next;q=head->next;for(i=0;i<num;i++)distance[i]=100;i=0;while(p){if(p->address==0){flag=0;break;}p=p->next;i++;}if(!flag){p->address=n;printf("Changethepage%d\n",i+1);}else{while(q)}for(i=position;i<N;i++){if(q->address==A[i])distance[total]=i-position;}total++;q=q->next;}MAX=distance[0];for(i=0;i<num;i++){if(distance[i]>MAX){MAX=distance[i];order=i;}}printf("Changethepage%d\n",order+1);i=0;while(p){if(i==order)p->address=n;i++;p=p->next;}}voidchangeLRU(intn){inti=0;intflag=1;page*p,*delect;p=head->next;while(p){if(p->address==0){flag=0;p->address=n;printf("Changethepage%d\n",i+1);break;}p=p->next;i++;}if(flag){delect=head->next;head->next=delect->next;printf("Delectfromthehead,andaddnewtotheend.\n");delect->address=n;rear->next=delect;rear=delect;rear->next=NULL;}}floatOPT(){inti;intlose=0;floatlosef;floatpercent;for(i=0;i<N;i++){if(search(A[i])==0){lose++;changeOPT(A[i],i);}}losef=lose;percent=1-(losef/N);returnpercent;}floatLRU(){inti;intlose=0;floatlosef;floatpercent;page*p;for(i=0;i<N;i++){if(search(A[i])==0){lose++;changeLRU(A[i]);}else{p=run->next;run->next=p->next;rear->next=p;rear=p;rear->next=NULL;printf("Moveittoendofqueue.\n");}}losef=lose;percent=1-(losef/N);returnpercent;}main()/*主函數(shù)部分*/{floatpercent;intchoice;printf("Selectthearithmetic:\n(1)OPT\n(2)LRU\nyourchoiceis:");scanf("%d",&choice);/*選擇頁面置換算法*/jccreat();/*創(chuàng)建進(jìn)程*/if(choice==1)/*采用OPT算法置換*/{percent=OPT();/*計算OPT時的缺頁率*/printf("ThepercentofOPTis%f",percent);}elseif(choice==2)/*采用LRU算法置換*/{percent=LRU();/*計算LRU時的缺頁率*/printf("ThepercentofOPTis%f",percent);elseprintf("Yourchoiceisinvalid.");getch();}信息工程學(xué)院實驗報告成績：課程名稱：操作系統(tǒng)成績：指導(dǎo)教師（簽名）：實驗項目名稱：請求頁式存儲管理中常用頁面置換算法模擬實驗時間：指導(dǎo)教師（簽名）：班級姓名：學(xué)號：一、實驗?zāi)康?了解內(nèi)存分頁管理策略掌握調(diào)頁策略掌握一般常用的調(diào)度算法學(xué)會各種存儲分配算法的實現(xiàn)方法。了解頁面大小和內(nèi)存實際容量對命中率的影響。二、實驗環(huán)境:PC機、windows2000操作系統(tǒng)、VC++6.0三、實驗要求：本實驗要求4學(xué)時完成。采用頁式分配存儲方案，通過分別計算不同算法的命中率來比較算法的優(yōu)劣，同時也考慮頁面大小及內(nèi)存實際容量對命中率的影響；實現(xiàn)OPT算法(最優(yōu)置換算法)

、LRU算法(LeastRecently)

、FIFO算法(FirstINFirstOut)的模擬；會使用某種編程語言。實驗前應(yīng)復(fù)習(xí)實驗中所涉及的理論知識和算法，針對實驗要求完成基本代碼編寫、實驗中認(rèn)真調(diào)試所編代碼并進(jìn)行必要的測試、記錄并分析實驗結(jié)果。實驗后認(rèn)真書寫符合規(guī)范格式的實驗報告，按時上交。四、實驗內(nèi)容和步驟：編寫程序，實現(xiàn)請求頁式存儲管理中常用頁面置換算法LRU算法的模擬。要求屏幕顯示LRU算法的性能分析表、缺頁中斷次數(shù)以及缺頁率。在上機環(huán)境中輸入程序，調(diào)試，編譯。設(shè)計輸入數(shù)據(jù)，寫出程序的執(zhí)行結(jié)果。根據(jù)具體實驗要求，填寫好實驗報告。五、實驗結(jié)果及分析：實驗結(jié)果截圖如下：利用一個特殊的棧來保存當(dāng)前使用的各個頁面的頁面號。當(dāng)進(jìn)程訪問某頁面時，便將該頁面的頁面號從棧中移出，將它壓入棧頂。因此，棧頂始終是最新被訪問頁面的編號，棧底是最近最久未被使用的頁面號。當(dāng)訪問第5個數(shù)據(jù)“5”時發(fā)生了缺頁，此時1是最近最久未被訪問的頁，應(yīng)將它置換出去。同理可得，調(diào)入隊列為：123456713205，缺頁次數(shù)為12次，缺頁率為80%。六、實驗心得：本次實驗實現(xiàn)了對請求頁式存儲管理中常用頁面置換算法LRU算法的模擬。通過實驗，我對內(nèi)存分頁管理策略有了更多的了解。最近最久未使用（LRU）置換算法的替換規(guī)則：是根據(jù)頁面調(diào)入內(nèi)存后的使用情況來進(jìn)行決策的。該算法賦予每個頁面一個訪問字段，用來記錄一個頁面自上次被訪問以來所經(jīng)歷的時間，當(dāng)需淘汰一個頁面的時候選擇現(xiàn)有頁面中其時間值最大的進(jìn)行淘汰。最佳置換算法的替換規(guī)則：其所選擇的被淘汰頁面，將是以后永不使用的或許是在最長(未來)時間內(nèi)不再被訪問的頁面。先進(jìn)先出(FIFO)頁面置換算法的替換規(guī)則：該算法總是淘汰最先進(jìn)入內(nèi)存的頁面，即選擇在內(nèi)存中駐留時間最久的頁面予以淘汰。該算法實現(xiàn)簡單只需把一個進(jìn)程已調(diào)入內(nèi)存的頁面，按先后次序鏈接成一個隊列，并設(shè)置一個指針，稱為替換指針，使它總是指向最老的頁面。三種替換算法的命中率由高到底排列OPT>LRU>FIFO。本次的程序是在網(wǎng)上查找的相關(guān)代碼然后自己進(jìn)行修改，先自己仔細(xì)地研讀了這段代碼，在這過程中我對C++代碼編寫有了更深的了解?？傊敬螌嶒炇刮颐靼滓獙W(xué)會把課堂上的理論應(yīng)用到實際操作中。我需要在今后熟練掌握課堂上的理論基礎(chǔ)，只有堅實的基礎(chǔ)，才能在實際操作中更得心應(yīng)手。附錄：#include"iostream.h"#include<iomanip.h>constintDataMax=100;constintBlockNum=10;intDataShow[BlockNum][DataMax];//用于存儲要顯示的數(shù)組boolDataShowEnable[BlockNum][DataMax];//用于存儲數(shù)組中的數(shù)據(jù)是否需要顯示intData[DataMax];//保存數(shù)據(jù)intBlock[BlockNum];//物理塊intcount[BlockNum];//計數(shù)器intN;//頁面?zhèn)€數(shù)intM;//最小物理塊數(shù)intChangeTimes;voidDataInput();//輸入數(shù)據(jù)的函數(shù)voidDataOutput();voidLRU();//LRU函數(shù)///*intmain(intargc,char*argv[]){DataInput();//DataInput();LRU();return0;}//*/voidDataInput(){cout<<"請輸入最小物理塊數(shù)：";cin>>M;while(M>BlockNum)//大于數(shù)據(jù)個數(shù){cout<<"物理塊數(shù)超過預(yù)定值，請重新輸入：";cin>>M;}cout<<"請輸入頁面的個數(shù)：";cin>>N;while(N>DataMax)//大于數(shù)據(jù)個數(shù){cout<<"頁面?zhèn)€數(shù)超過預(yù)定值，請重新輸入：";cin>>N;}cout<<"請輸入頁面訪問序列："<<endl;for(inti=0;i<N;i++)cin>>Data[i];}voidDataOutput(){inti,j;for(i=0;i<N;i++)//對所有數(shù)據(jù)操作{cout<<Data[i]<<””;}cout<<"\n"<<endl;for(j=0;j<M;j++){cout<<"";for(i=0;i<N;i++)//對所有數(shù)據(jù)操作{if(DataShowEnable[j][i])cout<<DataShow[j][i]<<"|";elsecout<<"|";}cout<<endl;}cout<<"\n缺頁次數(shù):"<<ChangeTimes<<endl;cout<<"缺頁率:"<<ChangeTimes*100/N<<"%"<<endl;}voidLRU(){inti,j;boolfind;intpoint;