操作系统课程设计-页面置换算法C语言

-1-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；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：-2-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-3-六．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-4-2.载入数据：3.进入置换算法选择界面：4.运算中延迟操作：-5-5.三种算法演示结果：-6-八.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】#includestdio.h#includestdlib.h/*全局变量*/intmSIZE;/*物理块数*/intpSIZE;/*页面号引用串个数*/staticintmemery[10]={0};/*物理块中的页号*/staticintpage[100]={0};/*页面号引用串*/staticinttemp[100][10]={0};/*辅助数组*//*置换算法函数*/voidFIFO();voidLRU();voidOPT();/*辅助函数*/voidprint(unsignedintt);voiddesignBy();voiddownload();voidmDelay(unsignedintDelay);/*主函数*/voidmain()-7-{inti,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;ipSIZE;i++)scanf(%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;(ipSIZE)&&(i20*(k+1));i++){if(((i+1)%20==0)||(((i+1)%20)&&(i==pSIZE-1)))printf(%d\n,page[i]);elseprintf(%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){case1:FIFO();break;-8-case2:LRU();break;case3:OPT();break;case4: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*/voiddownload(){inti;printf(╔════════════╗\n);printf(║正在载入数据，请稍候!!!║\n);printf(╚════════════╝\n);printf(Loading...\n);printf(O);for(i=0;i51;i++)printf(\b);for(i=0;i50;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*/voidmDelay(unsignedintDelay){unsignedinti;for(;Delay0;Delay--){-9-for(i=0;i124;i++){printf(\b);}}}voidprint(unsignedintt){inti,j,k,l;intflag;for(k=0;k=(pSIZE-1)/20;k++){for(i=20*k;(ipSIZE)&&(i20*(k+1));i++){if(((i+1)%20==0)||(((i+1)%20)&&(i==pSIZE-1)))printf(%d\n,page[i]);elseprintf(%d,page[i]);}for(j=0;jmSIZE;j++){for(i=20*k;(imSIZE+20*k)&&(ipSIZE);i++){if(i=j)printf(|%d|,temp[i][j]);elseprintf(||);}for(i=mSIZE+20*k;(ipSIZE)&&(i20*(k+1));i++){for(flag=0,l=0;lmSIZE;l++)if(temp[i][l]==temp[i-1][l])flag++;if(flag==mSIZE)/*页面在物理块中*/printf();elseprintf(|%d|,temp[i][j]);}/*每行显示20个*/if(i%20==0)continue;printf(\n);-10-}}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*/voidcompute(){inti;printf(正在进行相关计算，请稍候);for(i=1;i20;i++){mDelay(15);if(i%4==0)printf(\b\b\b\b\b\b\b\b\b\b\b\b);elseprintf(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*/voidFIFO(){intmemery[10]={0};inttime[10]={0};/*记录进入物理块的时间*/inti,j,k,m;intmax=0;/*记录换出页*/intcount=0;/*记录置换次数*//*前mSIZE个数直接放入*/for(i=0;imSIZE;i++){memery[