操作系统实验五 请求页式存储管理

实验五请求页式存储管理中常用页面置换算法模拟班级：软件工程3班；学号：11270337；姓名：孙园萍一、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（1）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；（2）实现OPT算法(最优置换算法)、LRU算法(LeastRecently)、FIFO算法(FirstINFirstOut)的模拟；（3）会使用某种编程语言。三、实验原理分页存储管理将一个进程的逻辑地址空间分成若干大小相等的片，称为页面或页。在进程运行过程中，若其所要访问的页面不在内存而需把它们调入内存，但内存已无空闲空间时，为了保证该进程能正常运行，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。但应将哪个页面调出，须根据一定的算法来确定。通常，把选择换出页面的算法称为页面置换算法(Page_ReplacementAlgorithms)。一个好的页面置换算法，应具有较低的页面更换频率。从理论上讲，应将那些以后不再会访问的页面换出，或将那些在较长时间内不会再访问的页面调出。1、最佳置换算法OPT(Optimal)它是由Belady于1966年提出的一种理论上的算法。其所选择的被淘汰页面，将是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。采用最佳置换算法，通常可保证获得最低的缺页率。但由于人目前还无法预知一个进程在内存的若干个页中，哪一个页面是未来最长时间内不再被访问的，因而该算法是无法实现的，便可以利用此算法来评价其它算法。2、先进先出(FIFO)页面置换算法这是最早出现的置换算法。该算法总是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。该算法实现简单只需把一个进程已调入内存的页面，按先后次序链接成一个队列，并设置一个指针，称为替换指针，使它总是指向最老的页面。3、最近最久未使用置换算法（1）LRU(LeastRecentlyUsed)置换算法的描述FIFO置换算法性能之所以较差，是因为它所依据的条件是各个页面调入内存的时间，而页面调入的先后并不能反映页面的使用情况。最近最久未使用（LRU）置换算法，是根据页面调入内存后的使用情况进行决策的。由于无法预测各页面将来的使用情况，只能利用“最近的过去”作为“最近的将来”的近似，因此，LRU置换算法是选择最近最久未使用的页面予以淘汰。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t,，当须淘汰一个页面时，选择现有页面中其t值最大的，即最近最久未使用的页面予以淘汰。（2）LRU置换算法的硬件支持LRU置换算法虽然是一种比较好的算法，但要求系统有较多的支持、硬件。为了了解一个进程在内存中的各个页面各有多少时间未被进程访问，以及如何快速地知道哪一页是最近最久未使用的页面，须有以下两类硬件之一的支持：a）寄存器为了记录某个进程在内存中各页的使用情况，须为每个在内存中的页面配置一个移位寄存器，可表示为R=Rn-1Rn-2Rn-3……R2R1R0当进程访问某物理块时，要将相应寄存器的Rn-1位置成1。此时，定时信号将每隔一定时间(例如100ms)将寄存器右移一位。如果我们把n位寄存器的数看作是一个整数，那么具有最小数值的寄存器所对应的页面，就是最近最久未使用的页面。如图1示出了某进程在内存中具有8个页面，为每个内存页面配置一个8位寄存器时的LRU访问情况。这里，把8个内存页面的序号分别定为1――＝8。由图可以看出，第7个内存页面的R值最小，当发生缺页时首先将它置换出去。R7R6R5R4R3R2R1R0101010010210101100300000100401101011511010110600101011700000111801101101b)栈可利用一个特殊的栈来保存当前使用的各个页面的页面号。每当进程访问某页面时，便将页面的页面号从栈中移出，将它压入栈顶。因此，栈顶始终是最新被访问页面的编号民，而栈底则是最近最久未使用的页面的页面号。程序清单实验步骤如下：//现定义数据结构和全局变量#includestdio.h#includeconio.h#defineM4#defineN17#defineMyprintfprintf(|------+-----+------+-----+-----+------+-------+-------+-------+-----\n)表格控制Typedefstructpage{Intnum;//记录页面号Inttime;//记录调入内存时间}page;//页面逻辑结构，结构为方便算法实现设计Pageb[M];//内存单元数Intc[M][N];//暂保存内存当前的状态：缓冲区Intqueue[100];//记录调入队列Intk;//调入队列计数变量//初始化内存单元、缓冲区VoidInit(Page*b,intc[M][N]){Inti,j;For(i=0;iN;i++){b[i],num=-1;b[i].time=N-i-1;For(i=0;iM;i++)For(j=0;jN;j++)c[i][j]=-1;}//取得在内存中停留最久的页面，默认状态下为最早调入的页面IntGetMax(Page*b){Inti;Intmax=-1;Inttag=0;For(i=0;iM;i++){If(b[i].timemax){Max=b[i].time;Tag=i;Returntag;}//判断页面是否已在内存中IntEquation(intfold,Page*b){Inti;For(i=0;iM;i++)If(fold==b[i].num)returni;Return-1;}//LRU算法VoidLru(intfold,Page*b){Inti;Intval;Val=Equation(fold,b);If(val=0){b[val].time=0;For(i=0;iM;i++)If(i!=val)b[i].time++;}Else{Queue[++k]=fold;//记录调入页面Val=GetMax(b);b[val].num=fold;b[val].time=0;For(i=0;iM;i++)if(i!=val)b[i].time++;}}//FIFO与OPT的算法描述省略//主程序voidmain(){Inta[N]={1,0,1,0,2,4,1,0,0,8,7,5,4,3,2,3,4};Inti,j;Start:K=-1;Init(b,c)For(i=0;iN;i++){Lru(a[i],b);C[0][i]=a[i];//记录当前的内存单元中的页面For(j=0;jM;j++)C[j][i]=b[j].num;}//结果输出Printf(内存状态为：\n);Myprintf;For(j=0;jN;j++){Printf(%2d,a[i]);Printf(\n);Myprintf;For(i=0;iM;i++)For(j=0;jN;j++)If(c[i][j]==-1)printf(%2c,32);ElsePrintf(%2d,c[i][j]);Printf(/n);}Myprintf;Printf(\n调入队列为：)；For(i=0;iK+1;i++)Printf(%3d,queue[i]);Printf(\n缺页次数为：%6d\n缺页率：%16.6f,K+1,(float)(K+1)/N);Printf(/nAreyoucontinuing!\fy?);If(getchar()=='y')gotostart;}}}}谢谢观赏