置换算法-存储管理

置换算法存储管理（1）通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。指令的地址按下述原则生成：①50%的指令是顺序执行的；②50%的指令是均匀分布在前地址部分；③50%的指令是均匀分布在后地址部分。具体的实施方法是：①在[0，319]的指令之间随即选取一起点m;②顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令；③在前地址[0，m+1]中随机选取一条指令并执行，该指令的地址为m′；④顺序执行一条指令，其地址为m′+1；⑤在后地址[m′+2，319]中随机选取一条指令并执行；⑥重复上述步骤①-⑤，直到执行320次指令。（2）将指令序列变换为页地址流设：①页面大小为1k；②用户内存容量为4页到32页；③用户虚存容量为32k。在用户虚存中，按每k存放10条指令排在虚存地址，即320条指令在虚存中的存放方式为：第0条-第9条指令为第0页（对应虚存地址为[0，9]）；第10条-第19条指令为第一页（对应虚存地址为[10，19]）；……第310条~第319条指令为第31页（对应虚地址为[310，319]）。按以上方式，用户指令可组成32页。（3）计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。①先进先出的算法（FIFO）；②最近最少使用算法（LRR)；③最佳淘汰算法（OPT）先淘汰最不常用的页地址；④最少访问页面算法（LFR）；⑤最近最不经常使用算法（NUR）。其中③和④为选择内容。命中率=1-页面失效次数/页地址流长度在本实验中，页地址流长度为320，页面失效次数为每次访问相应指令时，该指令所对应的页不在内存的次数。随机数产生办法，Linux或UNIX系统提供函数strand()和rand(),分别进行初始化和产生随机数。例如：strand();语句可初始化一个随机数；a[0]=10*rand()/65535*319+1;a[1]=10*rand()/65535*a[0];语句可用来产生a[0]与a[1]中的随机数。[实验内容]任务设计一个虚拟存储区和内存工作区,并使用下列算法计算访问命中率.（1）进先出的算法（FIFO）（2）最近最少使用的算法（LRU）（3）最佳淘汰算法(OPT)（4）最少访问页面算法(LFU)（5）最近最不经常使用算法(NUR)命中率=(1-页面失效次数)/页地址流长度程序设计〉本实验的程序设计基本上按照实验内容进行。即首先用srand()和rand()函数定义和产生指令序列，然后将指令序列变换成相应的页地址流，并针对不同的算法计算出相应的命中率。相关定义如下：1数据结构(1)页面类型typedefstruct{intpn,pfn,counter,time;}pl-type;其中pn为页号,pfn为面号,counter为一个周期内访问该页面的次数,time为访问时间.(2)页面控制结构pfc-struct{intpn,pfn;structpfc_struct*next;}typedefstructpfc_structpfc_type;pfc_typepfc_struct[total_vp],*freepf_head,*busypf_head;pfc_type*busypf_tail;其中pfc[total_vp]定义用户进程虚页控制结构,*freepf_head为空页面头的指针,*busypf_head为忙页面头的指针,*busypf_tail为忙页面尾的指针.2．函数定义（1）Voidinitialize():初始化函数,给每个相关的页面赋值.（2）VoidFIFO():计算使用FIFO算法时的命中率.（3）VoidLRU():计算使用LRU算法时的命中率.（4）VoidOPT():计算使用OPT算法时的命中率.（5）VoidLFU():计算使用LFU算法时的命中率.（6）VoidNUR():计算使用NUR算法时的命中率.3.变量定义(1)inta[total_instruction]:指令流数据组.(2)intpage[total_instruction]:每条指令所属的页号.(3)intoffset[total_instruction]:每页装入10条指令后取模运算页号偏移值.(4)inttotal_pf:用户进程的内存页面数.(5)intdisaffect:页面失效次数.4.程序参考源码及结果程序#includestdio.h#includestdlib.h#includeunistd.h#defineTRUE1#defineFALSE0#defineINVALID-1#defineNUL0#definetotal_instruction320/*指令流长*/#definetotal_vp32/*虚页长*/#defineclear_period50/*清零周期*/typedefstruct{/*页面结构*/intpn,pfn,counter,time;}pl_type;pl_typepl[total_vp];/*页面结构数组*/structpfc_struct{/*页面控制结构*/intpn,pfn;structpfc_struct*next;};typedefstructpfc_structpfc_type;pfc_typepfc[total_vp],*freepf_head,*busypf_head,*busypf_tail;intdiseffect,a[total_instruction];intpage[total_instruction],offset[total_instruction];voidinitialize();voidFIFO();voidLRU();voidOPT();voidLFU();voidNUR();intmain(){intS,i;srand((int)getpid());S=(int)rand()%390;for(i=0;itotal_instruction;i+=1)/*产生指令队列*/{a[i]=S;/*任选一指令访问点*/a[i+1]=a[i]+1;/*顺序执行一条指令*/a[i+2]=(int)rand()%390;/*执行前地址指令m’*/a[i+3]=a[i+2]+1;/*执行后地址指令*/S=(int)rand()%390;}for(i=0;itotal_instruction;i++)/*将指令序列变换成页地址流*/{page[i]=a[i]/10;offset[i]=a[i]%10;}for(i=4;i=32;i++)/*用户内存工作区从4个页面到32个页面*/{printf(%2dpageframes,i);FIFO(i);LRU(i);OPT(i);LFU(i);NUR(i);printf(\n);}return0;}voidFIFO(total_pf)/*FIFO(FirstinFirstout)ALGORITHM*/inttotal_pf;/*用户进程的内存页面数*/{inti;pfc_type*p,*t;initialize(total_pf);/*初始化相关页面控制用数据结构*/busypf_head=busypf_tail=NUL;/*忙页面队列头，对列尾链接*/for(i=0;itotal_instruction;i++){if(pl[page[i]].pfn==INVALID)/*页面失效*/{diseffect+=1;/*失效次数*/if(freepf_head==NUL)/*无空闲页面*/{p=busypf_head-next;pl[busypf_head-pn].pfn=INVALID;/*释放忙页面队列中的第一个页面*/freepf_head=busypf_head;freepf_head-next=NUL;busypf_head=p;}p=freepf_head-next;/*按方式调新页面入内存页面*/freepf_head-next=NUL;freepf_head-pn=page[i];pl[page[i]].pfn=freepf_head-pfn;if(busypf_tail==NUL)busypf_head=busypf_tail=freepf_head;else{busypf_tail-next=freepf_head;busypf_tail=freepf_head;}freepf_head=p;}}printf(FIFO:%6.4F,1-(float)diseffect/320);}voidLRU(total_pf)inttotal_pf;{intmin,minj,i,j,present_time;initialize(total_pf);present_time=0;for(i=0;itotal_instruction;i++){if(pl[page[i]].pfn==INVALID)/*页面失效*/{diseffect++;if(freepf_head==NUL)/*无空闲页面*/{min=32767;for(j=0;jtotal_vp;j++)if(minpl[j].time&&pl[j].pfn!=INVALID){min=pl[j].time;minj=j;}freepf_head=&pfc[pl[minj].pfn];pl[minj].pfn=INVALID;pl[minj].time=-1;freepf_head-next=NUL;}pl[page[i]].pfn=freepf_head-pfn;pl[page[i]].time=present_time;freepf_head=freepf_head-next;}elsepl[page[i]].time=present_time;present_time++;}printf(LRU:%6.4f,1-(float)diseffect/320);}voidNUR(total_pf)inttotal_pf;{inti,j,dp,cont_flag,old_dp;pfc_type*t;initialize(total_pf);dp=0;for(i=0;itotal_instruction;i++){if(pl[page[i]].pfn==INVALID)/*页面失效*/{diseffect++;if(freepf_head==NUL)/*无空闲页面*/{cont_flag=TRUE;old_dp=dp;while(cont_flag)if(pl[dp].counter==0&&pl[dp].pfn!=INVALID)cont_flag=FALSE;else{dp++;if(dp==total_vp)dp=0;if(dp==old_dp)for(j=0;jtotal_vp;j++)pl[j].counter=0;}freepf_head=&pfc[pl[dp].pfn];pl[dp].pfn=INVALID;freepf_head-next=NUL;}pl[page[i]].pfn=freepf_head-pfn;freepf_head=freepf_head-next;}elsepl[page[i]].counter=1;if(i%clear_period==0)for(j=0;jtotal_vp;j++)pl[j].counter=0;}printf(NUR:%6.4f,1-(float)diseffect/320);}voidOPT(total_pf)/*OPT(OptimalReplacement)ALGORITHM*/inttotal_pf;{inti,j,max,maxpage,d,dist[total_vp];pfc_type*t;initialize(total_pf);for(i=0;itotal_instruction;i++){if(pl[page[i]].pfn==INVALID){diseffect++;if(freepf_head==NUL){for