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操作系统实验4-请求分页存储管理模拟实验

实验四

请求分页存储管理模拟实验

一:实验目的

通过对页面、页表、地址转换和页面置换过程的模拟,加深对请求分页存储管理系统的原理和实现技术的理解。

二:实验内容

假设每个页面可以存放10条指令,分配给进程的存储块数为4。

用C语言或Pascal语言模拟一进程的执行过程。设该进程共有320条指令,地址空间为32个页面,运行前所有页面均没有调入内存。模拟运行时,如果所访问的指令已经在内存,则显示其物理地址,并转下一条指令;如果所访问的指令还未装入内存,则发生缺页,此时需要记录缺页产生次数,并将相应页面调入内存,如果4个内存块已满,则需要进行页面置换。最后显示其物理地址,并转下一条指令。在所有指令执行完毕后,显示进程运行过程中的缺页次数和缺页率。页面置换算法:分别采用OPT、FIFO、LRU三种算法。

进程中的指令访问次序按如下原则生成:

50%的指令是顺序执行的。

25%的指令是均匀分布在低地址部分。

25%的指令是均匀分布在高地址部分。

三:实验类别

分页存储管理

四:实验类型模拟实验

五:主要仪器计算机

六:结果

操作系统实验4-请求分页存储管理模拟实验

操作系统实验4-请求分页存储管理模拟实验

OPT:

操作系统实验4-请求分页存储管理模拟实验

操作系统实验4-请求分页存储管理模拟实验

LRU:

操作系统实验4-请求分页存储管理模拟实验

FIFO:

操作系统实验4-请求分页存储管理模拟实验

七:程序

# include

# include

# include

# define blocknum 4//页面尺寸大小

int m; //程序计数器,用来记录按次序执行的指令对应的页号static int num[320]; //用来存储320条指令

typedef struct BLOCK //声明一种新类型--物理块类型

{

int pagenum; //页号

int accessed; //访问量,其值表示多久未被访问

}BLOCK;

BLOCK block[blocknum]; //定义一大小为8的物理块数组

void init() //程序初始化函数,对block初始化

{

for(int i=0;i

{

block[i].pagenum=-1;

block[i].accessed=0;

m=0;

}

}

int pageExist(int curpage)//查找物理块中页面是否存在,寻找该页面curpage是否在内存块block 中,若在,返回块号

{

for(int i=0; i

{

if(block[i].pagenum == curpage )

return i; //在内存块block中,返回块号

}

return -1;

}

int findSpace()//查找是否有空闲物理块,寻找空闲块block,返回其块号

{

for(int i=0;i

{

if(block[i].pagenum==-1)

return i; //找到了空闲的block,返回块号

}

return -1;

}

int findReplace()//查找应予置换的页面

{

int pos = 0;

for(int i=0;i

{

if(block[i].accessed > block[pos].accessed)

pos = i; //找到应该置换页面,返回BLOCK中位置

}

return pos;

void display()//显示物理块中的页面号

{

for(int i=0; i

{

if(block[i].pagenum != -1)

{

printf(" %02d ",block[i].pagenum);

printf("%p |",&block[i].pagenum);

}

}

printf("\n");

}

void randam()//产生320条随机数,显示并存储到num[320]

{

int flag=0;

printf("请为一进程输入起始执行指令的序号(0~320):\n");

scanf("%d",&m);//用户决定的起始执行指令

printf("******进程中指令访问次序如下:(由随机数产生)*******\n");

for(int i=0;i<320;i++)

{//进程中的320条指令访问次序的生成

num[i]=m;//当前执行的指令数,

if(flag%2==0)

m=++m%320;//顺序执行下一条指令

if(flag==1)

m=rand()%(m-1);//通过随机数,跳转到低地址部分[0,m-1]的一条指令处,设其序号为m1

if(flag==3)

m=m+1+(rand()%(320-(m+1)));//通过随机数,跳转到高地址部分[m1+2,319]的一条指令处,设其序号为m2

flag=++flag%4;

printf(" %03d",num[i]);//输出格式:3位数

if((i+1)%10==0) //控制换行,每个页面可以存放10条指令,共32个页面

printf("\n");

}

}

void pagestring() //显示调用的页面序列,求出此进程按次序执行的各指令所在的页面号并显示输出

{

for(int i=0;i<320;i++)

{

printf(" %02d",num[i]/10);//输出格式:2位数

if((i+1)%10==0)//控制换行,每个页面可以存放10条指令,共32个页面printf("\n");

}

}

void OPT() //最佳替换算法

{

int n=0;//记录缺页次数

int exist,space,position;

int curpage;//当前指令的页面号

for(int i=0;i<320;i++)

{

m=num[i];

curpage=m/10;

exist=pageExist(curpage);

if(exist==-1)

{ //当前指令的页面号不在物理块中

space=findSpace();

if(space != -1)

{ //当前存在空闲的物理块

block[space].pagenum = curpage; //将此页面调入内存

display();//显示物理块中的页面号

n++;//缺页次数+1

}

else

{ //当前不存在空闲的物理块,需要进行页面置换

for(int k=0;k

{

for(int j=i;j<320;j++)

{//找到在最长(未来)时间内不再被访问的页面

if(block[k].pagenum!= num[j]/10)

{

block[k].accessed = 1000;

} //将来不会被访问,设置为一个很大数

else

{ //将来会被访问,访问量设为j

block[k].accessed = j;

break;

}

}

}

position = findReplace();//找到被置换的页面,淘汰

block[position].pagenum = curpage;// 将新页面调入

display();

n++; //缺页次数+1

}

}

}

printf("缺页次数:%d\n",n);

printf("缺页率:%f%%\n",(n/320.0)*100);

}

void LRU() //最近最久未使用算法

{

int n=0;//记录缺页次数

int exist,space,position ;

int curpage;//当前指令的页面号

for(int i=0;i<320;i++)

{

m=num[i];

curpage=m/10;

exist = pageExist(curpage);

if(exist==-1)

{ //当前指令的页面号不在物理块中

space = findSpace();

if(space != -1)

{ //当前存在空闲的物理块

block[space].pagenum = curpage; //将此页面调入内存

display();//显示物理块中的页面号

n++;//缺页次数+1

}

else

{ //当前不存在空闲的物理块,需要进行页面置换

position = findReplace();

block[position].pagenum = curpage;

display();

n++; //缺页次数+1

}

}

else

block[exist].accessed = -1;//恢复存在的并刚访问过的BLOCK中页面accessed为-1 for(int j=0; j

{//其余的accessed++

block[j].accessed++;

}

}

printf("缺页次数:%d\n",n);

printf("缺页率:%f%%\n",(n/320.0)*100);

}

void FIFO()

{

int n=0;//记录缺页次数

int exist,space,position ;

int curpage;//当前指令的页面号

int blockpointer=-1;

for(int i=0;i<320;i++)

{

m=num[i];

curpage=m/10;

exist = pageExist(curpage);

if(exist==-1)

{ //当前指令的页面号不在物理块中

space = findSpace();

if(space != -1)

{ //当前存在空闲的物理块

blockpointer++;

block[space].pagenum=curpage; //将此页面调入内存

n++;//缺页次数+1

display();//显示物理块中的页面号

}

else

{ // 没有空闲物理块,进行置换

position = (++blockpointer)%4;

block[position].pagenum = curpage; //将此页面调入内存

n++;

display();

}

}

}

printf("缺页次数:%d\n",n);

printf("缺页率:%f%%\n",(n/320.0)*100);

}

void main()

{

int choice;

printf("************请求分页存储管理模拟系统*************\n");

randam();

printf("************此进程的页面调用序列如下**************\n");

pagestring();

while(choice != 4)

{

printf("********1:OPT 2:LRU 3:FIFO 4:退出*********\n");

printf("请选择一种页面置换算法:");

scanf("%d",&choice);

init();

switch(choice)

{

case 1:

printf("最佳置换算法OPT:\n");

printf("页面号物理地址页面号物理地址页面号物理地址页面号物理地址\n");

OPT();

break;

case 2:

printf("最近最久未使用置换算法LRU:\n");

printf("页面号物理地址页面号物理地址页面号物理地址页面号物理地址\n");

LRU();

break;

case 3:

printf("先进先出置换算法FIFO:\n");

printf("页面号物理地址页面号物理地址页面号物理地址页面号物理地址\n");

FIFO();

break;

}

}

}