山东大学操作系统实验七内存页面置换算法问题
计算机科学与技术学院操作系统实验报告
实验题目：内存页面置换算法问题
假请在以上示例实验程序中补充“增强二次机会”等置换算法的模拟程序。输入不同的内存页面引用串和实存帧数,观察并分析其页面置换效果和性能,并将其与 LRU 和FIFO 算法进行比较。改进以上示例实验程序,使之能够随机的产生内存页面引用串,以便能动态的观测各种置换算法的性能。
实验目的：
加深对于存储管理的了解,掌握虚拟存储器的实现原理;观察和了解重要的页面置换算法和置换过程。练习模拟算法的编程技巧,锻炼分析试验数据的能力。
硬件环境：
Inter(R)Core(TM)i5-3210M CPU @ 2.50GHz 内存：4GB 硬盘：500G
软件环境：
XUbuntu－Linux 操作系统
Gnome 桌面 2.18.3
BASH_VERSION='3.2.33(1)-release
gcc version 4.1.2
gedit 2.18.2
OpenOffice 2.3
实验步骤：
1、问题分析:
示例实验程序中模拟两种置换算法:LRU 算法和 FIFO 算法
能对两种算法给定任意序列不同的页面引用串和任意帧实内存块数的组合测试,显示页置换的过程。
能统计和报告不同置换算法情况下依次淘汰的页号、缺页次数(页错误数)和缺页率。比较两种置换算法在给定条件下的优劣。
为了能方便的扩充页面置换算法,更好的描述置换过程,示例实验程序采用了 C++语言用 Replace 类描述了置换算法及其属性。
2、算法设计说明如下：
1.二次机会算法描述(Clock):将帧表设置为循环表,由RefBit数组记录某一页是否被引用(0表示未被引用,1表示被引用)。当访问一页时,首先从帧表中检查此页是否在实存,若在将其引用位设置为1;若不在,在循环帧表中循序查找,若某页引用位为1,则将其设置为0，然后继续查找；若某页引用位为0，将其替换。若查找一圈，没有替换页（所有引用位均为1），则将全部引用位设置为0。
2.增强的二次机会算法（Eclock）：将帧表设置为循环表，由RefBit 数组记录某页是否被引用,ModBit数组记录某页是否被修改。当访问一页时,首先从帧表中检查此页是否在实存,若在将引用位设置为1,并根据输入修改修改位;若不在,第一次在帧表中查找是否有属性为(0,0)的页,若有则将其替换,并修改引用位和修改位;若没有这种页,第二次查找是否有属性为(0,1)或(1,0)的页,若有将其替换,并修改引用位和修改位;若没有这种页,将所有引用位置为0,重复第二次查找操作。
3.最少使用页替换算法(Lfu):设置accout数组记录帧表中每一页被引用次数。当访问一页时,首先从帧表中检查此页是否在实存,若在将其计数加1;若不在,查找计数最小的页将其替换,并将当前页的计数
置为1;
4.最多使用页替换算法(Mfu):设置accout数组记录帧表中每一页被引用次数。当访问一页时,首先从帧表中检查此页是否在实存,若在将其计数加1;若不在,查找计数最大的页将其替换,并将当前页的计数置为1;
3、开发调试过程：
在shell命令行下运行make vmrp
g++ -w -g -c https://www.wendangku.net/doc/f015326024.html,
g++ vmrp.o -o vmrp
$ ./vmrp
Please input page numbers :12
Please input reference page string :1 2 3 4 1 2 5 1 2 3 4 5 Please input page frames :3
运行截图如下：
附件：
vmrp.h
#include
#include
#include
using namespace std;
class Replace{
public:
Replace();
~Replace();
void InitSpace(char * MethodName); //初始化页号记录void Report(void); // 报告算法执行情况
void Fifo(void); //先进先出算法
void Lru(void); //最近最旧未用算法
void Clock(void); //时钟(二次机会）置换算法void Eclock(void); //增强二次机会置换算法void Lfu(void); //最不经常使用置换算法
void Mfu(void); //最经常使用置换算法private:
int * ReferencePage ; //存放要访问到的页号
int * EliminatePage ; //存放淘汰页号
int * PageFrames ; //存放当前正在实存中的页号int PageNumber; //访问页数
int FrameNumber; //实存帧数
int FaultNumber; //失败页数
int * Referencebit;
int * count;
int * Modifybit;
};
//vmrp.c
#include "vmrp.h"
Replace::Replace(){
int i;
cout << "Please input page numbers :" ;
cin >> PageNumber;
ReferencePage = new int[sizeof(int) * PageNumber]; EliminatePage = new int[sizeof(int) * PageNumber]; cout << "Please input reference page string :";
for (i = 0; i < PageNumber; i++)
cin >> ReferencePage[i];
cout << "Please input page frames :";
cin >> FrameNumber;
PageFrames = new int[sizeof(int) * FrameNumber]; Referencebit=new int[sizeof(int) * FrameNumber]; count=new int[sizeof(int)*FrameNumber]; Modifybit=new int[sizeof(int)*FrameNumber];
}
Replace::~Replace(){
}
void Replace::InitSpace(char * MethodName) {
int i;
cout << endl << MethodName << endl;
FaultNumber=0;
//引用还未开始,-1表示无引用页
for (i = 0; i < PageNumber; i++)
EliminatePage[i] = -1;
for(i = 0; i < FrameNumber; i++){
PageFrames[i] = -1;
Referencebit[i]=0;
count[i]=0;
Modifybit[i]=0;
}
}
//分析统计选择的算法对于当前输入的页面走向的性能void Replace::Report(void){
//报告淘汰页顺序
cout << endl << "Eliminate page:";
for(int i=0; EliminatePage[i]!=-1; i++) cout << EliminatePage[i] << " ";
//报告缺页数和缺页率
cout << endl << "Number of page faults = " << FaultNumber << endl;
cout << setw(6) << setprecision(3) ;
cout << "Rate of page faults = " << 100*(float)FaultNumber/(float)PageNumber << "%"< } //最近最旧未用置换算法 void Replace::Lru(void) { int i,j,k,l,next; InitSpace("LRU"); //循环装入引用页 for(k=0,l=0; k < PageNumber; k++){ next=ReferencePage[k]; //检测引用页当前是否已在实存 for (i=0; i if(next == PageFrames[i]){ //引用页已在实存将其调整到页记录栈顶 next= PageFrames[i]; for(j=i;j>0;j--) PageFrames[j] = PageFrames[j-1]; PageFrames[0]=next; break; } } if(PageFrames[0] == next){ //如果引用页已放栈顶，则为不缺页，报告当前内存页号for(j=0; j if(PageFrames[j]>=0) cout << PageFrames[j] << " "; cout << endl; continue; //继续装入下一页 } else // 如果引用页还未放栈顶，则为缺页，缺页数加1 FaultNumber++; //栈底页号记入淘汰页数组中 EliminatePage[l] = PageFrames[FrameNumber-1]; //向下压栈 for(j=FrameNumber-1;j>0;j--) PageFrames[j]= PageFrames[j-1]; PageFrames[0]=next; //引用页放栈顶 //报告当前实存中页号 for(j=0; j if(PageFrames[j]>=0) cout << PageFrames[j] << " "; //报告当前淘汰的页号 if(EliminatePage[l]>=0) cout << "->" << EliminatePage[l++] << endl; else cout << endl; } //分析统计选择的算法对于当前引用的页面走向的性能Report(); } //先进先出置换算法 void Replace::Fifo(void){ int i,j,k,l,next; InitSpace("FIFO"); for(k=0,j=l=0; k < PageNumber; k++){ next=ReferencePage[k]; for (i=0; i if (i for(i=0; i cout << endl; continue; } FaultNumber++; EliminatePage[l]= PageFrames[j]; PageFrames[j]=next; j = (j+1)%FrameNumber; for(i=0; i if(PageFrames[i]>=0) cout << PageFrames[i] << " "; if(EliminatePage[l]>=0) cout << "->" << EliminatePage[l++] << endl; else cout << endl; } Report(); } void Replace::Clock(void) { int j,i,k,l,next; InitSpace("Clock"); for(k=0,j=l=0; k < PageNumber; k++){ next=ReferencePage[k]; for (i=0; i if(next==PageFrames[i]){ Referencebit[i]=1; break; } if (i for(i=0; i cout << endl; continue; } if(Referencebit[j]==1){ Referencebit[j]==0; } EliminatePage[l]=PageFrames[j]; 目录 1．问题的提出 (2) 1.1关于页面置换算法模拟程序问题的产生 (2) 1.2任务分析 (2) 2．需求分析 (2) 3．方案设计 (3) 4．总体设计 (4) 4.1程序N-S图 (4) 4.2主要的函数 (4) 4.3主要流程图及代码 (5) 4.3.1 FIFO（先进先出） (5) 4.3.2 LRU（最近最久未使用） (6) 4.3.3 OPT（最佳置换算法） (8) 4.4实现结果 (11) 5．程序测试 (14) 5.1设计测试数据 (14) 5.2测试结果及分析 (15) 摘要 随着计算机的普及人们的物质生活得到了极大的满足，人们在精神生活方面同样也需要 提高，所以越来越多的人进行着各种各样的学习。操作系统是计算机教学中最重要的环节之一，也是计算机专业学生的一门重要的专业课程。操作系统质量的好坏，直接影响整个计算机系统的性能和用户对计算机的使用。一个精心设计的操作系统能极大地扩充计算机系统的功能，充分发挥系统中各种设备的使用效率，提高系统工作的可靠性。由于操作系统涉及计算机系统中各种软硬件资源的管理，内容比较繁琐，具有很强的实践性。要学好这门课程，必须把理论与实践紧密结合，才能取得较好的学习效果. 本课程设计是学生学习完《操作系统教程》课程后，进行的一次全面的综合训练，通过课程设计，让学生更好地掌握操作系统的原理及实现方法,加深对操作系统基础理论和重要算法的理解，加强学生的动手能力。 熟悉页面置换算法及其实现，引入计算机系统性能评价方法的概念。 关键词：编制页面置换算法模拟程序、打印页面、FIFO页面算法、LRU页面置换算法、OPT页面置换算法。 操作系统课程设计-页面置换算法C语言 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： 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 一、实验目的 通过模拟实现请求页式存储管理的几种基本页面置换算法，了解虚拟存储技术的特点，掌握虚拟存储请求页式存储管理中几种基本页面置换算法的基本思想和实现过程，并比较它们的效率。 二、实验内容 基于一个虚拟存储区和内存工作区，设计下述算法并计算访问命中率。 1、最佳淘汰算法（OPT） 2、先进先出的算法（FIFO） 3、最近最久未使用算法（LRU） 4、简单时钟(钟表)算法（CLOCK） 命中率＝１－页面失效次数／页地址流(序列)长度 三、实验原理 UNIX中，为了提高内存利用率，提供了内外存进程对换机制；内存空间的分配和回收均以页为单位进行；一个进程只需将其一部分（段或页）调入内存便可运行；还支持请求调页的存储管理方式。 当进程在运行中需要访问某部分程序和数据时，发现其所在页面不在内存，就立即提出请求（向CPU发出缺中断），由系统将其所需页面调入内存。这种页面调入方式叫请求调页。为实现请求调页，核心配置了四种数据结构：页表、页帧（框）号、访问位、修改位、有效位、保护位等。 当CPU接收到缺页中断信号，中断处理程序先保存现场，分析中断原因，转入缺页中断处理程序。该程序通过查找页表，得到该页所在外存的物理块号。如果此时内存未满，能容纳新页，则启动磁盘I/O将所缺之页调入内存，然后修改页表。如果内存已满，则须按某种置换算法从内存中选出一页准备换出，是否重新写盘由页表的修改位决定，然后将缺页调入，修改页表。利用修改后的页表，去形成所要访问数据的物理地址，再去访问内存数据。整个页面的调入过程对用户是透明的。 四、算法描述 本实验的程序设计基本上按照实验内容进行。即使用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。 （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：A：50%的指令是顺序执行的 B：25%的指令是均匀分布在前地址部分 C：25%的指令是均匀分布在后地址部分 具体的实施方法是： A：在[0，319]的指令地址之间随机选取一起点m B：顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令 C：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’ D：顺序执行一条指令，其地址为m’+1 实验五. 请求页式存储管理的模拟 [实验内容]: 熟悉虚拟存储管理的各种页面置换算法，并编写模拟程序实现请求页式存储管理的页面置换算法----最近最久未使用算法（LRU），要求在每次产生置换时显示页面分配状态和缺页率。 [实验要求]： 1、运行给出的实验程序，查看执行情况，进而分析算法的执行过程，在理解FIFO页面置换算法和最近最久未使 用算法（LRU）置换算法后，给出最佳置换算法的模拟程序实现，并集成到参考程序中。 2、执行2个页面置换模拟程序，分析缺页率的情况。最好页框数和访问序列长度可调节，在使用同一组访问序 列数据的情况下，改变页框数并执行2个页面置换模拟程序，查看缺页率的变化。 3、在每次产生置换时要求显示分配状态和缺页率。程序的地址访问序列通过随机数产生，要求具有足够的长度。 最好页框数和访问序列长度可调节。 实验的执行结果如下图所示（左下图为FIFO执行结果，右下图为LRU执行结果）： 程序源代码： #include 淮海工学院计算机工程学院实验报告书 课程名：《操作系统原理A 》 题目：虚拟存储器管理 页面置换算法模拟实验 班级：软件*** 学号：20**1228** 姓名：**** 一、实验目的与要求 1.目的： 请求页式虚存管理是常用的虚拟存储管理方案之一。通过请求页式虚存管理中对页面置换算法的模拟，有助于理解虚拟存储技术的特点，并加深对请求页式虚存管理的页面调度算法的理解。 2.要求： 本实验要求使用C语言编程模拟一个拥有若干个虚页的进程在给定的若干个实页中运行、并在缺页中断发生时分别使用FIFO和LRU算法进行页面置换的情形。其中虚页的个数可以事先给定（例如10个），对这些虚页访问的页地址流（其长度可以事先给定，例如20次虚页访问）可以由程序随机产生，也可以事先保存在文件中。要求程序运行时屏幕能显示出置换过程中的状态信息并输出访问结束时的页面命中率。程序应允许通过为该进程分配不同的实页数，来比较两种置换算法的稳定性。 二、实验说明 1．设计中虚页和实页的表示 本设计利用C语言的结构体来描述虚页和实页的结构。 在虚页结构中，pn代表虚页号，因为共10个虚页，所以pn的取值范围是0—9。pfn代表实页号，当一虚页未装入实页时，此项值为-1；当该虚页已装入某一实页时，此项值为所装入的实页的实页号pfn。time项在FIFO算法中不使用，在LRU中用来存放对该虚页的最近访问时间。 在实页结构中中，pn代表虚页号，表示pn所代表的虚页目前正放在此实页中。pfn代表实页号，取值范围（0—n-1）由动态指派的实页数n所决定。next是一个指向实页结构体的指针，用于多个实页以链表形式组织起来，关于实页链表的组织详见下面第4点。 2．关于缺页次数的统计 为计算命中率，需要统计在20次的虚页访问中命中的次数。为此，程序应设置一个计数器count，来统计虚页命中发生的次数。每当所访问的虚页的pfn项值不为-1，表示此虚页已被装入某实页内， 此虚页被命中，count加1。最终命中率=count/20*100%。 3．LRU算法中“最近最久未用”页面的确定 为了能找到“最近最久未用”的虚页面，程序中可引入一个时间计数器countime，每当要访问 一个虚页面时，countime的值加1，然后将所要访问的虚页的time项值设置为增值后的当前 实验4 页面置换算法（2学时） 一、实验目的 通过实验加强对虚拟存储管理中页面置换算法的理解和掌握。 二、实验内容 编写程序实现虚拟存储管理中OPT,FIFO,LRU页面置换算法。 三、实验要求 1、任意给出一组页面访问顺序（如页面走向是1、 2、5、7、5、7、1、4、 3、5、6、 4、3、2、1、 5、2）。 2、分配给该作业一定的物理块（如3块、4块等）。 3、利用OPT,FIFO,LRU页面置换算法模拟页面置换过程并计算其缺页率。 4、每访问一个页面均需给出内存中的内容（内存中的页面号），若有淘汰还需给出淘汰的页面号。 5、通过给出特殊的页面访问顺序，分配不同的物理块，利用FIFO 算法计算其缺页率，进一步理解Belady现象。 6、（附加）实现CLOCK置换算法，修改位可在确定页面号时直接任意给出。 代码部分： #include int v; int i; int a; srand(time(NULL)); for(i=0; i 实验四页面置换算法模拟（2）一．题目要求： 设计一个虚拟存储区和内存工作区，编程序演示下述算法的具体实现过程，并计算访问命中率： 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．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： 常用的页面置换算法有OPT、FIFO、LRU、Clock、LFU、PBA等。 操作系统课程设计报告题目：页面置换算法模拟程序 学院名称: 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 成绩： 目录 一、设计目的 (3) 二、设计题目 (3) 2.1设计内容 (3) 2.2设计要求 (3) 三、设计过程 (4) 3.1 FIFO（先进先出） (4) 3.2 LRU（最近最久未使用） (5) 3.3 OPT（最佳置换算法） (6) 3.4 随机数发生器 (7) 四、完整代码 (7) 五、运行结果演示 (13) 六、设计心得 (16) 七、参考文献 (16) 操作系统是计算机教学中最重要的环节之一，也是计算机专业学生的一门重要的专业课程。操作系统质量的好坏，直接影响整个计算机系统的性能和用户对计算机的使用。一个精心设计的操作系统能极大地扩充计算机系统的功能，充分发挥系统中各种设备的使用效率，提高系统工作的可靠性。由于操作系统涉及计算机系统中各种软硬件资源的管理，内容比较繁琐，具有很强的实践性。要学好这门课程，必须把理论与实践紧密结合，才能取得较好的学习效果。 本课程设计是学生学习完《计算机操作系统》课程后，进行的一次全面的综合训练，通过课程设计，让学生更好地掌握操作系统的原理及实现方法,加深对操作系统基础理论和重要算法的理解，加强学生的动手能力。 熟悉页面置换算法及其实现，引入计算机系统性能评价方法的概念。 二、设计题目：页面置换算法模拟程序 2.1设计内容 编制页面置换算法的模拟程序。 2.2设计要求 1).用随机数方法产生页面走向，页面走向长度为L(15<=L<=20),L由控制台输入。 2).根据页面走向，分别采用Optinal、FIFO、LRU算法进行页面置换，统计缺页率。 3).假定可用内存块为m(3<=m<=5)，m由控制台输入，初始时，作业页面都不在内存。 4).要求写出一份详细的设计报告。课程设计报告内容包括：设计目的、设计内容、设计原理、算法实现、流程图、源程序、运行示例及结果分析、心得体会、参考资料等。 广东海洋大学学生实验报告书（学生用表） 实验名称LRI?页而之后算法模拟课程名称操作系统课程号_______________ 学院（系）_______________________ 专业__________________ 班级 ____________________ 学生姓名_______ 学号 _________ 实验地点_________________ 实验日期 ________________ LRU页面置换算法模拟 一.实验目的 （1）掌握页式管理基本原理 （2）掌握LRU页而宜换算法 二.实验内容 （1）按照最近最久未使用页而置换算法（LRU）设计页而置换模拟程序。 （2）对于给左的页面访问序列，输出其访问过程中的页而置换序列，并记录缺页次数。 （3）输出内容参考 三.相关数据结构 （1）页表结构数组 （2）页而访问序列数组：保存进程执行过程中的页而访问序列* （3）寄存器数组：每个物理块对应一个16bit的寄存器。 （4）物理块分配表（bool数组）：标识每个物理块是否已经分配 四.实现流程 （1）主线程：实现页面访问过程中的物理块分配和页而置换（假设每间隔80ms访问一个页面）。 （2）寄存器周期性移位线程：周期性（每隔100ms）将所有寄存器右移一位。 （3）主线程参考流程图： 绅水丿 详细代码： import java.io.BufferedReader； import java.io.InputStreamReader； public class LRU { int blockCount; int seriaCount； 实验5 页面置换算法 一、实验题目：页面置换算法（请求分页） 二、实验目的： 进一步理解父子进程之间的关系。 1）理解内存页面调度的机理。 2）掌握页面置换算法的实现方法。 3）通过实验比较不同调度算法的优劣。 4）培养综合运用所学知识的能力。 页面置换算法是虚拟存储管理实现的关键，通过本次试验理解内存页面调度的机制，在模拟实现FIFO、LRU等经典页面置换算法的基础上，比较各种置换算法的效率及优缺点，从而了解虚拟存储实现的过程。将不同的置换算法放在不同的子进程中加以模拟，培养综合运用所学知识的能力。 三、实验内容及要求 这是一个综合型实验，要求在掌握父子进程并发执行机制和内存页面置换算法的基础上，能综合运用这两方面的知识，自行编制程序。 程序涉及一个父进程和两个子进程。父进程使用rand()函数随机产生若干随机数，经过处理后，存于一数组Acess_Series[]中，作为内存页面访问的序列。两个子进程根据这个访问序列，分别采用FIFO和LRU两种不同的页面置换算法对内存页面进行调度。要求： 1）每个子进程应能反映出页面置换的过程，并统计页面置换算法的命中或缺页情况。 设缺页的次数为diseffect。总的页面访问次数为total_instruction。 缺页率= disaffect/total_instruction 命中率= 1- disaffect/total_instruction 2）将为进程分配的内存页面数mframe 作为程序的参数，通过多次运行程序，说明FIFO算法存在的Belady现象。 四、程序流程图 开始 创建子进程1 创建子进程2 结束 实验七存储管理---------常用页面置换算法模拟实验 实验目的 通过模拟实现请求页式存储管理的几种基本页面置换算法，了解虚拟存储技术的特点，掌握虚拟存储请求页式存储管理中几种基本页面置换算法的基本思想和实现过程，并比较它们的效率。 实验内容 设计一个虚拟存储区和内存工作区，并使用下述算法计算访问命中率。 1、最佳淘汰算法（OPT） 2、先进先出的算法（FIFO） 3、最近最久未使用算法（LRU） 4、最不经常使用算法（LFU） 5、最近未使用算法（NUR） 命中率＝１－页面失效次数／页地址流长度 实验准备 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。（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： A：50%的指令是顺序执行的 B：25%的指令是均匀分布在前地址部分 C：25%的指令是均匀分布在后地址部分 具体的实施方法是： A：在[0，319]的指令地址之间随机选取一起点m B：顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令 C：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’ D：顺序执行一条指令，其地址为m’+1 E：在后地址[m’+2，319]中随机选取一条指令并执行 F：重复步骤A-E，直到320次指令 （2）将指令序列变换为页地址流 设：页面大小为1K； 用户内存容量4页到32页； 用户虚存容量为32K。 在用户虚存中，按每K存放10条指令排列虚存地址，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1页（对应虚存地址为[10，19]） ……………………………… 第310条-第319条指令为第31页（对应虚存地址为[310，319]） 按以上方式，用户指令可组成32页。 实验指导 一、虚拟存储系统 UNIX中，为了提高内存利用率，提供了内外存进程对换机制；内存空间的分配和回收均以 操作系统课程实验报告 断。当发生缺页中断时操作系统必须在内存选择一个页面将其移出内存，以便为即将调入的页面让出空间。而用来选择淘汰哪一页的规则叫做页面置换算法。最简单的页面置换算法是先入先出（FIFO）法。 2、算法流程图 3、步骤说明 （1）初始化 void init(){//初始化 int i; for (i = 0; i < page_frame_number; i++){ page_table[i].page_id = -1; page_table[i].load_time = -1; page_table[i].last_visit_time = -1; } } （2）选择算法，输入插入页面号。进入判断函数 int judge(){//判断页框是否满，或者页框里面是否已存在页面 int i; for (i = 0; i < page_frame_number; i++){ if (page_table[i].page_id == -1 || page_table[i].page_id == page_id) return i; } return -2; } 之后根据返回数的不同决定了不同类型 返回-2则说明页框满且页框里面没有存在要插入的页面。 返回-1则说明页框未满 返回其它数则说明页框里存在相同的页面 （3）//当没有空页框，并且页面本身也没有存在，则执行一下代码 qsort(page_table, page_frame_number, sizeof(struct Page_table), cmp);//按照装入时间从小到大排序 page_table[0].page_id = page_id; page_table[0].load_time = counter; page_table[0].last_visit_time = counter; page_interrupt_number++; 将页框号为0的页面置换成最新插入的页面。 int cmp(const void *p, const void *q){//按照装入时间从小到大排序 int c = (*(struct Page_table*)p).load_time - (*(struct Page_table*)q).load_time; if (c > 0) return 1; else return -1; } 排序函数，将页面按装入时间从小到大排序 （4）//如果页面未满，则将页面替换在空页框里 if (page_table[j].page_id == -1){ page_table[j].page_id = page_id; page_table[j].load_time = counter; page_table[j].last_visit_time = counter; page_interrupt_number++; 则将页面替换在页框号最小的空页框里 （5）//如果页面本身存在页框中，则执行一下代码 page_table[j].last_visit_time = counter; 则更新页面的最近访问时间 （6）qsort(page_table, page_frame_number, sizeof(struct Page_table), cmp3);//按照装入时间从小到大排序 print(2); 打印出页表详细信息 printf("页表信息：\n页号页框号装入时间最近访问时间\n"); for (j = 0; j < page_frame_number; j++){ printf("%4d%8d%7d%7d\n", page_table[j].page_id, j, page_table[j].load_time, 页面置换算法的演示 一．实验要求： 设计一个虚拟存储区和内存工作区，编程序演示下述算法的具体实现过程，并计算访问命中率： 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．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： 常用的页面置换算法有OPT、FIFO、LRU、Clock、LFU、PBA等。 实验报告三 ——内存页面置换算法的设计 姓名：田玉祥 班级：计算机科学与技术专业一班 一、实验内容 ·实现最近最久未使用（LRU）置换算法 二、实验目的 ?LINUX中，为了提高内存利用率，提供了内外存进程对换机制，内存空间的分配和回收均以页为单位进行，一个进程只需将其 一部分调入内存便可运行，还支持请求调页的存储管理方式。 ?本实习要求学生通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的特点，掌握请求页式存储管理的页面 置换算法。 三、实验题目 1. 最近最久未使用（LRU）置换算法原理就是：当需要淘汰某页 面时，选择当前一段时间内最久未使用过的页先淘汰，即淘汰距当前最远的上次使用的页。 ?例如: 分配给该进程的页块数为3，一个20位长的页面访问序列为:12560,36536,56042,70435， 则缺页次数和缺页率按下图给出: 假定分配给该进程的页块数为3，页面访问序列长度为20。本实验可以采用数组结构实现，首先随机产生页面序列，当发生请求调页时，若内存已满，则需要利用LRU算法，将当前一段时间内最久未使用过的页替换出去。 程序实现想法： 用一个数组a[n]来存放所有需要访问的页，用一个数组b[3]来存放页表，用数组c[3]来存放页表每一页的权值，就是最近最少使用的度，度越高则使用率越小，用n次循环，每次a[i]进行判断时先判断有没有空格，再判断a[i]是否已经在页表中，此时注意要将权值归1，若都没有这些情况，则用函数int MAX(int a,int b,int c) 找到权值最大的，进行替换，并将其他页的权值加1. 实验代码： //LRU算法，最近最少使用的页替换算法 #include 淮海工学院计算机科学系实验报告书 课程名：《操作系统原理A 》 题目：虚拟存储器管理 页面置换算法模拟实验 班级： 学号： 姓名： 一、实验目的与要求 1.目的： 请求页式虚存管理是常用的虚拟存储管理方案之一。通过请求页式虚存管理中对页面置换算法的模拟，有助于理解虚拟存储技术的特点，并加深对请求页式虚存管理的页面调度算法的理解。 2.要求： 本实验要求使用C语言编程模拟一个拥有若干个虚页的进程在给定的若干个实页中运行、并在缺页中断发生时分别使用FIFO和LRU算法进行页面置换的情形。其中虚页的个数可以事先给定（例如10个），对这些虚页访问的页地址流（其长度可以事先给定，例如20次虚页访问）可以由程序随机产生，也可以事先保存在文件中。要求程序运行时屏幕能显示出置换过程中的状态信息并输出访问结束时的页面命中率。程序应允许通过为该进程分配不同的实页数，来比较两种置换算法的稳定性。 二、实验说明 1．设计中虚页和实页的表示 本设计利用C语言的结构体来描述虚页和实页的结构。 在虚页结构中，pn代表虚页号，因为共10个虚页，所以pn的取值范围是0—9。pfn代表实页号，当一虚页未装入实页时，此项值为-1；当该虚页已装入某一实页时，此项值为所装入的实页的实页号pfn。time项在FIFO算法中不使用，在LRU中用来存放对该虚页的最近访问时间。 在实页结构中中，pn代表虚页号，表示pn所代表的虚页目前正放在此实页中。pfn代表实页号，取值范围（0—n-1）由动态指派的实页数n所决定。next是一个指向实页结构体的指针，用于多个实页以链表形式组织起来，关于实页链表的组织详见下面第4点。 2．关于缺页次数的统计 为计算命中率，需要统计在20次的虚页访问中命中的次数。为此，程序应设置一个计数器count，来统计虚页命中发生的次数。每当所访问的虚页的pfn项值不为-1，表示此虚页已被装入某实页内， 此虚页被命中，count加1。最终命中率=count/20*100%。 3．LRU算法中“最近最久未用”页面的确定 为了能找到“最近最久未用”的虚页面，程序中可引入一个时间计数器countime，每当要访问 一个虚页面时，countime的值加1，然后将所要访问的虚页的time项值设置为增值后的当前 页面置换算法实验报告 一、实验目的： 设计和实现最佳置换算法、随机置换算法、先进先出置换算法、最近最久未使用置换算法、简单Clock置换算法及改进型Clock置换算法；通过支持页面访问序列随机发生实现有关算法的测试及性能比较。 二、实验内容： ●虚拟内存页面总数为N，页号从0到N-1 ●物理内存由M个物理块组成 ●页面访问序列串是一个整数序列，整数的取值范围为0到N - 1。页面访问序 列串中的每个元素p表示对页面p的一次访问 ●页表用整数数组或结构数组来表示 ?符合局部访问特性的随机生成算法 1.确定虚拟内存的尺寸N，工作集的起始位置p，工作集中包含的页 数e，工作集移动率m（每处理m个页面访问则将起始位置p +1）， 以及一个范围在0和1之间的值t； 2.生成m个取值范围在p和p + e间的随机数，并记录到页面访问序 列串中； 3.生成一个随机数r，0 ≤r ≤1； 4.如果r < t，则为p生成一个新值，否则p = (p + 1) mod N； 5.如果想继续加大页面访问序列串的长度，请返回第2步，否则结束。 三、实验环境： 操作系统：Windows 7 软件：VC++6.0 四、实验设计： 本实验包含六种算法，基本内容相差不太，在实现方面并没有用统一的数据结构实现，而是根据不同算法的特点用不同的数据结构来实现： 1、最佳置换和随机置换所需操作不多，用整数数组模拟内存实现； 2、先进先出置换和最近最久未使用置换具有队列的特性，故用队列模拟内 存来实现； 3、CLOCK置换和改进的CLOCK置换具有循环队列的特性，故用循环队 列模拟内存实现； 4、所有算法都是采用整数数组来模拟页面访问序列。 摘要 在lｉnｕｘ中,为了提高内存利用率,提供了内外存进程对换机制,内存空间的分配和回收均以页为单位进行，一个进程只需要将其一部分调入内存便可运行；当操作系统发生缺页中断时，必须在内存选择一个页面将其移出内存,以便为即将调入的页面让出空间。因而引入一种用来选择淘汰哪一页的算法——页面置换算法。页面置换算法是操作系统中虚拟存储管理的一个重要部分。页面置换算法在具有层次结构存储器的计算机中,为用户提供一个比主存储器容量大得多的可随机访问的地。常见的页面置换算法有先来先服务算法(FIFO)，最近最久未使用算法(LＲＵ)和最佳适应算法(OＰT）。 关键字:操作系统；FIFＯ；LＲＵ；OPT；Linux 目录 1 绪论?１ 1．1设计任务 (1) １.2设计思想?1 1.3设计特点?1 1．４基础知识 (2) １．4.1 先进先出置换算法(FIFO)?2 1.4.2最近最久未使用算法（LRU) (3) １.4.３最佳置换算法(OPT) (3) 2 各模块伪代码算法?4 2.1伪代码概念?4 2.２伪代码算法 (4) 2.2.１主函数伪代码算法.............................................. 错误!未定义书签。 ２.２.2延迟时间函数伪代码算法?6 2.2．3 FＩFO算法的伪代码?７ ２.2.4LRU算法的伪代码 (7) 10 2．2.5 OPＴ算法的伪代码? 3 函数调用关系图................................................................................................... １2 3．1函数声明?１2 3.1.１主要算法函数...................................................... 错误!未定义书签。 实验二存储管理 一、实验目的 通过模拟实现请求页式存储管理的几种基本页面置换算法，了解虚拟存储技术的特点，掌握虚拟存储请求页式存储管理中几种基本页面置换算法的基本思想和实现过程，并比较它们的效率。 二、实验内容 基于一个虚拟存储区和内存工作区，设计下述算法并计算访问命中率。 1、最佳淘汰算法（OPT） 2、先进先出的算法（FIFO） 3、最近最久未使用算法（LRU） 4、简单时钟(钟表)算法（CLOCK） 命中率＝１－页面失效次数／页地址流(序列)长度 三、实验原理简述 UNIX中，为了提高内存利用率，提供了内外存进程对换机制；内存空间的分配和回收均以页为单位进行；一个进程只需将其一部分（段或页）调入内存便可运行；还支持请求调页的存储管理方式。 当进程在运行中需要访问某部分程序和数据时，发现其所在页面不在内存，就立即提出请求（向CPU发出缺中断），由系统将其所需页面调入内存。这种页面调入方式叫请求调页。为实现请求调页，核心配置了四种数据结构：页表、页帧（框）号、访问位、修改位、有效位、保护位等。 当CPU接收到缺页中断信号，中断处理程序先保存现场，分析中断原因，转入缺页中断处理程序。该程序通过查找页表，得到该页所在外存的物理块号。如果此时内存未满，能容纳新页，则启动磁盘I/O将所缺之页调入内存，然后修改页表。如果内存已满，则须按某种置换算法从内存中选出一页准备换出，是否重新写盘由页表的修改位决定，然后将缺页调入，修改页表。利用修改后的页表，去形成所要访问数据的物理地址，再去访问内存数据。整个页面的调入过程对用户是透明的。 四、算法描述 本实验的程序设计基本上按照实验内容进行。即使用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。 （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：A：50%的指令是顺序执行的 B：25%的指令是均匀分布在前地址部分 C：25%的指令是均匀分布在后地址部分 具体的实施方法是： A：在[0，319]的指令地址之间随机选取一起点m B：顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令 页面置换算法的演示 一．题目要求： 设计一个虚拟存储区和内存工作区，编程序演示下述算法的具体实现过程，并计算访问命中率： 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．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： 常用的页面置换算法有OPT、FIFO、LRU、Clock、LFU、PBA等。 四．设计思想： 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：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。 【特别声明】 若物理块中的页面都不再使用，则每次都置换物理块中第一个位置的页面。 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。 五．流程图： 如下页所示页面置换算法模拟程序-附代码
操作系统课程设计-页面置换算法C语言
页面置换算法实验报告
《操作系统》实验五页面置换算法模拟
虚拟存储器管理 页面置换算法模拟实验
页面置换算法(操作系统试验)
实验四页面置换算法代码
(流程图)页面置换算法课程设计
操作系统-LRU页面置换算法模拟
实验5 页面置换算法
存储管理---------常用页面置换算法模拟实验
第7次 常用页面置换算法模拟实验
页面置换算法作业
(LRU)置换算法-操作系统
操作系统页面置换算法模拟实验
页面置换算法实验报告
操作系统常用页面置换算法课程设计
页面置换算法实验(内含完整代码)
(完整版)页面置换算法C语言
- 页面置换算法模拟实验报告
- 第7次 常用页面置换算法模拟实验
- 实验四页面置换算法代码
- 实验三页面置换算法模拟实验
- 虚拟内存页面置换算法实验报告
- 页面置换算法模拟实验
- 实验九 虚拟存储器管理(页面置换算法模拟实验)
- 实验四+页面置换算法
- 操作系统页面置换算法模拟实验
- 常用页面置换算法模拟实验
- 页面置换算法模拟实验报告
- 页面置换算法模拟实验报告
- 虚拟存储器管理 页面置换算法模拟实验
- 《操作系统》实验五：页面置换算法模拟
- 操作系统 七次实验报告 常用页面置换算法模拟实验..
- 页面置换算法(FIFO算法 LRU算法)
- 常用页面置换算法模拟实验
- 页面置换算法实验报告
- 第7次 常用页面置换算法模拟实验
- 常用页面置换算法模拟实验