页面置换操作系统实验报告.docx
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页面置换操作系统实验报告
实验二页面置换算法实现
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
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,设计一个虚拟存储区和内
存工作区,并使用下述算法来模拟实现页面的置换:
1.先进先出的算法(FIFO)
2.最近最久未使用算法(LRU)
3.最佳置换算法(OPT)
实验分析
在进程运行过程中,若其所访问的页面不存在内存而需要把它们调入内存,
但内存已无空闲时,为了保证该进程能够正常运行,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。
但应调出哪个页面,需根据一定的算法来确定,
算法的好坏,直接影响到系统的性能。
一个好的页面置换算法,应该有较低的页面更换频率。
2.1先进先出(FIFO)页面置换算法
当需要访问一个新的页面时,首先查看物理块中是否就有这个页面,若要查
看的页面物理块中就有,则直接显示,不需要替换页面;如果要查看的页面物理
块中没有,就需要寻找空闲物理块放入,若存在有空闲物理块,则将页面放入;
若没有空闲物理块,则替换页面。
并将物理块中所有页面timer++。
2.2最近久未使用(LRU)置换算法的思路
最近久未使用置换算法的替换规则,是根据页面调入内存后的使用情况来进
行决策的。
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,当需淘汰一个页面的时候选择现有页面中其时间值最大的进
行淘汰。
2.3最佳(OPT)置换算法的思路
其所选择的被淘汰的页面,是以后不使用的,或者是在未来时间内不再被访
问的页面,采用最佳算法,通常可保证获得最低的缺页率。
3、实验流程
3.1系统功能图
图3-1系统功能图
3.2算法流程图
1)先进先出(FIFO)页面置换算法流程图
图3-2先进先出页面置换算法流程图
2)最近久未使用(LRU)置换算法
图3-3最近久未使用置换算法流程图
3)最佳(OPT)置换算法
图3-4最佳置换算法流程图
4、源程序
#include
#include
#include
#include
#defineL20//页面长度最大为20
intM;//内存块
structPro//定义一个结构体
{
intnum,time;
};
Input(intm,Prop[L])//打印页面走向状态
{
cout<<"请输入页面长度(10~20):
";
do
{
cin>>m;
if(m>20||m<10)
{cout< cout<<"页面长度必须在10~20之间"< cout<<"请重新输入L: "; } elsebreak; }while (1); inti,j; j=time(NULL);//取时钟时间 srand(j);//以时钟时间j为种子,初始化随机数发生器 cout< cout<<"输出随机数: "< cout< for(i=0;i { p[i].num=rand()%10;//产生0到9之间的随机数放到数组p中 p[i].time=0; cout< } cout< returnm; } voidprint(Pro*page1)//打印当前的页面 { Pro*page=newPro[M]; page=page1; for(inti=0;i cout< cout< } intSearch(inte,Pro*page1)//寻找内存块中与e相同的块号 { Pro*page=newPro[M]; page=page1; for(inti=0;i return-1; } intMax(Pro*page1)//寻找最近最长未使用的页面 { Pro*page=newPro[M]; page=page1; inte=page[0].time,i=0; while(i { if(e i++; } for(i=0;i return-1; } intCount(Pro*page1,inti,intt,Prop[L])//记录当前内存块中页面离下次使用间隔长度 { Pro*page=newPro[M]; page=page1; intcount=0; for(intj=i;j { if(page[t].num==p[j].num)break;//当前页面再次被访问时循环结束 elsecount++;//否则count+1 } returncount;//返回count的值 } intmain() { intc; intm=0,t=0; floatn=0; Prop[L]; m=Input(m,p);//调用input函数,返回m值 cout<<"请输入分配的物理块m(2~6): "; cout< do{ cin>>M; if(M>6||M<2) {cout< cout<<"物理块m必须在2~6之间"< cout<<"请重新输入m: ";} elsebreak; }while (1); Pro*page=newPro[M]; do{ for(inti=0;i {page[i].num=0; page[i].time=m-1-i; } i=0; cout< cout<<"1: FIFO页面置换2: LRU页面置换"< cout<<"3: OPT页面置换4: 退出"< cout<<"请选择页面置换算法: "< cin>>c; if(c==1)//FIFO页面置换 { n=0; cout<<"FIFO算法页面置换情况如下: "< cout< while(i { if(Search(p[i].num,page)>=0)//当前页面在内存中 { cout< cout<<"不缺页"< i++;//i加1 } else//当前页不在内存中 { if(t==M)t=0; else { n++;//缺页次数加1 page[t].num=p[i].num;//把当前页面放入内存中 cout< print(page);//打印当前页面 t++;//下一个内存块 i++;//指向下一个页面 } } } cout< cout<<"缺页次数: "< "< } if(c==2)//LRU页面置换 { n=0; cout<<"LRU算法页面置换情况如下: "< cout< while(i { inta; t=Search(p[i].num,page); if(t>=0)//如果已在内存块中 {page[t].time=0;//把与它相同的内存块的时间置0 for(a=0;a if(a! =t)page[a].time++;//其它的时间加1 cout< cout<<"不缺页"< } else//如果不在内存块中 { n++;//缺页次数加1 t=Max(page);//返回最近最久未使用的块号赋值给t page[t].num=p[i].num;//进行替换 page[t].time=0;//替换后时间置为0 cout< print(page); for(a=0;a if(a! =t)page[a].time++;//其它的时间加1 } i++; } cout< cout<<"缺页次数: "< "< } if(c==3)//OPT页面置换 { n=0; cout<<"OPT算法置换情况如下: "< cout< while(i { if(Search(p[i].num,page)>=0)//如果已在内存块中 { cout< cout<<"不缺页"< i++; } else//如果不在内存块中 { inta=0; for(t=0;t if(page[t].num==0)a++;//记录空的内存块数 if(a! =0)//有空内存 { intq=M; for(t=0;t if(page[t].num==0&&q>t)q=t;//把空内存块中块号最小的找出来 page[q].num=p[i].num; n++; cout< print(page); i++; } else { inttemp=0,s; for(t=0;t if(temp { temp=Count(page,i,t,p); s=t;}//把找到的块号赋给s page[s].num=p[i].num; n++; cout< print(page); i++; } } } cout< cout<<"缺页次数: "< "< } if(c==4)break; }while(c==1||c==2||c==3); return0; } 五、实验结果 5.1程序主界面 运行程序后,将会提示用户输入页面长度,长度在10到20之间。 当用户输入长度(以12为例)后,系统将会显示随机数。 系统提示用户输入分配的物理块,用户输入数据(以3为例)。 程序主界面运行图如图5-1所示。 图5-1程序主界面 5.2先进先出(FIFO)页面置换算法运行结果 选择算法1之后,进入算法1的操作。 系统会显示算法的页面置换情况。 先来先服务算法的运行图如图5-2所示。 图5-2先进先出页面置换算法运行结果图 5.3最近久未使用(LRU)置换算法运行结果 选择算法2之后,进入算法2的操作。 系统会显示算法的页面置换情况。 最近久未使用的运行图如图5-3所示。 图5-3最近久未使用置换算法运行结果图 4)最佳(OPT)置换算法运行结果 选择算法3之后,进入算法3的操作。 系统会显示算法的页面置换情况。 最近久未使用的运行图如图5-4所示。 图5-4最佳置换算法运行结果图 4、总结 通过本次实验,我对页面置换算法的了解更加的深刻。 页面置换算法主要有以下置换算法: OPT(最佳置换算法)、FIFO(先进先出置换算法)、LRU(最近最久未使用算法)。 在进程运行过程中,若其访问的页面不在内存而需把它们调入内存,但内存以无空闲空间时,为了保证该进程能正常的运行,系统必须从内存中调出一页程序或数据送磁盘的兑换区中,但应将哪个页面调出,需根据一定的算法来确定。
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