18操作系统实验四

山东英才学院操作系统实验四存储管理设计第1页共10页计算机电子信息工程学院实验报告成绩________课程名称计算机操作系统指导教师实验日期院（系）专业班级实验地点学生姓名学号实验项目名称实验四存储管理设计一、实验目的和要求通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟程序，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。二、实验原理（一）请求页式存储管理的实现原理。请求页式管理的基本原理是将逻辑地址空间分成大小相同的页，将存储地址空间分块，页和块的大小相等，通过页表进行管理。页式系统的逻辑地址分为页号和页内位移量。页表包括页号和块号数据项，它们一一对应。根据逻辑空间的页号，查找页表对应项找到对应的块号，块号乘以块长，加上位移量就行成存储空间的物理地址。每个作业的逻辑地址空间是连续的，重定位到内存空间后就不一定连续了。（二）三种页面置换算法的实现思想。FIFO算法总是淘汰最先调入主存的页面，即淘汰在主存中驻留时间最长的页面，认为驻留时间最长的页不再使用的可能性较大。LRU算法淘汰的页面是最近一段时间内最久未被访问的那一页，它是基于程序局部性原理来考虑的，认为那些刚被使用过的页面可能还要立即被使用，而那些在较长时间内未被使用的页面可能不会立即使用。OPT算法，当要调入一页而必须淘汰旧页时，应该淘汰以后不再访问的页，或距现在最长时间后要访问的页面。三、主要仪器设备或材料WindowsXP和CV++6.0集成开发环境四、实验方法与步骤（可加附页）（一）实验内容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产：50％的指令是顺序执行的；25％的指令是均匀分布在前地址部分；25％的指令是均匀分布在后地址部分。2.将指令序列变换成为页地址流设页面大小为1K；用户内存容量为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条至第9条指令为第0页；第10条至19条指令为第1页；…第310条至319条指令为第31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)先进先出算法（FIFO）(2)最近最少使用算法（LRU）(3)最佳使用算（OPT）命中率＝１－页面失效次数／页地址流长度本实验中，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山东英才学院操作系统实验四存储管理设计第2页共10页在内存的次数。（二）思路关于随机数的产生办法。首先要初始化设置随机数，产生序列的开始点，例如，通过下列语句实现：srand(400)；(1)计算随机数，产生320条指令序列m＝160；for(i＝0；i＜80；i++＝{j＝i﹡4；a[j]＝m；a[j+1]＝m+1；a[j+2]＝a[j]﹡1.0﹡rand()/32767；a[j+3]＝a[j+2]+1m＝a[j+3]+(319-a[j+3])﹡1.0﹡rand()/32767；}(2)将指令序列变换成为页地址流for(k＝0；k＜320；k++){pt＝a[k]/10；pd=a[k]%10；…}(3)计算不同算法的命中率rate＝1-1.0﹡U/320；其中U为缺页中断次数，320是页地址流长度。(4)输出格式kfifo1ru40.230.25…321.01.0五、实验数据记录、处理及结果分析实验的源代码及结果见附页六、讨论、心得对不同算法的性能进行评价。FIFO算法较易实现，对具有线性顺序特征的程序比较适用，而对具有其他特征的程序则效率不高，此算法还可能出现抖动现象（Belady）异常。LRU算法基于程序的局部性原理，所以适用用大多数程序，此算实现必须维护一个特殊的队列——页面淘汰队列。OPT算法虽然产生的缺页数最少，然而，却需要预测程序的页面引用串，这是无法预知的，不可能对程序的运行过程做出精确的断言，不过此理论算法可用做衡量各种具体算法的标准。山东英才学院操作系统实验四存储管理设计第3页共10页计算机电子信息工程学院实验报告（附页）设计算法源码：#includeconio.h#includestdio.h#includestdlib.h#includestring.h#defineMyprintfprintf(|---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---|\n)/*表格控制*/#definebsize4//物理块大小#definepsize16//进程大小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[bsize];/*内存单元数*/intc[bsize][psize];/*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*/intphb[bsize]={0};//物理块标号intpro[psize]={0};//进程序列号intflag[bsize]={0};//进程等待次数(存放最久未被使用的进程标志)inti=0,j=0,k=0;//i表示进程序列号,j表示物理块号intm=-1,n=-1;//物理块空闲和进程是否相同判断标志intmax=-1,maxflag=0;//标记替换物理块进程下标intcount=0;//统计页面缺页次数//**************************************************************////**************************************************************//随机产生序列号函数//**************************************************************int*build(){printf(随机产生一个进程序列号为：\n);inti=0;for(i=0;ipsize;i++){pro[i]=10*rand()/(RAND_MAX+1)+1;printf(%d,pro[i]);}printf(\n);return(pro);}//**************************************************************//查找空闲物理块//**************************************************************山东英才学院操作系统实验四存储管理设计第4页共10页intsearchpb(){for(j=0;jbsize;j++){if(phb[j]==0){m=j;returnm;break;}}return-1;}//**************************************************************//查找相同进程//**************************************************************intsearchpro(){for(j=0;jbsize;j++){if(phb[j]==pro[i]){n=j;returnj;}}return-1;}//**************************************************************//初始化内存//**************************************************************voidempty(){for(i=0;ibsize;i++)phb[i]=0;count=0;//计数器置零}//**************************************************************//先进先出页面置换算法//**************************************************************voidFIFO(){for(i=0;ipsize;i++){m=searchpb();n=searchpro();//找flag值最大的for(j=0;jbsize;j++)山东英才学院操作系统实验四存储管理设计第5页共10页{if(flag[j]maxflag){maxflag=flag[j];max=j;}}if(n==-1)//不存在相同进程{if(m!=-1)//存在空闲物理块{phb[m]=pro[i];//进程号填入该空闲物理块count++;flag[m]=0;for(j=0;j=m;j++){flag[j]++;}m=-1;}else//不存在空闲物理块{phb[max]=pro[i];flag[max]=0;for(j=0;jbsize;j++){flag[j]++;}max=-1;maxflag=0;count++;}}else//存在相同的进程{phb[n]=pro[i];for(j=0;jbsize;j++){flag[j]++;}n=-1;}for(j=0;jbsize;j++){printf(%d,phb[j]);山东英才学院操作系统实验四存储管理设计第6页共10页}printf(\n);}printf(缺页次数为：%d\n,count);printf(\n);}//**************************************************************//**************************************************************/*初始化内存单元、缓冲区*/voidInit(Page*b,intc[bsize][psize]){inti,j;for(i=0;ipsize;i++){b[i].num=-1;b[i].time=psize-i-1;}for(i=0;ibsize;i++)for(j=0;jpsize;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;ibsize;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;ibsize;i++){if(fold==b[i].num)returni;山东英才学院操作系统实验四存储管理设计第7页共10页}return-1;}/*LRU核心部分*/voidLruu(intfold,Page*b){inti;intval;val=Equation(fold,b);if(val=0){b[val].time=0;for(i=0;ibsize;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;ibsize;i++)if(i!=val)b[i].time++;}}voidLRU(){inti,j;K=-1;Init(b,c);for(i=0;ipsize;i++){Lruu(pro[i],b);c[0][i]=pro[i];/*记录当前的内存单元中的页面*/for(j=0;jbsize;j++)c[j][i]=b[j].num;}/*结果输出*/printf(内存状态为：\n);Myprintf;for(j=0;jpsize;j++)