操作系统课程设计页面置换算法.doc

枣 庄 学 院信息科学与工程学院课程设计任务书 题目： 页面置换算法 学 号： 201012110128 姓 名： 秦云 （武艳飞、孔军利、李璐、姜晓美） 专 业： 计算机科学与技术 课 程： 操作系统 指导教师： 刘彩霞 职称： 讲师 完成时间： 2012年5月-2012年6月枣庄学院信息科学与工程学院制课程设计任务书及成绩评定课程设计的任务和具体要求：课程设计的任务：用所学方法设计页面置换算法课程设计的具体要求：（1） 分析设计法案，给出解决方案；（2） 对程序有详细的设计说明；（3） 画出流程图；（4） 设计的心得体会 指导教师签字： 日期： 指导教师评语： 成绩： 指导教师签字： 日期： 课程设计所需软件、硬件等硬件 cpu：intel t2080d-0 内存：2g 硬盘空间：320g软件 操作系统：windows xp linux虚拟机课程设计进度计划起至日期工作内容备注2012.5.1-2012.5.72012.5.8-2012.5.152012.5.16-2012.5.312012.6.1-2012.6.10 确定课题并搜集资料 设计方案练习编写程序程序设计系统测试并写设计说明书参考文献、资料索引序号文献、资料名称编著者出版单位1 李善平等. linux内核2.4版源代码分析大全. 北京：机械工业出版社，2002.12 陈莉君. 深入分析linux内核源代码. 北京：人民邮电出版社，2002.83 陈向群 编著.操作系统教程.北京：北京大学出版社，2007.014 罗宇 等编著.操作系统课程设计.北京：机械工业出版社，2005.95 gary nutt.linux操作系统内核实习. 北京：机械工业出版社，2002.1 摘 要在地址映射过程中，若在页面中发现所要访问的页面不再内存中，则产生缺页中断。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。在进程运行过程中，若其所要访问的页面不在内存需把它们调入内存，但内存已无空闲空间时，为了保证该进程能正常运行，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。但应将哪个页面调出，所以需要根据一定的算法来确定。常用的算法有先进先出置换算法（fifo）, 最近最久未使用置换算法（lru）和最佳置换算法（opt），该设计是在vc+6.0环境下分别用lru和fifo来实现页面置换算法的模拟程序，并测试。关键词：操作系统; 页面置换算法模拟; 进程调度; fifo; lru 目 录第1章 课题背景11.1 关于页面置换算法11.1.1页面置换算法及其分类11.1.2关于页面置换算法模拟程序问题的产生11.2相关知识21.2.1虚拟存储器的引入21.2.2虚拟存储器的定义21.2.3虚拟存储器的实现方式21.2.4页面分配2第2章 设计简介及设计方案论述32.1程序运行平台32.2设计思想32.3总体实验流程图4第3章 实验程序53.1 fifo算法53.2 lru算法6第4章 实验结果84.1 fifo(四内存块)84.2 lru(五内存块)8总 结9参考文献10第1章 课题背景1.1 关于页面置换算法1.1.1页面置换算法及其分类在地址映射过程中，若在页面中发现所要访问的页面不再内存中，则产生缺页中断。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。 常见的置换算法有： 1最佳置换算法（opt）（理想置换算法） 2先进现出置换算法（fifo）： 3最近最久未使用（lru）算法 4clock置换算法（lru算法的近似实现） 5最少使用（lfu）置换算法 6页面缓冲置换算法1.1.2关于页面置换算法模拟程序问题的产生在各种存储器管理方式中，有一个共同的特点，即它们都要求将一个作业全部装入内存方能运行，但是有两种情况：（1） 有的作业很大，不能全部装入内存，致使作业无法运行；（2） 有大量作业要求运行，但内存容量不足以容纳所有这些作业。而虚拟内存技术正式从逻辑上扩充内存容量，将会解决以上两个问题。从内存中调出一页程序或数据送磁盘的对换区中，通常，把选择换出的页面的算法称为页面置换算法（page-replacement algorithms）。进而页面置换算法模拟程序能客观的将其工作原理展现在我们面前。1.2相关知识1.2.1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。1.2.2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。1.2.3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。1.2.4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。 第2章 设计简介及设计方案论述2.1程序运行平台vc+6.0具体操作如下：在vc+6.0的环境下准备用时钟函数调用库函数（#include ）、 取时钟时间并存入t调用库函数（t=time(null)）、 用时间t初始化随机数发生器调用 库函数（srand(t)返回一个110之间的随机数（x=rand( )%10+1） 。编写三种算法。2.2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pagepsize存储页面号序列，memerymsize是存储装入物理块中的页面。数组nextmsize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timemsize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pagepsize存储页面号序列，memerymsize是存储装入物理块中的页面。数组flag10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。2.3总体实验流程图如图2-1所示:否调入所访问的页面按算法不同淘汰一页面置缺页标志flag为*是是否缺页？查页表取访问的页号输入页面访问序列 图2-1程序流程图第3章 实验程序3.1 fifo算法#include stdio.h#define n 20#define m 4void main()int ymn,i,j,q,memm=0,tablemn;char flag,fn;printf(请输入页面访问序列n);for(i=0;in;i+) scanf(%d,&ymi);printf(n);for(i=0;i0;j-) /淘汰最先调入的页面调入当前访问的 memj=memj-1; mem0=ymi; for(j=0;jm;j+) tableji=memj; fi=flag; printf(输出结果为下表（0代表为空，*代表有缺页）：n); for(i=0;im;i+) for(j=0;jn;j+)printf(%3d,tableij);printf(n); for(i=0;in;i+) printf(%3c,fi);3.2 lru算法#include stdio.h#define n 20#define m 5void main()int ymn,i,j,q,memm=0,tablemn;char flag,fn;printf(请输入页面访问序列n);for(i=0;in;i+) scanf(%d,&ymi);printf(n);for(i=0;i0;j-) memj=memj-1; mem0=ymi; for(j=0;jm;j+) tableji=memj; fi=flag; printf(输出结果为下表（0代表为空，*代表有缺页）：n); for(i=0;im;i+) for(j=0;jn;j+)printf(%3d,tableij);printf(n); for(i=0;in;i+) printf(%3c,fi);第4章 实验结果4.1 fifo(四内存块)如图4-1所示:图4-1四块内存图4.2 lru(五内存块)如图4-2所示: 图4-2五块内存图总 结通过对页面置换算法模拟程序的程序设计，让我对虚拟页式存储管理有了更深的了解。刚开始拿到这个题目觉得很难，不知道该怎么下手，因为是自己第一次用c语言编写操作系统程序。但是搞懂了页面置换的思想以后，对编程就有了一定的思路。经过几天的编写，程序也终于写出来啊。但是却遇到了许多困难，程序的调试也出现了许多的错误。但是经过几次上机操作，在老师的指导和帮助下，程序最终还是完成了。通过这次的程序设计，让我对c语言有了更深一步的了解和认识，编程能力也有了提高，我认到学好计算机要重视实践操作，只有真正动手了才知道自己还有