操作系统实验四.doc

山东英才学院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 m160；for (i0；i80；i+ ji4； ajm； aj+1m+1； aj+2aj 1.0 rand( )/32767； aj+3aj+2+1 maj+3+(319-aj+3) 1.0rand( )/32767； (2) 将指令序列变换成为页地址流 for ( k0；k320；k+) ptak/10； pd= ak%10； (3) 计算不同算法的命中率 rate1-1.0U/320 ； 其中U为缺页中断次数，320是页地址流长度。 (4) 输出格式 k fifo 1ru 4 0.23 0.25 32 1.0 1.0五、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。计算机电子信息工程学院实验报告（附页）设计算法源码：#include #include#include#include#define Myprintf printf(|-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|n) /*表格控制*/ #define bsize 4 /物理块大小#define psize 16 /进程大小typedef struct page int num; /*记录页面号*/ int time; /*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*/ Page bbsize; /*内存单元数*/ int cbsizepsize; /*暂保存内存当前的状态：缓冲区*/ int queue100; /*记录调入队列*/ int K; /*调入队列计数变量*/ int phbbsize=0; /物理块标号int propsize=0; /进程序列号int flagbsize = 0; /进程等待次数(存放最久未被使用的进程标志)int i = 0, j = 0,k = 0; /i表示进程序列号,j表示物理块号int m = -1, n = -1; /物理块空闲和进程是否相同判断标志int max = -1,maxflag = 0; /标记替换物理块进程下标int count = 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);int i = 0; for(i=0; ipsize; i+) proi = 10*rand()/(RAND_MAX+1)+1; printf(%d ,proi); printf(n); return(pro);/*/查找空闲物理块/*int searchpb()for(j=0; jbsize; j+) if(phbj = 0) m = j; return m; break; return -1;/*/查找相同进程/*int searchpro()for(j = 0; j bsize; j+) if(phbj = proi) n = j; return j; return -1;/*/初始化内存/*void empty()for(i=0;ibsize;i+)phbi=0; count=0; /计数器置零/*/先进先出页面置换算法/*void FIFO() for(i = 0; ipsize; i+) m=searchpb(); n=searchpro();/找flag值最大的 for(j = 0; j maxflag) maxflag = flagj; max = j; if(n = -1) /不存在相同进程 if(m != -1) /存在空闲物理块 phbm = proi; /进程号填入该空闲物理块 count+; flagm = 0; for(j = 0;j = m; j+) flagj+; m = -1; else /不存在空闲物理块 phbmax = proi; flagmax = 0; for(j = 0;j bsize; j+) flagj+; max = -1; maxflag = 0; count+; else /存在相同的进程 phbn = proi; for(j = 0;j bsize; j+) flagj+; n = -1; for(j = 0 ;j bsize; j+) printf(%d ,phbj); printf(n); printf(缺页次数为：%dn,count);printf(n);/*/*/*初始化内存单元、缓冲区*/ void Init(Page *b,int cbsizepsize) int i,j; for(i=0;ipsize;i+) bi.num=-1; bi.time=psize-i-1; for(i=0;ibsize;i+) for(j=0;jpsize;j+) cij=-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*/ int GetMax(Page *b) int i; int max=-1; int tag=0; for(i=0;imax) max=bi.time; tag=i; return tag; /*判断页面是否已在内存中*/ int Equation(int fold,Page *b) int i; for(i=0;i=0) bval.time=0; for(i=0;ibsize;i+) if (i!=val) bi.time+; else queue+K=fold;/*记录调入页面*/ val=GetMax(b); bval.num=fold; bval.time=0; for(i=0;ibsize;i+) if (i!=val) bi.time+; void LRU() int i,j; K=-1; Init(b, c); for(i=0;ipsize;i+) Lruu(proi,b); c0i=proi; /*记录当前的内存单元中的页面*/ for(j=0;jbsize;j+) cji=bj.num; /*结果输出*/ printf(内存状态为：n); Myprintf; for(j=0;jpsize;j+) printf(|%2d ,proj); printf(|n); Myprintf; for(i=0;ibsize;i+) for(j=0;jpsize;j+) if(cij=-1) printf(|%2c ,32); else printf(|%2d ,cij); printf(|n); Myprintf; printf(n调入队列为:); for(i=0;iK+1;i+) printf(%3d,queuei); printf(n缺页次数为：%6dn缺页率：%16.6f,K+1,(float)(K+1)/psize); /*/主函数/*void main()int sel ; do printf(ttt-ttt);printf(ttt -欢迎进入操作系统界面- ttt);printf(ttt-tttn);printf(tttttt); printf(ttt 虚拟内存 ttt);printf(ttt-ttt); printf(ttt 1、产生随机序列 ttt);printf(ttt-ttt); printf(ttt 2、最久未使用(LRU) ttt);printf(ttt-ttt); printf(ttt 3、先进先出(FIFO) ttt);printf(ttt-ttt); printf(ttt 4、最佳置换算法(OPT) ttt);printf(ttt-ttt);printf(ttt 5、三种算法的比较() ttt);printf(ttt-ttt);printf(ttt 0、退出(Exit) ttt); printf(ttttttn); printf(请选择所要执行的操作(0/1/2/3/4/5):); scanf(%d,&sel); switch(sel) case0:printf(ttt-再见！- tttn);system(pause);break; case 1:build();break; case 2:printf(最久未使用算n);LRU();empty();printf(n);break; case 3:pr