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文档简介
1、北邮大三上-操作系统-存储管理实验报告操作系统实验三存储管理实验班级:2009211311 学号:姓名:schnee 目录 1. 实验目的 (2)2. 实验内容 (2)(1) 通过随机数产生一个指令序列,共320条指令 (2)(2) 将指令序列变换成为页地址流 (2)(3) 计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率 (2)3. 随机数产生办法 (3)环境说明 (3)4. 程序设计说明 (3)4.1.全局变量 (3)4.2.随机指令序列的产生 (4)4.3.fifo算法 (4)4.4.lru算法 (4)4.5.opt算法 (5)5. 编程实现(源程序): (5)6. 运行结果及分析 (11
2、)6.1.运行(以某两次运行结果为例,列表如下:) (11)6.2.beladys anomaly (11) 1.实验目的 存储管理的主要功能之一是合理地分配空间。请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。本实验的目的是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。2.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
3、;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) 重复上述步骤a)f),直到执行320次指令。(2) 将指令序列变换成为页地址流设:a) 页面大小为1k;b) 用户内存容量为4页到32页;c) 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
4、令为第31页(对应虚存地址为310,319)。按以上方式,用户指令可以组成32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a) 先进先出的算法(fifo);b) 最近最少使用算法(lru);c) 最佳淘汰算法(opt); 命中率=1-页面失效次数/页地址流长度 在本实验中,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。3.随机数产生办法关于随机数产生办法,可以采用操作系统提供的函数,如linux或unix系统提供函数srand()和rand(),分别进行初始化和产生随机数。例如:srand();语句可以初始化一个随机数;a0=10*ran
5、d()/32767*319+1;a1=10*rand()/32767*a0;语句可以用来产生a0与a1中的随机数。环境说明此实验采用的是win7下code:blocks 10.05编译器编程。此word实验文档中采用notepad+的语法高亮。4.程序设计说明4.1.全局变量const int maxn =320;/序列个数const int max = maxn +20;/数组大小const int maxp = max/10;/最大页数int instmax;/指令序列int pagemax;/页地址流int size;/内存能容纳的页数bool inmaxp;/该页是否在内存里,提高效率
6、int pinmaxp;/现在在内存里的页其中in数组是为了方便直接判断该页是否在内存里,而不用遍历内存里所有页来判断。fault_n用来记录缺页次数。 4.2.随机指令序列的产生 按照实验要求的写了,但是由于没有考虑细节,开始时出了点问题。(1)当m=319时,我们顺序执行m+1会产生第32页的页地址,从而使页地址没能按要求限制在0, 31之间。解决方法:采用循环模加来避免超出范围。(2)但是这样之后有可能出现模0的问题。所以我索性将等于0的模数都赋值为160.最后的程序如下。void produce_inst()int m, n;int num =0;while(num m = rand(
7、)% maxn;instnum+=(m+1)%maxn;if(num = maxn)break;m =(m+2)% maxn;if(m =0) m =160;n = rand()% m;instnum+=(n+1)%maxn;if(num = maxn)break;n =(n+2)% maxn;m = maxn - n;if(m =0) m =160;m = rand()% m + n;instnum+= m;4.3.fifo算法定义变量ptr。一开始先预调页填满内存。在这一部分,ptr指向下一个要存放的位置。之后继续执行剩下的指令。此时,ptr表示队列最前面的位置,即最先进来的位置,也就是下
8、一个要被替换的位置。ptr用循环加,即模拟循环队列。4.4.lru算法定义数组ltu,即last_time_use来记录该页最近被使用的时间。定义变量ti模拟时间的变化,每执行一次加一。 这个算法,我没有预调页,而是直接执行所有指令。 若当前需要的页没在内存里,就寻找最近最少使用的页,也就是ltu最小的页,即最近一次使用时间离现在最久的页,然后替换掉它。或者在内存还未满时,直接写入,这个我以初始化内存里所有页为-1来实现。若已经在内存里了,则只遍历内存内的页,把当前页的最近使用时间改一下即可。4.5.opt算法定义数组ntu, 即next_time_use来记录下一次被使用的时间,即将来最快使
9、用时间。初始化为-1.开始时预调页填满内存里的页。同样利用变量ptr来表示下一个要存放的位置从而控制预调页的过程。接着初始化ntu数组为-1。然后求出每一页下一次被使用的指令号,以此代替使用时间。如果所有剩下的序列都没有用该页时,则还是-1.这种值为-1的页显然是最佳替换对象。然后执行所有剩下的指令。当该页不在内存里时,遍历ntu数组,遇到-1的直接使用该页,没有则用ntu值最大的,也就是最晚使用的。无论该页在不在内存里,因为这一次已经被使用了,所以都应该更新这个页的ntu,只需往前看要执行的页流,记录下第一个遇到的该页即可。如果没有找到同样添-1即可。5.编程实现(源程序):#include
10、#include#include#includeusing namespace std;const int maxn =320;/序列个数const int max = maxn +20;/数组大小const int maxp = max/10;/最大页数int instmax;/指令序列int pagemax;/页地址流int size;/内存能容纳的页数bool inmaxp;/该页是否在内存里,提高效率int pinmaxp;/现在在内存里的页void welcome()printf(*n);printf(* by schnee on2011-12-06 *n);printf(* 班级:
11、09211311 班内序号:30 *n);printf(*nn);void input_hint() printf(n1-create new instruction sequence 2-set memory page number(4 to 32)n);printf(3-solve by fifo algorithm 4-solve by lru algorithmn);printf(5-solve by opt algorithm 0-exitn);printf(*please input your choice: );/*通过随机数产生一个指令序列,共320条指令*/void prod
12、uce_inst()int m, n;int num =0;while(num m = rand()% maxn;instnum+=(m+1)%maxn;if(num = maxn)break;m =(m+2)% maxn;if(m =0) m =160;n = rand()% m;instnum+=(n+1)%maxn;if(num = maxn)break;n =(n+2)% maxn;m = maxn - n;if(m =0) m =160;m = rand()% m + n;instnum+= m;/*将指令序列变换成为页地址流*/void turn_page_address()for
13、(int i=0; ipagei= insti/10;void fifo_solve()memset(in,false,sizeof(in);int fault_n =0;/缺页率int ptr, i; /预调页填满空间 ptr =0;/下一个要放的位置for(i=0; iif(!inpagei)pinptr+= pagei;inpagei=true;fault_n+;/继续执行剩下的指令ptr =0;/队列里最先进来的位置,即下一个要被替换的位置for(; iif(!inpagei)inpinptr=false;inpagei=true;pinptr= pagei;fault_n+;ptr
14、=(ptr+1)% size;printf(nby fifo algorithm, the fault-page number is: %dn, fault_n);printf( the hit ratio is : %.2lfn,(1-(fault_n+0.0)/320.0); void lru_solve()int ltumaxp;/last_time_useint ti =1;/模拟时间int fault_n =0;memset(ltu,0,sizeof(ltu);memset(in,false,sizeof(in);memset(pin,-1,sizeof(pin);int min,
15、ptr, i, j;for(i=0; iif(!inpagei)/寻找lrumin=; ptr=0;for(j=0; jif(ltuj min = ltuj; ptr = j;/替换或写入if(pinptr!=-1)inpinptr=false;inpagei=true;pinptr= pagei;fault_n+;ltuptr= ti+;else/已经在内存里则只需更改最近使用时间for(j=0; jif(pinj= pagei)ltuj= ti+;break;printf(nby lru algorithm, the fault-page number is: %dn, fault_n);printf( the hit ratio is : %.2lfn,(1-(fault_n+0.0)/320.0); void opt_solve()int ntumaxp;/next_time_useint fault_n =0;int i, j;memset(in,false,sizeof(in);memset(ntu,-1,sizeof(ntu);/预调页填满int ptr =0;for(i=0; iif(!inpagei)inpagei=true;pinptr= pagei;fault_n+;ptr+; /初始化ntu数组ptr =0;for(j=i; jif(ntupagej=-1
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