操作系统课程设计-面置换算法C语言教材

页面置换算法一.题目要求：通过实现页面置换算法的FIFO和LRU两种算法，理解进程运行时系统是怎样选择换出页面的，对于两种不同的算法各自的优缺点是哪些。要求设计主界面以灵活选择某算法，且以下算法都要实现1)最佳置换算法(OPT)：将以后永不使用的或许是在最长(未来)时间内不再被访问的页面换出。2)先进先出算法(FIFO)：淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。3)最近最久未使用算法(LRU)：淘汰最近最久未被使用的页面。4)最不经常使用算法(LFU)二.实验目的：1、用C语言编写OPT、FIFO、LRU，LFU四种置换算法。2、熟悉内存分页管理策略。3、了解页面置换的算法。4、掌握一般常用的调度算法。5、根据方案使算法得以模拟实现。6、锻炼知识的运用能力和实践能力。三、设计要求1、编写算法，实现页面置换算法FIFO、LRU；2、针对内存地址引用串，运行页面置换算法进行页面置换；3、算法所需的各种参数由输入产生(手工输入或者随机数产生)；4、输出内存驻留的页面集合，页错误次数以及页错误率；四.相关知识：.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。.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。.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。.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。.页面置换算法：常用的页面置换算法有OPT、FIFO、LRU、Clock、LFU、PBA等。五、设计说明1、采用数组页面的页号2、FIFO算法，选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰；分配n个物理块给进程，运行时先把前n个不同页面一起装入内存，然后再从后面逐一比较，输出页面及页错误数和页错误率。3、LRU算法，根据页面调入内存后的使用情况进行决策；同样分配n个物理块给进程，前n个不同页面一起装入内存，后面步骤与前一算法类似。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：.设计思想：OPT基本思想：是用一维数组page[pSIZE]存储页面号序歹ij，memery[mSIZE]是存储装入物理块中的页面。数组next[mSIZE]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。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time[mSIZE]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page[pSIZE]存储页面号序列ij,memery[mSIZE]是存储装入物理块中的页面。数组flag[10]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。.流程图：如下页所示

开始结束根据选择的置换算法完成置换六.运行结果：开始结束根据选择的置换算法完成置换012030421.按任意键进行初始化:<M<=10>：3012030421.按任意键进行初始化:的人数<P<=1刖M20用串《角空格隔并〉：3032120170

2.载入数据:3.进入置换算法选择界面:.运算中延迟操作:输入的页面号引用串为：70120304230321201701TOC\o"1-5"\h\z请选择页面置换算法： ** M1.先进先出(FIFO) *2.曩近最久未使用《LRU) *3.喀佳《OPT〉 *4,退出 *请选掾操作：［11正在曲亍相关计算，请稍候®®.三种算法演示结果:输入的页面号弓I用串为：7 0 1 2 0 3 0**************请选择页面置换算法：770按任意键重新选择置换算法：»>,输入的页面号弓I用串为:工.先进先出《FIFO)'日7****0 4 2 3 0***********01203**********请选择页面置换算法:4.退出蕤*蕤蕤蕤蕤蕤蕤*蕤蕤蕤1001输入的页面号弓I用串为：7 0 1 2 0 3 0**************请选择页面置换算法：770按任意键重新选择置换算法：»>,输入的页面号弓I用串为:工.先进先出《FIFO)'日7****0 4 2 3 0***********01203**********请选择页面置换算法:4.退出蕤*蕤蕤蕤蕤蕤蕤*蕤蕤蕤1001701*作1进近佳出*操01234*射*射是旧71[2最久未使用〈LRU)《OPT〉17 0 1\7\\7\\7\!1!!0!!0!!2!!2!!1!请选择操作：年］请选择操作：年］70

\7\12 0 3IrjI IQ I I QII70

\7\12 0 3IrjI IQ I I QIIfI ■上 I ■上 I!0! !0! !0!1-iI I-i I I -niI±I I± I I JI4 2 3 0!4!!4!!4!!0!!0!!0!!3!!3!1!1!01

!1!

!0!7 0 1!1!!0!\7\次数：12:次数:9缺页率：12/20访问命中率：4取按任意键重新选择置换算法：»>输入的页面号弓I用串为:0120304230请选择页面置换算法:工.先进先出按任意键重新选择置换算法：»>输入的页面号弓I用串为:0120304230请选择页面置换算法:工.先进先出《FIFO).最近最久未使用《LRU)*〈OPT〉请选择操作：,7\70\7：012 0 3IrjI IQ I IQ I7\70\7：012 0 3IrjI IQ I IQ IIfI ■上 I ■上 I!0! !0! !0!1-iI I-i I I-n iI±I I± I IJ I!4!!0!!0!!1!7 0 1\7\!0!!1!W：9:次数:6缺页率：9/20访问命中率：55X按任意键重新选择置换算法：»>八.结论通过这次课程设计，不仅让我了解了页面置换算法，开始我一味的进行调试，急切的想侥幸调试出来，但由于没有进行深入的考虑，我调试了很久都没没有勒我仔细的分析题目分析材料在原的塞肝我进行了改正我最后还是调试成功了，还是经过了一翻努力，这次操作系统实习，不仅让我对操作系统这门课程有了更深入的研究、对很多重要的概念有了巩固和掌握。通过努力，三个页面置换算法程序都已经完成，此时此刻，我心里多了些成就感。虽然自己所做的很少也不够完善，但毕竟也是努力的结果。主要有以下几点收获：.通过对上网和看书查阅相关资料，使自己对C语言的基本框架有新的了解，加深了对可视化程序的认识。.在使用C语言来实现功能时，不像以往用的其他语言，它比较简练，更容易理解，实用性很强。.先进先出页面置换和LRU以及OPT算法各有特点，但是实践起来却很大，使自己对页面置换算法有了新的认识。一周半的课程设计就要结束了，不但对专业知识有了更深的理解，更使的自己认识到实践的重要性，理论、实践相结合才能达到很好的学习效果，特别是程序语言的学习。六.源代码：如下页所示【使用C语言】#include<stdio.h>#include<stdlib.h>/*全局变量*/intmSIZE;/*物理块数*/intpSIZE;/*页面号弓|用串个数*/staticintmemery[10]={0};/*物理块中的页号*/staticintpage[100]={0};/*页面号引用串*/staticinttemp[100][10]={0};/*辅助数组*//*置换算法函数*/voidFIFO();voidLRU();voidOPT();/*辅助函数*/voidprint(unsignedintt);voiddesignBy();voiddownload();voidmDelay(unsignedintDelay);/*主函数*/voidmain()

inti,k,code;printf("। printf("I请按任意键进行初始化操作…printf("1 printf(">>>");getch();system("cls");printfC请输入物理块的个数(M<=10)：");scanf("%d”,&mSIZE);printfC请输入页面号引用串的个数(P<=100)：");scanf("%d”,&pSIZE);putsC请依次输入页面号引用串(用空格隔开)：”)；for(i=0;i<pSIZE;i++)scanf("%1d",&page[i]);download();system("cls");do{putsC输入的页面号引用串为：")；for(k=0;k<=(pSIZE-1)/20;k++){for(i=20*k;(i<pSIZE)&&(i<20*(k+1));i++){if(((i+1)%20==0)||(((i+1)%20)&&(i==pSIZE-1)))printf("%d\n",page[i]);elseprintf("%d",page[i]);))printf("***********************\n");printf("*请选择页面置换算法：\t\t\t*\n");printf("* *\n");printf("*1.先进先出(FIFO)printf("*2.最近最久未使用(LRU)printf("*3.最佳(OPT)printf("*4.退出printf("***********************\n");printf("请选择操作：[]\b\b");scanf("%d",&code);switch(code){FIFO();-\\n");I-\\n");I\n");—\n");*\n");*\n");*\n");*\n");LRU();break;OPT();break;system("cls");exit(0);default:printf("输入错误，请重新输入：”)；)printf("按任意键重新选择置换算法：>>>");getch();system("cls");}while(code!=4);getch();}/*载入数据*/voiddownload()(inti;printf("ii ii\n");printf("|正在载入数据，请稍候!!!|\n");printf("口 "\n");printf("Loading...\n");printf(" O");for(i=0;i<51;i++)printf("\b");for(i=0;i<50;i++)(mDelay((pSIZE+mSIZE)/2);printf(">");}printf("\nFinish.\n载入成功，按任意键进入置换算法选择界面：>>>");getch();}/*设置延迟*/voidmDelay(unsignedintDelay)(unsignedinti;for(;Delay>0;Delay--)(for(i=0;i<124;i++)(printf("\b");)))voidprint(unsignedintt)(inti,j,k,l;intflag;for(k=0;k<=(pSIZE-1)/20;k++)(for(i=20*k;(i<pSIZE)&&(i<20*(k+1));i++)(if(((i+1)%20==0)||(((i+1)%20)&&(i==pSIZE-1)))printf("%d\n",page[i]);elseprintf("%d",page[i]);)for(j=0;j<mSIZE;j++)(for(i=20*k;(i<mSIZE+20*k)&&(i<pSIZE);i++)(if(i>=j)printf("|%d|",temp[i][j]);elseprintf("||");)for(i=mSIZE+20*k;(i<pSIZE)&&(i<20*(k+1));i++)(for(flag=0,l=0;l<mSIZE;l++)if(temp[i][l]==temp[i-1][l])flag++;if(flag==mSIZE)/*页面在物理块中*/printf("");elseprintf("|%d|",temp[i][j]);)/*每行显示20个*/if(i%20==0)continue;printf("\n");)printf(" \n");printf("缺页次数：％d\t\t”,t+mSIZE);printfC缺页率：%d/%d\n",t+mSIZE,pSIZE);printf("置换次数：%d\t\t",t);printf("访问命中率：％d%%\n”,(pSIZE-(t+mSIZE))*100/pSIZE);printf(" \n");)/*计算过程延迟*/voidcompute()(inti;printf("正在进行相关计算，请稍候”)；for(i=1;i<20;i++)(mDelay(15);if(i%4==0)printf("\b\b\b\b\b\b\b\b\b\b\b\b");elseprintf("0");)for(i=0;i++<30;printf("\b"));for(i=0;i++<30;printf(""));for(i=0;i++<30;printf("\b"));)/*先进先出页面置换算法*/voidFIFO()(intmemery[10]={0};inttime[10]={0};/*记录进入物理块的时间*/inti,j,k,m;intmax=0;/*记录换出页*/intcount=0;/*记录置换次数*//*前mSIZE个数直接放入*/for(i=0;i<mSIZE;i++){memery[i]=page[i];time[i]=i;for(j=0;j<mSIZE;j++)temp[i][j]=memery[j];}for(i=mSIZE;i<pSIZE;i++){-10-/*判断新页面号是否在物理块中*/for(j=0,k=0;j<mSIZE;j++)(if(memery[j]!=page[i])k++;)if(k==mSIZE)/*如果不在物理块中*/(count++;/*计算换出页*/max=time[0]<time[1]?0:1;for(m=2;m<mSIZE;m++)if(time[m]<time[max])max=m;memery[max]=page[i];time[max]=i;/*记录该页进入物理块的时间*/for(j=0;j<mSIZE;j++)temp[i][j]=memery[j];)else(for(j=0;j<mSIZE;j++)temp[i][j]=memery[j];))compute();print(count);)/*最近最久未使用置换算法*/voidLRU()(intmemery[10]={0};intflag[10]={0};/*记录页面的访问时间*/inti,j,k,m;intmax=0;/*记录换出页*/intcount=0;/*记录置换次数*//*前mSIZE个数直接放入*/for(i=0;i<mSIZE;i++){memery[i]=page[i];flag[i]=i;for(j=0;j<mSIZE;j++)temp[i][j]=memery[j];-11-for(i=mSIZE;i<pSIZE;i++)(/*判断新页面号是否在物理块中*/for(j=0,k=0;j<mSIZE;j++)(if(memery[j]!=page[i])k++;elseflag[j]=i;/*刷新该页的访问时间*/)if(k==mSIZE)/*如果不在物理块中*/(count++;/*计算换出页*/max=flag[0]<flag[1]?0:1;for(m=2;m<mSIZE;m++)if(flag[m]<flag[max])max=m;memery[max]=page[i];flag[max]=i;/*记录该页的访问时间*/for(j=0;j<mSIZE;j++)temp[i][j]