计算机操作系统页面置换算法实验.docx
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计算机操作系统页面置换算法实验
计算机操作系统实验报告
实验题目：
页面置换算法
院系：
公共管理学院
班级：
信息管理与信息系统一班
姓名：
周晨妍
学号：
2014190314
指导老师：
匡林爱
日期：
2015年11月22日
一．题目要求：
设计一个虚拟存储区和内存工作区，编程序演示下述算法的具体实现过程，并计算访问命中率：
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）时钟页面置换算法（Clock）
二．实验目的：
1、用C语言编写OPT、FIFO、LRU，Clock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．相关知识：
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。
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。
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。
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。
5．页面置换算法：
常用的页面置换算法有OPT、FIFO、LRU、Clock、LFU、PBA等。
四．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page[pSIZE]存储页面号序列，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。
【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，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。
五．流程图：
如下页所示
6、作业表
表1、最佳置换算法
页面走向
1
2
3
4
1
2
5
1
2
3
4
5
物理快1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
3
3
3
物理快2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
4
4
物理快3
3
4
4
4
5
5
5
5
5
5
缺页中断
×
×
×
×
×
×
×
表2、先进先出置换算法
页面走向
1
2
3
4
1
2
5
1
2
3
4
5
物理快1
1
1
1
4
4
4
5
5
5
5
5
5
物理快2
2
2
2
1
1
2
1
1
3
3
3
物理快3
3
3
3
2
5
2
2
2
4
4
缺页中断
×
×
×
×
×
×
×
×
×
表3、最近最久未使用算法
页面走向
1
2
3
4
1
2
5
1
2
3
4
5
物理快1
1
1
1
4
4
4
5
5
5
3
3
3
物理快2
2
2
2
1
1
2
1
1
1
4
4
物理快3
3
3
3
2
5
2
2
2
2
5
缺页中断
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
表4、时钟页面置换算法
页面走向
1
2
3
4
1
2
5
1
2
3
4
5
物理快1
1
1
3
3
1
1
1
1
2
3
3
3
物理快2
2
2
2
2
2
5
5
5
5
5
5
物理快3
4
4
4
4
4
4
4
4
4
缺页中断
×
×
×
×
×
×
×
×
七、程序源代码
#include
usingnamespacestd;
voidPrint（intbc[],intblockCount）
{
for（inti=0;i{
cout<}
cout<}
boolTravel（intbc[],intblockCount,intx）
{
boolis_found=false;
inti;
for（i=0;i{
if（bc[i]==x）
{
is_found=true;
break;
}
}
returnis_found;
}
voidFIFO（intpc[],intbc[],intpageCount,intblockCount）
{
cout<<"0：
先进先出置换算法"<inti;
if（pageCount<=blockCount）
{
cout<<"缺页次数为"<<0<cout<<"缺页率为"<<0<}
else
{
intnoPage=0;
intp=0;
for（i=0;i{
cout<<"引用页：
"<if（!
Travel（bc,blockCount,pc[i]））
{
if（i{
bc[i]=pc[i];
}
else
{
if（p==blockCount）
{
p=0;
}
bc[p]=pc[i];
p++;
}
noPage++;
cout<<"物理快情况：
";
Print（bc,blockCount）;
}
cout<}
cout<<"缺页次数为:
"<cout<<"缺页率为:
"<<（float）noPage/pageCount<}
}
intFoundMaxNum（inta[],intn）
{
intk,j;
k=a[0];
j=0;
for（inti=0;i{
if（a[i]>=k）
{
k=a[i];
j=i;
}
}
returnj;
}
voidLRU（intpc[],intbc[],intpageCount,intblockCount）
{
cout<<"1：
最近最久未使用算法"<if（pageCount<=blockCount）
{
cout<<"缺页次数为"<<0<cout<<"缺页率为"<<0<}
else
{
intnoPage=0;
inti,j,m;
int*bc1=newint[blockCount];
for（i=0;i{
bc1[i]=0;
}
for（i=0;i{
cout<<"引用页：
"<if（!
Travel（bc,blockCount,pc[i]））
{
if（i{
bc[i]=pc[i];
for（intp=0;p<=i;p++）
{
bc1[p]++;
}
}
else
{
for（j=0;j{
bc1[j]++;
}
intk=FoundMaxNum（bc1,blockCount）;
bc[k]=pc[i];
bc1[k]=1;
}
noPage++;
cout<<"物理快情况：
";
Print（bc,blockCount）;
}
elseif（Travel（bc,blockCount,pc[i]））
{
if（i{
for（j=0;j<=i;j++）
{
bc1[j]++;
}
for（m=0;m<=i;m++）
{
if（bc[m]==pc[i]）
{
break;
}
}
bc1[m]=1;
bc[m]=pc[i];
}
else
{
for（j=0;j{
bc1[j]++;
}
for（m=0;m{
if（bc[m]==pc[i]）
{
break;
}
}
bc1[m]=1;
bc[m]=pc[i];
}
}
cout<}
cout<<"缺页次数为:
"<cout<<"缺页率为:
"<<（float）noPage/pageCount<deletebc1;
}
}
voidOptiomal（intpc[],intbc[],intpageCount,intblockCount）
{
cout<<"2：
最佳置换算法"<if（pageCount<=blockCount）
{
cout<<"缺页次数为"<<0<cout<<"缺页率为"<<0<}
else
{
intnoPage=0;
inti,j,k;
for（i=0;i{
cout<<"引用页：
"<if（!
Travel（bc,blockCount,pc[i]））
{
if（i{
bc[i]=pc[i];
}
else
{
intmax=0;
intblockIndex;;
for（j=0;j{
for（k=i;k{
if（bc[j]==pc[k]）
{
break;
}
}
if（k>=max）
{
max=k;
blockIndex=j;
}
}
bc[blockIndex]=pc[i];
}
noPage++;
cout<<"物理快情况：
";
Print（bc,blockCount）;
}
cout<}
cout<<"缺页次数为:
"<cout<<"缺页率为:
"<<（float）noPage/pageCount<}
}
voidNRU（intpc[],intbc[],intpageCount,intblockCount）
{
cout<<"3：
时钟页面置换算法"<if（pageCount<=blockCount）
{
cout<<"缺页次数为"<<0<cout<<"缺页率为"<<0<}
else
{
intnoPage=0;
inti,j;
int*bc1=newint[blockCount];
for（i=0;i{
bc1[i]=0;
}
for（i=0;i{
cout<<"引用页：
"<if（!
Travel（bc,blockCount,pc[i]））
{
for（j=0;j{
if（bc1[j]==1）
{
bc1[j]=0;
}
elseif（bc1[j]==0）
{
break;
}
if（j==blockCount-1）
{
j=-1;
}
}
bc[j]=pc[i];
bc1[j]=1;
noPage++;
cout<<"物理快情况：
";
Print（bc,blockCount）;
}
cout<}
cout<<"缺页次数为:
"<cout<<"缺页率为:
"<<（float）noPage/pageCount<deletebc1;
}
}
intmain（）
{
intpageCount,blockCount,i;
/*cout<<*/printf（"输入页面数:
"）;/*<cin>>pageCount;
int*pc=newint[pageCount];
/*cout<<*/printf（"输入页面走向:
"）;/*<for（i=0;i{
cin>>pc[i];
}
/*cout<<*/printf（"输入物理块数:
"）;/*<cin>>blockCount;
cout<<"0：
先进先出置换算法"<cout<<"1：
最近最久未使用算法"<cout<<"2：
最佳置换算法"<cout<<"3：
时钟页面置换算法"</*cout<<*/printf（"按数字选择算法类别:
"）;/*<intn;
while（cin>>n）
{
if（n==0）
{
int*bc=newint[blockCount];
FIFO（pc,bc,pageCount,blockCount）;
deletebc;
}
elseif（n==1）
{
int*bc=newint[blockCount];
LRU（pc,bc,pageCount,blockCount）;
deletebc;
}
elseif（n==2）
{
int*bc=newint[blockCount];
Optiomal（pc,bc,pageCount,blockCount）;
deletebc;
}
elseif（n==3）
{
int*bc=newint[blockCount];
for（i=0;i{
bc[i]=-1;
}
NRU（pc,bc,pageCount,blockCount）;
deletebc;
}
elsebreak;
}
deletepc;
return0;
}
八、运行结果
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