自操作系统课程设计请求页式存储管理Word文件下载.docx
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设:
①页面大小为1K;
②用户内存容量为 4页到 32页;
③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条指令为第31页(对应虚存地址为[310,319])。
按以上方式,用户指令可组成32页。
计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。
先进先出的算法 (FIFO);
最近最少使用算法(LRR);
最少访问页面算法(LFR);
最近最不经常使用算法(NUR)。
3.实验环境
每个学生一台微机,需要安装windows98或windows2000操作系统,配备VC、VB、java或C编程语言,每个学生上机时间不少于24个小时。
(1)、分页请求系统
ﻩ为了能实现请求调页和置换功能,系统必须提供必要的硬件支持,其中,最重要的是:
(1)请求分页的页表机制。
它是在分页的页表机制上增加若干个项而形成的,作为请求分页的数据结构;
(2)缺页中断机构。
每当用户程序要访问的页面尚未调入内存时,便产生一缺页中断,以请求OS将所缺的页面调入内存;
(3)地址变换机构。
它同样是在分页的地址变换机构的基础上发展形成的。
为了实现请求调页还须得到OS的支持,在实现请求调页功能时,石油OS将所需的页从外存调入内存;
在实现置换功能时,也是由OS将内存的某些页调至外存。
4.实验提示
提示:
A.命中率=1-页面失效次数/页地址流长度
B.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。
C.关于随机数产生方法,采用TC系统提供函数RAND()和RANDOMIZE()来产生。
5.自己对算法的理解
㈠ FIFO页面置换算法
⑴原理简述
①在分配内存页面数(AP)小于进程页面数(PP)时,当然是最先运行的AP个页面放入内存。
②这时有需要处理新的页面,则将原来内存中的AP个页面最先进入的调出(是以称为FIFO),然后将新页面放入。
③以后如果再有新页面需要调入,则都按⑵的规则进行。
算法特点:
所使用的内存页面构成一个队列。
㈡LRU页面置换算法
⑴原理算述
①当分配内存页面数(AP)小于进程页面数(PP)时,当然是把最先执行的AP个页面放入内存。
②当需要调页面进入内存,而当前分配的内存页面全部不空闲时,选择将其中最长时间没有用到的那个页面调出,以空出内存来放置新调入的页面(称为LRU)。
算法特点:
每个页面都有属性来表示有多长时间未被CPU使用的信息。
㈢LFU即最不经常使用页置换算法
1原理简述
要求在页置换时置换引用计数最小的页,因为经常使用的页应该有一个较大的引用次数。
但是有些页在开始时使用次数很多,但以后就不再使用,这类页将会长时间留在内存中,因此可以将引用计数寄存器定时右移一位,形成指数衰减的平均使用次数。
LRU算法的硬件支持
把LRU算法作为页面置换算法是比较好的,它对于各种类型的程序都能适用,但实现起来有相当大的难度,因为它要求系统具有较多的支持硬件。
所要解决的问题有:
ﻩ1.一个进程在内存中的各个页面各有多久时间未被进程访问;
ﻩﻩ2.如何快速地知道哪一页最近最久未使用的页面。
为此,须利用以下两类支持硬件:
(1)寄存器
用于记录某进程在内存中各页的使用情况。
实页/R
R7
R6
R5
R4
R3
R2
R1
R0
1
1
0
2
3
O
4
5
6
1
7
8
(2)栈
可利用一个特殊的栈来保存当前使用的各个页面的页面号。
每当进程访问某页面时,便将该页面的页面号从栈中移出,将它压入栈顶。
LFU算法并不能真正反映出页面的使用情况,因为在每一时间间隔内,只是用寄存器的一位来记录页的使用情况,因此,访问一次和访问10000次是等效的。
㈣NUR页面置换算法
所谓“最近未使用”,首先是要对“近”作一个界定,比如CLEAR_PERIOD=50,便是指在CPU最近的50次进程页面处理工作中,都没有处理到的页面。
那么可能会有以下几种情况:
①如果这样的页面只有一个,就将其换出,放入需要处理的新页面。
②如果有这样的页面不止一个,就在这些页面中任取一个换出(可以是下标最小的,或者是下标最大的),放入需要处理的页面。
③如果没有一个这样的页面,就随意换出一个页面(可以是下标最小的,或者是下标最大的)。
有一个循环周期,每到达这个周期,所有页面存放是否被CPU处理的信息的属性均被置于初始态(没有被访问)。
6.实验流程图
7.实验运行结果
等等。
8.实验源程序
#include<
iostream>
time.h>
usingnamespacestd;
const intMaxNum=320;
//指令数
const intM=5;
//内存容量
intPageOrder[MaxNum];
//页面请求
int Simulate[MaxNum][M];
//页面访问过程
intPageCount[M],LackNum;
//PageCount用来记录LRU算法中最久未使用时间,LackNum记录缺页数
floatPageRate;
//命中率
int PageCount1[32];
boolIsExit(inti)//FIFO算法中判断新的页面请求是否在内存中
{
boolf=false;
for(intj=0;
j<M;
j++)
{
if(Simulate[i-1][j]==PageOrder[i])//在前一次页面请求过程中寻找是否存在新的页面请求
ﻩ{
ﻩf=true;
ﻩ}
ﻩ}
returnf;
}
int IsExitLRU(int i)//LRU算法中判断新的页面请求是否在内存中
ﻩintf=-1;
for(intj=0;
j<M;
{
ﻩ if(Simulate[i-1][j]==PageOrder[i])
{
ﻩ f=j;
ﻩ}
}
ﻩreturnf;
}
intCompare()//LRU算法找出内存中需要置换出来的页面
{
ﻩintp,q;
ﻩp=PageCount[0];
q=0;
for(inti=1;
i<
M;
i++)
ﻩ{
ﻩif(p<
PageCount[i])
ﻩ{
p=PageCount[i];
ﻩﻩﻩq=i;
ﻩﻩ}
ﻩ}
returnq;
voidInit() //初始化页框
for(intk=0;
k<MaxNum;
k++)
ﻩint n=rand()%320;
//随机数产生320次指令
PageOrder[k]=n/10;
//根据指令产生320次页面请求
ﻩ}
for(inti=0;
MaxNum;
i++)//初始化页面访问过程
for(intj=0;
j<
j++)
ﻩ Simulate[i][j]=-1;
ﻩ }
ﻩ
}
for(intq=0;
q<
M;
q++)//初始化最久未使用数组
PageCount[q]=0;
voidOutPut()//输出
ﻩinti,j;
ﻩcout<
<
"页面访问序列:
"
endl;
ﻩfor(j=0;
MaxNum;
ﻩcout<
<PageOrder[j]<<
"
;
cout<
ﻩcout<
"页面访问过程(只显示前10个):
endl;
ﻩfor(i=0;
i<10;
i++)
ﻩ{
ﻩfor(j=0;
j<
{
ﻩﻩif(Simulate[i][j]==-1)
ﻩﻩﻩcout<
" "
else
ﻩﻩﻩcout<
Simulate[i][j]<
"
;
ﻩcout<
endl;
cout<
<"缺页数="
<LackNum<<
endl;
命中率="<
<PageRate<
<endl;
cout<
<"
--------------------------------------------------------------"
voidFIFO()//FIFO算法
ﻩintj,x=0,y=0;
ﻩLackNum=0,
Init();
for(j=0;
j++)//将前五个页面请求直接放入内存中
{
ﻩﻩfor(int k=0;
k<
=j;
k++)
ﻩ{
ﻩﻩﻩif(j==k)
ﻩﻩSimulate[j][k]=PageOrder[j];
ﻩelse
Simulate[j][k]=Simulate[j-1][k];
ﻩ
ﻩﻩ//LackNum++;
}
ﻩfor(x=M;
x<
MaxNum;
x++)
ﻩfor(intt=0;
t<M;
t++)//先将前一次页面访问过程赋值给新的页面访问过程
ﻩSimulate[x][t]=Simulate[x-1][t];
ﻩﻩif(!
IsExit(x))//根据新访问页面是否存在内存中来更新页面访问过程
ﻩﻩﻩLackNum++;
ﻩSimulate[x][y%M]=PageOrder[x];
ﻩﻩy++;
PageRate=1-((float)LackNum/(float)MaxNum);
//算出命中率
ﻩOutPut();
void LRU()//