完整word版页面置换算法实验报告文档格式.docx
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LRU是根据页面调入内存后的使用情况进行决策的,它利用“最近的过去”作为“最近的将来"
的近似，选择最近最久未使用的页面予以淘汰。
该算法主要借助于页面结构中的访问时间time来实现，time记录了一个页面上次的访问时间,因此,当须淘汰一个页面时,选择处于内存的页面中其time值最小的页面，即最近最久未使用的页面予以淘汰。
LFU页面置换算法
LFU要求为每个页面配置一个计数器（即页面结构中的counter），一旦某页被访问，则将其计数器的值加1，在需要选择一页置换时，则将选择其计数器值最小的页面,即内存中访问次数最少的页面进行淘汰。
设计流程:
1。
通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。
2.指令序列变换成页地址流
3.计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。
4.在主函数中生成要求的指令序列，并将其转换成页地址流;
在不同的内存容量下调用上述函数使其计算并输出相应的命中率。
三、实验步骤（包括主要步骤、代码分析等）
主要代码：
1。
页面结构
typedefstruct{
intpn，pfn,counter，time;
}pl_type;
pl_typepl［total_vp］;
其中pn为页面号（页号）,pfn为页帧号（物理块号），counter为一个周期内访问该页面的次数，time为访问时间；
pl［total_vp]为页面结构数组,由于共有320条指令，每页可装入10条指令,因此虚页长total_vp的值为32.
将此结构封装到Pahg.h文件中。
2.页帧控制结构
structpfc_struct｛
intpn,pfn;
structpfc_struct*next;
｝；
typedefstructpfc_structpfc_type；
pfc_typepfc[total_vp］，＊freepf_head，＊busypf_head,*busypf_tail；
其中pfc[total_vp］定义用户进程的页帧控制结构数组,在该实验中，用户内存工作区是动态变化的，最多可达到用户进程的虚页数目,即32个物理块。
*freepf_head为空闲页帧头的指针
＊busypf_head为忙页帧头的指针
＊busypf_tail忙页帧尾的指针
讲此结构封装到PageControl。
h头文件中。
3。
主要函数
（1）voidinitialize（int）：
初始化函数
该函数主要对页面结构数组pl和页帧结构数组pfc进行初始化，如置页面结构中的页面号pn，初始化页帧号pfn为空，访问次数counter为0，访问时间time为-1；
同样对页帧数组进行初始化,形成一个空闲页帧队列.
（2）voidOPT（int）:
计算使用最佳页面算法时的命中率
（3）voidFIFO（int）：
计算使用先进先出页面置换算法时的命中率
（4）voidLRU（int）:
计算使用最近最久未使用页面置换算法时的命中率
（5）voidLFU（int）：
计算使用最少使用置换算法时的命中率
voidFIFO（inttotal_pf）/＊先进先出页面置换算法＊/
{
inti，j；
pfc_type＊p；
initialize（total_pf）；
busypf_head=busypf_tail=NULL;
for（i=0;
i〈total_instruction；
i++）
｛
if（pl[page[i]].pfn==INVALID）/*页面失效＊/
｛
diseffect=diseffect+1；
if（freepf_head==NULL）/*无空闲页帧*/
｛
p=busypf_head->
next;
pl［busypf_head-〉pn].pfn=INVALID；
//将忙页帧队首页面作为换出页面
freepf_head=busypf_head;
freepf_head->
next=NULL；
busypf_head=p;
//忙页帧头指针后移
｝
p=freepf_head—>
next；
//有空闲页帧
freepf_head—>
freepf_head->
pn=page[i]；
/＊将所需页面调入空闲页帧＊/
pl[page［i]］.pfn=freepf_head-〉pfn；
if（busypf_tail==NULL）/＊若忙页帧队列为空，则将其头尾指针都指向刚调入页面所在的页帧＊/
busypf_head=busypf_tail=freepf_head；
else{//否则，将刚调入页面所在的页帧挂在忙页帧队列尾部
busypf_tail—〉next=freepf_head；
busypf_tail=freepf_head；
}
freepf_head=p；
//空闲页帧头指针后移
}
｝
printf（"
FIFO：
％6。
4f"
，1-（float）diseffect/320）；
｝
voidLRU（inttotal_pf）/*最近最久未使用页面置换算法＊/
inti,j；
intmin，minj,present_time;
initialize（total_pf）；
present_time=0；
i<
total_instruction；
{
if（pl[page［i］].pfn==INVALID）/＊页面失效*/
｛
diseffect++;
if（freepf_head==NULL）/*无空闲页帧＊/
｛
min=32767;
for（j=0；
j〈total_vp；
j++）/*找出位于内存且time值最小的页面作为置换页面*/{
if（min〉pl[j].time&
&
pl[j］。
pfn！
=INVALID）
｛
min=pl[j]。
time；
minj=j；
｝
｝
freepf_head=＆pfc[pl［minj］。
pfn］;
//腾出一个单元
pl[minj]。
pfn=INVALID；
pl[minj］。
time=—1；
freepf_head—>
pl［page[i］］。
pfn=freepf_head—〉pfn;
//有空闲页面，改为有效
pl[page［i］］。
time=present_time；
//修改页面的访问时间
freepf_head=freepf_head-〉next;
//减少一个free页面
}
else
pl[page［i]］。
time=present_time;
//命中则修改该单元的访问时间
present_time++；
LRU：
%6.4f"
，1—（float）diseffect/320）;
}
voidOPT（inttotal_pf）/*最佳页面置换算法＊/
inti,j，max，maxpage，d，dist[total_vp];
initialize（total_pf）;
for（i=0；
total_instruction;
{
if（pl[page[i］］.pfn==INVALID）/*页面失效＊/
{
if（freepf_head==NULL）/＊无空闲页面＊/
{
for（j=0;
j++）
{
if（pl［j].pfn！
=INVALID）//所有位于内存页面的距离变量赋一足够大的数
dist[j]=32767;
else//不在内存的页面该变量则置为0
dist［j］=0;
d=1;
/*对于位于内存且在当前访问页面之后将再次被访问的页面，dist重置为当前页面与之后首次出现该页面时两者之间的距离＊/
for（j=i+1；
j〈total_instruction;
{
if（pl[page[j]].pfn！
=INVALID＆&
dist[page［j]］==32767）
dist［page[j］]=d；
d++；
max=-1;
//查找dist变量值最大的页面作为换出页面
if（max〈dist［j］）{
max=dist［j］；
maxpage=j；
}
freepf_head=＆pfc［pl［maxpage］。
freepf_head—〉next=NULL；
pl[maxpage］.pfn=INVALID;
pl[page［i]].pfn=freepf_head->
pfn;
freepf_head=freepf_head->
//减少一个free页面
printf（"
OPT:
％6.4f"
1-（float）diseffect/320）；
voidLFU（inttotal_pf）/＊最少使用页面置换算法＊/
inti,j，min,minpage;
if（pl［page［i］］。
pfn==INVALID）//页面失效
diseffect++；
if（freepf_head==NULL）//无空闲页帧
min=32767；
for（j=0；
j<
total_vp；
｛//查找位于内存且访问次数最少的页面作为换出页面
if（min>
pl[j].counter&
＆pl［j]。
counter；
minpage=j；
pl[j］.counter=0；
freepf_head=＆pfc［pl［minpage］.pfn]；
pl［minpage］。
freepf_head-〉next=NULL；
pl［page［i]］.pfn=freepf_head—>
pfn；
pl［page[i］］。
counter++;
//增加页面访问次数
freepf_head=freepf_head—〉next；
//减少一个free页}
pl[page［i］］.counter++;
//命中增加页面访问次数}
LFU:
4f”，1—（float）diseffect/320）;
将上述函数写成头文件的格式封装在Memory.h头文件中，由主函数main调用使用.
运行结果
打开linux虚拟机，用vim编辑器打开代码进行修改和调整。
用g++编译器进行编译运,如图所示:
四、结果分析与总结
由实验结果可知opt算法可保证获得最低的缺页率,但是由于目前还无法预知一个进程在内存的若干的页面中，哪一个页面是未来最长时间内不被访问的，因而该算法在实际应用中无法实现。
Fifo算法有时候比较差，因为它所依据的条件是各个界面调入内存的时间，而页面调入的先后顺序不能反映页面的使用情况。
LRU算法置换算法虽然是一种比较好的置换算法，但是在实际中需要用到寄存器和栈的硬件支持，LFC算法选择在最近时期使用最少的页面作为淘汰页，效率有时候很高.
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