常用页面置换算法模拟实验说课讲解Word文件下载.docx
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在后地址[m’+2，319]中随机选取一条指令并执行
F：
重复步骤A-E，直到320次指令
（2）将指令序列变换为页地址流
设：
页面大小为1K；
用户内存容量4页到32页；
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。
实验指导
一、虚拟存储系统
UNIX中，为了提高内存利用率，提供了内外存进程对换机制；
内存空间的分配和回收均以页为单位进行；
一个进程只需将其一部分（段或页）调入内存便可运行；
还支持请求调页的存储管理方式。
当进程在运行中需要访问某部分程序和数据时，发现其所在页面不在内存，就立即提出请求（向CPU发出缺中断），由系统将其所需页面调入内存。
这种页面调入方式叫请求调页。
为实现请求调页，核心配置了四种数据结构：
页表、页框号、访问位、修改位、有效位、保护位等。
二、页面置换算法
当CPU接收到缺页中断信号，中断处理程序先保存现场，分析中断原因，转入缺页中断处理程序。
该程序通过查找页表，得到该页所在外存的物理块号。
如果此时内存未满，能容纳新页，则启动磁盘I/O将所缺之页调入内存，然后修改页表。
如果内存已满，则须按某种置换算法从内存中选出一页准备换出，是否重新写盘由页表的修改位决定，然后将缺页调入，修改页表。
利用修改后的页表，去形成所要访问数据的物理地址，再去访问内存数据。
整个页面的调入过程对用户是透明的。
常用的页面置换算法有
1、最佳置换算法（Optimal）
2、先进先出法（FisrtInFirstOut）
3、最近最久未使用（LeastRecentlyUsed）
4、最不经常使用法（LeastFrequentlyUsed）
5、最近未使用法（NoUsedRecently）
三、参考程序：
#defineTRUE1
#defineFALSE0
#defineINVALID-1
#defineNULL0
#definetotal_instruction320/*指令流长*/
#definetotal_vp32/*虚页长*/
#defineclear_period50/*清0周期*/
typedefstruct/*页面结构*/
{
intpn,pfn,counter,time;
}pl_type;
pl_typepl[total_vp];
/*页面结构数组*/
structpfc_struct{/*页面控制结构*/
intpn,pfn;
structpfc_struct*next;
};
typedefstructpfc_structpfc_type;
pfc_typepfc[total_vp],*freepf_head,*busypf_head,*busypf_tail;
intdiseffect,a[total_instruction];
intpage[total_instruction],offset[total_instruction];
intinitialize（int）;
intFIFO（int）;
intLRU（int）;
intLFU（int）;
intNUR（int）;
intOPT（int）;
intmain（）
ints,i,j;
srand（10*getpid（））;
/*由于每次运行时进程号不同，故可用来作为初始化随机数队列的“种子”*/
s=（float）319*rand（）/32767/32767/2+1;
//
for（i=0;
i<
total_instruction;
i+=4）/*产生指令队列*/
if（s<
0||s>
319）
{
printf（"
Wheni==%d,Error,s==%d\n"
i,s）;
exit（0）;
}
a[i]=s;
/*任选一指令访问点m*/
a[i+1]=a[i]+1;
/*顺序执行一条指令*/
a[i+2]=（float）a[i]*rand（）/32767/32767/2;
/*执行前地址指令m'
*/
a[i+3]=a[i+2]+1;
s=（float）（318-a[i+2]）*rand（）/32767/32767/2+a[i+2]+2;
if（（a[i+2]>
318）||（s>
319））
a[%d+2],anumberwhichis:
%dands==%d\n"
i,a[i+2],s）;
}
for（i=0;
i++）/*将指令序列变换成页地址流*/
page[i]=a[i]/10;
offset[i]=a[i]%10;
for（i=4;
=32;
i++）/*用户内存工作区从4个页面到32个页面*/
---%2dpageframes---\n"
i）;
FIFO（i）;
LRU（i）;
LFU（i）;
NUR（i）;
OPT（i）;
return0;
intinitialize（total_pf）/*初始化相关数据结构*/
inttotal_pf;
/*用户进程的内存页面数*/
{inti;
diseffect=0;
total_vp;
i++）
pl[i].pn=i;
pl[i].pfn=INVALID;
/*置页面控制结构中的页号，页面为空*/
pl[i].counter=0;
pl[i].time=-1;
/*页面控制结构中的访问次数为0，时间为-1*/
total_pf-1;
pfc[i].next=&
pfc[i+1];
pfc[i].pfn=i;
}/*建立pfc[i-1]和pfc[i]之间的链接*/
pfc[total_pf-1].next=NULL;
pfc[total_pf-1].pfn=total_pf-1;
freepf_head=&
pfc[0];
/*空页面队列的头指针为pfc[0]*/
return0;
intFIFO（total_pf）/*先进先出算法*/
inti,j;
pfc_type*p;
initialize（total_pf）;
/*初始化相关页面控制用数据结构*/
busypf_head=busypf_tail=NULL;
/*忙页面队列头，队列尾链接*/
for（i=0;
if（pl[page[i]].pfn==INVALID）/*页面失效*/
diseffect+=1;
/*失效次数*/
if（freepf_head==NULL）/*无空闲页面*/
p=busypf_head->
next;
pl[busypf_head->
pn].pfn=INVALID;
freepf_head=busypf_head;
/*释放忙页面队列的第一个页面*/
freepf_head->
next=NULL;
busypf_head=p;
p=freepf_head->
/*按FIFO方式调新页面入内存页面*/
pn=page[i];
pl[page[i]].pfn=freepf_head->
pfn;
if（busypf_tail==NULL）
busypf_head=busypf_tail=freepf_head;
else
busypf_tail->
next=freepf_head;
/*free页面减少一个*/
busypf_tail=freepf_head;
freepf_head=p;
printf（"
FIFO:
%6.4f\n"
1-（float）diseffect/320）;
intLRU（total_pf）/*最近最久未使用算法*/
intmin,minj,i,j,present_time;
present_time=0;
diseffect++;
min=32767;
for（j=0;
j<
j++）/*找出time的最小值*/
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;
//有空闲页面,改为有效
pl[page[i]].time=present_time;
freepf_head=freepf_head->
//减少一个free页面
//命中则增加该单元的访问次数
present_time++;
LRU:
intNUR（total_pf）/*最近未使用算法*/
{inti,j,dp,cont_flag,old_dp;
pfc_type*t;
initialize（total_pf）;
dp=0;
{if（pl[page[i]].pfn==INVALID）/*页面失效*/
{diseffect++;
{cont_flag=TRUE;
old_dp=dp;
while（cont_flag）
if（pl[dp].counter==0&
pl[dp].pfn!
cont_flag=FALSE;
dp++;
if（dp==total_vp）
dp=0;
if（dp==old_dp）
j++）
pl[j].counter=0;
pfc[pl[dp].pfn];
pl[dp].pfn=INVALID;
else
pl[page[i]].counter=1;
if（i%clear_period==0）
NUR:
intOPT（total_pf）/*最佳置换算法*/
{inti,j,max,maxpage,d,dist[total_vp];
{//printf（"
InOPTfor1,i=%d\n"
//i=86;
i=176;
206;
250;
220,221;
192,193,194;
258;
274,275,276,277,278;
{for（j=0;
if（pl[j].pfn!
=INVALID）dist[j]=32767;
/*最大"
距离"
elsedist[j]=0;
d=1;
for（j=i+1;
if（pl[page[j]].pfn!
dist[page[j]]=d;
d++;
max=-1;
if（max<
dist[j]）
max=dist[j];
maxpage=j;
pfc[pl[maxpage].pfn];
pl[maxpage].pfn=INVALID;
OPT:
intLFU（total_pf）/*最不经常使用置换法*/
inti,j,min,minpage;
pfc_type*t;
{if（pl[page[i]].pfn==INVALID）/*页面失效*/
{diseffect++;
{min=32767;
{if（min>
pl[j].counter&
min=pl[j].counter;
minpage=j;
freepf_head=&
pfc[pl[minpage].pfn];
pl[minpage].pfn=INVALID;
pl[page[i]].counter++;
LFU:
四、运行结果
4pageframs
0.7312
0.7094
0.5531
0.7688
0.9750
5pageframs
…………
五、分析
1、从几种算法的命中率看，OPT最高，其次为NUR相对较高，而FIFO与LRU相差无几，最低的是LFU。
但每个页面执行结果会有所不同。
2、OPT算法在执行过程中可能会发生错误
五、思考
1、为什么OPT在执行时会有错误产生？
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