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?