存储管理实验报告Word文档格式.docx
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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。
4LFU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。
5NUR页面置换算法
NUR要求为每个页面设置一位访问位(该访问位仍可使用页面结构中的counter表示),当某页被访问时,其访问位counter置为1。
需要进行页面置换时,置换算法从替换指针开始(初始时指向第一个页面)顺序检查处于内存中的各个页面,如果其访问位为0,就选择该页换出,否则替换指针下移继续向下查找。
如果内存中的所有页面扫描完毕未找到访问位为0的页面,则将替换指针重新指向第一个页面,同时将内存中所有页面的访问位置0,当开始下一轮扫描时,便一定能找到counter为0的页面。
2、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)
主要步骤:
、通过随机数产生一个指令序列,共320条指令。
其地址按下述原则生成:
①50%的指令是顺序执行的;
②25%的指令是均匀分布在前地址部分;
③25%的指令是均匀分布在后地址部分;
具体的实施方法是:
A.在[0,319]的指令地址之间随机选区一起点M;
B.顺序执行一条指令,即执行地址为M+1的指令;
C.在前地址[0,M+1]中随机选取一条指令并执行,该指令的地址为M’;
D.顺序执行一条指令,其地址为M’+1;
E.在后地址[M’+2,319]中随机选取一条指令并执行;
F.重复A—E,直到执行320次指令。
2、指令序列变换成页地址流,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,按每页存放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。
3、计算并输出下述各种算法(可任选两个)在不同内存容量下的命中率。
A.FIFO先进先出置换算法;
B.LRU最近最久未使用置换算法;
C.OPT最佳置换算法:
先淘汰最不常用的页地址;
D.NUR最近未使用置换算法;
E.LFU最少使用置换算法。
命中率=1-页面失效次数/页地址流长度
在本实验中,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。
代码分析:
1、主函数main.cpp的代码:
#include<
iostream>
string>
vector>
cstdlib>
cstdio>
unistd.h>
usingnamespacestd;
#defineINVALID-1
constintTOTAL_INSTRUCTION(320);
constintTOTAL_VP(32);
constintCLEAR_PERIOD(50);
#include"
Page.h"
PageControl.h"
Memory.h"
intmain()
{
inti;
CMemorya;
for(i=4;
i<
=32;
i++)
{
cout<
<
"
pageframes\t"
;
a.OPT(i);
a.FIFO(i);
a.LRU(i);
\n"
}
return0;
}
2、主函数中用到的头文件”Page.h”,”PageControl.h”,”Memory.h”的代码:
Page.h:
#ifndef_PAGE_H
#define_PAGE_H
classCPage//页面结构
public:
intm_nPageNumber,//页面号
m_nPageFaceNumber,//页帧号
m_nCounter,//一个周期内访问该页面的次数
m_nTime;
//访问时间
};
#endif
PageControl.h:
#ifndef_PAGECONTROL_H
#define_PAGECONTROL_H
classCPageControl//页帧控制结构
intm_nPageNumber,m_nPageFaceNumber;
classCPageControl*m_pNext;
Memory.h:
#ifndef_MEMORY_H
#define_MEMORY_H
classCMemory
CMemory();
voidinitialize(constintnTotal_pf);
voidOPT(constintnTotal_pf);
voidFIFO(constintnTotal_pf);
voidLRU(constintnTotal_pf);
private:
vector<
CPage>
_vDiscPages;
CPageControl>
_vMemoryPages;
CPageControl*_pFreepf_head,*_pBusypf_head,*_pBusypf_tail;
int>
_vMain,_vPage,_vOffset;
int_nDiseffect;
CMemory:
:
CMemory():
_vDiscPages(TOTAL_VP),
_vMemoryPages(TOTAL_VP),
_vMain(TOTAL_INSTRUCTION),
_vPage(TOTAL_INSTRUCTION),
_vOffset(TOTAL_INSTRUCTION)
intS,i,nRand;
srand(getpid()*10);
nRand=rand()%32767;
S=(float)319*nRand/32767+1;
for(i=0;
TOTAL_INSTRUCTION;
i+=4)
_vMain[i]=S;
_vMain[i+1]=_vMain[i]+1;
nRand=rand()%32767;
_vMain[i+2]=(float)_vMain[i]*nRand/32767;
_vMain[i+3]=_vMain[i+2]+1;
S=(float)nRand*(318-_vMain[i+2])/32767+_vMain[i+2]+2;
_vPage[i]=_vMain[i]/10;
_vOffset[i]=_vMain[i]%10;
_vPage[i]%=32;
voidCMemory:
initialize(constintnTotal_pf)
intix;
_nDiseffect=0;
for(ix=0;
ix<
_vDiscPages.size();
ix++)
_vDiscPages[ix].m_nPageNumber=ix;
_vDiscPages[ix].m_nPageFaceNumber=INVALID;
_vDiscPages[ix].m_nCounter=0;
_vDiscPages[ix].m_nTime=-1;
for(ix=1;
nTotal_pf;
_vMemoryPages[ix-1].m_pNext=&
_vMemoryPages[ix];
_vMemoryPages[ix-1].m_nPageFaceNumber=ix-1;
_vMemoryPages[nTotal_pf-1].m_pNext=NULL;
_vMemoryPages[nTotal_pf-1].m_nPageFaceNumber=nTotal_pf-1;
_pFreepf_head=&
_vMemoryPages[0];
OPT(constintnTotal_pf)/*最佳页面置换算法*/
inti,j,max,maxpage,d,dist[TOTAL_VP];
initialize(nTotal_pf);
for(i=0;
if(_vDiscPages[_vPage[i]].m_nPageFaceNumber==INVALID)/*页面失效*/
{
_nDiseffect++;
if(_pFreepf_head==NULL)/*无空闲页面*/
{
for(j=0;
j<
TOTAL_VP;
j++)
{
if(_vDiscPages[j].m_nPageFaceNumber!
=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;
{
if(_vDiscPages[_vPage[j]].m_nPageFaceNumber!
=INVALID&
&
dist[_vPage[j]]==32767)
dist[_vPage[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;
}
_pFreepf_head=&
_vMemoryPages[_vDiscPages[maxpage].m_nPageFaceNumber];
//腾出一个单元
_pFreepf_head->
m_pNext=NULL;
_vDiscPages[maxpage].m_nPageFaceNumber=INVALID;
}
_vDiscPages[_vPage[i]].m_nPageFaceNumber=_pFreepf_head->
m_nPageFaceNumber;
//有空闲页面,改为有效
_pFreepf_head=_pFreepf_head->
m_pNext;
//减少一个free页面
cout<
OPT:
"
1-(float)_nDiseffect/320;
//printf("
%6.4f"
1-(float)diseffect/320);
FIFO(constintnTotal_pf)
CPageControl*p;
initialize(nTotal_pf);
_pBusypf_head=_pBusypf_tail=NULL;
if(_vDiscPages[_vPage[i]].m_nPageFaceNumber==INVALID)
_nDiseffect+=1;
if(_pFreepf_head==NULL)//无空闲页面
p=_pBusypf_head->
_vDiscPages[_pBusypf_head->
m_nPageNumber].m_nPageFaceNumber=INVALID;
_pFreepf_head=_pBusypf_head;
_pFreepf_head->
_pBusypf_head=p;
}
p=_pFreepf_head->
_pFreepf_head->
m_nPageNumber=_vPage[i];
_vDiscPages[_vPage[i]].m_nPageFaceNumber=_pFreepf_head->
if(_pBusypf_tail==NULL)
_pBusypf_head=_pBusypf_tail=_pFreepf_head;
else
_pBusypf_tail->
m_pNext=_pFreepf_head;
_pBusypf_tail=_pFreepf_head;
_pFreepf_head=p;
}
\tFIFO:
LRU(constintnTotal_pf)
inti,j,nMin,minj,nPresentTime(0);
_nDiseffect++;
if(_pFreepf_head==NULL)
nMin=32767;
for(j=0;
j++)//getthesubscribeoftheleastusedpage
//aftertherecycleiMinisthenumberoftimes
//usedoftheleastusedpagewhileminjisitssubscribe
if(nMin>
_vDiscPages[j].m_nTime&
_vDiscPages[j].m_nPageFaceNumber!
=INVALID)
nMin=_vDiscPages[j].m_nTime;
minj=j;
_vMemoryPages[_vDiscPages[minj].m_nPageFaceNumber];
_vDiscPages[minj].m_nPageFaceNumber=INVALID;
_vDiscPages[minj].m_nTime=-1;
_vDiscPages[_vPage[i]].m_nTime=nPresentTime;
_pFreepf_head=_pFreepf_head->
nPresentTime++;
\tLRU:
四、结果分析与总结
实验运行结果,如图:
总结:
从上述结果可知,随着内存页面数的增加,三种算法的访问命中率逐渐增大。
在内存页面数为4~25个页面之间时,三种算法的命中率大致在56%至88%之间变化,但是,OPT算法和其他两种算法之间的差别一般在6~12个百分点左右。
在内存页面为25~32个页面时,由于用户进程的所有指令基本上都已装入内存,从而命中率增加较大,各种算法之间的差别不大。
比较上述三种算法,OPT算法的命中率最高,LRU算法和FIFO算法的命中率则较为接近。
教师签名:
年月日