实验3虚拟存储器管理Word格式文档下载.docx
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pfn
time
next
虚页结构实页结构
在虚页结构中，pn代表虚页号，因为共10个虚页，所以pn的取值范围是0—9。
pfn代表实页号，当一虚页未装入实页时，此项值为-1；
当该虚页已装入某一实页时，此项值为所装入的实页的实页号pfn。
time项在FIFO算法中不使用，在LRU中用来存放对该虚页的最近访问时间。
在实页结构中中，pn代表虚页号，表示pn所代表的虚页目前正放在此实页中。
pfn代表实页号，取值范围（0—n-1）由动态指派的实页数n所决定。
next是一个指向实页结构体的指针，用于多个实页以链表形式组织起来，关于实页链表的组织详见下面第4点。
（2）关于缺页次数的统计
为计算命中率，需要统计在20次的虚页访问中命中的次数。
为此，程序应设置一个计数器count，来统计虚页命中发生的次数。
每当所访问的虚页的pfn项值不为-1，表示此虚页已被装入某实页内，此虚页被命中，count加1。
最终命中率=count/20*100%。
（3）LRU算法中“最近最久未用”页面的确定
为了能找到“最近最久未用”的虚页面，程序中可引入一个时间计数器countime，每当要访问一个虚页面时，countime的值加1，然后将所要访问的虚页的time项值设置为增值后的当前countime值，表示该虚页的最后一次被访问时间。
当LRU算法需要置换时，从所有已分配实页的虚页中找出time值为最小的虚页就是“最近最久未用”的虚页面，应该将它置换出去。
（4）算法中实页的组织
因为能分配的实页数n是在程序运行时由用户动态指派的，所以应使用链表组织动态产生的多个实页。
为了调度算法实现的方便，可以考虑引入free和busy两个链表：
free链表用于组织未分配出去的实页，首指针为free_head，初始时n个实页都处于free链表中；
busy链表用于组织已分配出去的实页，首指针为busy_head，尾指针为busy_tail，初始值都为null。
当所要访问的一个虚页不在实页中时，将产生缺页中断。
此时若free链表不为空，就取下链表首指针所指的实页，并分配给该虚页。
若free链表为空，则说明n个实页已全部分配出去，此时应进行页面置换：
对于FIFO算法要将busy_head所指的实页从busy链表中取下，分配给该虚页，然后再将该实页插入到busy链表尾部；
对于LRU算法则要从所有已分配实页的虚页中找出time值为最小的虚页，将该虚页从装载它的那个实页中置换出去，并在该实页中装入当前正要访问的虚页。
3、实验步骤
（1）理解好相关实验说明。
（2）根据实验说明，画出相应的程序流程图。
（3）按照程序流程图，用C/C++/Java语言编程并实现。
4、流程图
5、源代码与测试数据与实验结果（可以抓图粘贴）
#include"
iostream.h"
constintDataMax=100;
constintBlockNum=10;
intDataShow[BlockNum][DataMax];
//用于存储要显示的数组
boolDataShowEnable[BlockNum][DataMax];
//用于存储数组中的数据是否需要显示
//intData[DataMax]={4,3,2,1,4,3,5,4,3,2,1,5,6,2,3,7,1,2,6,1};
//测试数据
//intN=20;
//输入页面个数
intData[DataMax];
//保存数据
intBlock[BlockNum];
//物理块
intcount[BlockNum];
//计数器
intN;
//页面个数
intM;
//最小物理块数
intChangeTimes;
voidDataInput（）;
//输入数据的函数
voidDataOutput（）;
voidFIFO（）;
//FIFO函数
voidOptimal（）;
//Optimal函数
voidLRU（）;
//LRU函数
///*
intmain（intargc,char*argv[]）
{
DataInput（）;
//DataInput（）;
//FIFO（）;
//Optimal（）;
//LRU（）;
//return0;
intmenu;
while（true）
{
cout<
<
endl;
"
*菜单选择*"
*******************************************************"
*1-FIFO*"
*2-Optimal*"
*3-LRU*"
*0-EXIT*"
cin>
>
menu;
switch（menu）
case1:
FIFO（）;
break;
case2:
Optimal（）;
case3:
LRU（）;
default:
break;
}
if（menu!
=1&
&
menu!
=2&
=3）break;
}
//*/
voidDataInput（）
请输入最小物理块数：
;
M;
while（M>
BlockNum）//大于数据个数
物理块数超过预定值，请重新输入：
请输入页面的个数：
N;
while（N>
DataMax）//大于数据个数
页面个数超过预定值，请重新输入：
请输入页面访问序列：
for（inti=0;
i<
i++）
Data[i];
voidDataOutput（）
inti,j;
for（i=0;
i++）//对所有数据操作
Data[i]<
"
for（j=0;
j<
j++）
if（DataShowEnable[j][i]）
DataShow[j][i]<
else
缺页次数:
ChangeTimes<
缺页率:
ChangeTimes*100/N<
%"
voidFIFO（）
boolfind;
intpoint;
inttemp;
//临时变量
ChangeTimes=0;
DataShowEnable[j][i]=false;
//初始化为false，表示没有要显示的数据
count[i]=0;
//大于等于BlockNum，表示块中没有数据，或需被替换掉
//所以经这样初始化（321），每次替换>
=3的块，替换后计数值置1，
//同时其它的块计数值加1，成了（132），见下面先进先出程序段
i++）//对有所数据操作
//增加count
count[j]++;
find=false;
//表示块中有没有该数据
if（Block[j]==Data[i]）
find=true;
if（find）continue;
//块中有该数据，判断下一个数据
//块中没有该数据
ChangeTimes++;
//缺页次数++
if（（i+1）>
M）//因为i是从0开始记，而M指的是个数，从1开始，所以i+1
//获得要替换的块指针
temp=0;
if（temp<
count[j]）
temp=count[j];
point=j;
//获得离的最远的指针
elsepoint=i;
//替换
Block[point]=Data[i];
count[point]=0;
//更新计数值
//保存要显示的数据
DataShow[j][i]=Block[j];
DataShowEnable[i<
M?
（j<
=i?
j:
i）:
j][i]=true;
//设置显示数据
//输出信息
endl;
FIFO=>
DataOutput（）;
voidOptimal（）
inti,j,k;
//临时变量，比较离的最远的时候用
//for（i=0;
//{
//count[i]=0;
//
//}
//块中没有该数据，最优算法
//找到下一个值的位置
for（k=i;
k<
k++）
if（Block[j]==Data[k]）
count[j]=k;
if（!
find）count[j]=N;
M）//因为i是从0开始记，而BlockNum指的是个数，从1开始，所以i+1
Optimal=>
voidLRU（）
count[i]=0;
count[j]=0;
LRU=>
6、分析与思考
比较不同实页数下的页面命中率，FIFO和LRU两种置换算法的稳定性方面可以得出何种结论？
答：
先进先出（FIFO）算法总是淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。
该算法实现简单只需把一个进程已调入内存的页面，按先后次序链接成一个队列，并设置一个指针，称为替换指针，使它总是指向最老的页面。
但该算法与进程实际运行的规律不相适应，因为在进程中，有些页面经常被访问，比如，含有全局变量、常用函数、例程等的页面，FIFO算法并不能保证这些页面不被淘汰。
FIFO置换算法性能之所以较差，是因为它所依据的条件是各个页面调入内存的时间，而页面调入的先后并不能反映页面的使用情况。
最近最久未使用（LRU）置换算法，是根据页面调入内存后的使用情况进行决策的。
由于无法预测各页面将来的使用情况，只能利用“最近的过去”作为“最近的将来”的近似，因此，LRU置换算法是选择最近最久未使用的页面予以淘汰。
该算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来所经历的时间t,，当须淘汰一个页面时，选择现有页面中其t值最大的，即最近最久未使用的页面予以淘汰。
最佳（OPT）页面置换算法是所有算法中产生页错误率最低的，而且绝对没有Belady异常的问题。
它会置换最长时间不会使用的页。
最佳页面（OPT）置换算法，是根据最长时间不会使用的页来决策的。
这就意味着，需要注意内存中的页面和页面的距离了。
因此OPT算法是选择最久未使用的页面进行淘汰的。
该算法赋予内存中每个页面一个访问字段，用来记录距离此处的最近页面的距离，这样通过比较，就能把最久未使用的页面淘汰掉。
7、实验心得与体会
这次实验，通过请求页式虚存管理中对页面置换算法的模拟，加深了对于虚拟存储技术的特点的理解，并且加深了对请求页式虚存管理的页面调度算法的理解。
最佳（Optimal）置换算法，选择“以后用不再使用的”或“在最长未来时间内不再被访问”的页面被置换，使用OPT算法通常可以保证获得最低的缺页率；
先进先出（FIFO）页面置换算法，选择进入内存最早的页面被置换，实现简单，功能较差；
最近最近未使用（LRU）置换算法，无法预测各页面将来的使用情况，只能利用“最近的过去”作为“最近的将来”的相似，即选择最近最久未使用的页面予以淘汰。
通过这次实验，更加加深熟悉了OPT，FIFO，LRU三种页面分配和置换算法的过程。
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