操作系统页面置换算法.docx
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操作系统页面置换算法
操作系统
课程设计报告
院（系）：
信息与数学学院
专业：
信息与计算科学
姓名:
张三
班级：
＿信计11402
学号:
122914
题目：
页面置换算法
指导教师:
孙庆生
2017年5月27日
一、课程设计目的
《Linux操作系统课程设计》是在学完《操作系统》课程之后的实践教学环节，是复习和检验所学课程的重要手段。
通过实验环节，加深学生对操作系统基本原理和工作过程的理解，提高学生独立分析问题、解决问题的能力，增强学生的动手能力。
二、课程设计的任务和要求
由于具体的操作系统相当复杂，不可能对所有管理系统进行详细地分析。
因此，选择了操作系统中最重要的管理之一存储器管理，作为本设计的任务。
页面置换算法是虚拟存储管理实现的关键，要求在充分理解内存页面调度机制的基础上，模拟实现OPT、FIFO、LRU几种经典页面置换算法，比较各种置换算法的效率及优缺点，从而了解虚拟存储实现的过程。
具体任务如下：
1）分析设计内容，给出解决方案
①要说明设计实现的原理；
②采用的数据结构：
定义为进程分配的物理块；定义进程运行所需访问的页面号；定义页的结构；
2）模拟三种页面置换算法；
3）比较各种算法的优劣。
4）对程序的每一部分要有详细的设计分析说明。
5）源代码格式要规范。
6）设计合适的测试用例，对得到的运行结果要有分析。
任务要求：
Linux平台下实现（Windows+VMware+Ubuntu）
三、课程的详细设计
1）系统设计
在进程运行过程中，若其所要访问的页面不在内存而需把它们调入内存，但内存已无空闲空间时，为了保证该进程能正常运行，系统必须从内存中调出一页程序或数据，送磁盘的对换区中。
但应将哪 个页面调出，须根据一定的算法来确定。
通常，把选择换出页面的算法称为页面置换算法。
一个好的页面置换算法，应具有较低的页面更换频率。
从理论上讲，应将那些以后不再会访问的页面换出，或将那些在较长时间内不会再访问的页面调出。
2）主程序流程图
主流程图
3）先进先出（FIFO）页面置换算法
算法的基本思想：
该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，按先后次序存入一个时间数组，并将其中时间值最大的页面进行淘汰，并替换入新的页面就可以实现。
算法流程图：
FIFO置换算法
4）最佳页面置换置换算法（OPT）
算法的基本思想：
其所选择的被淘汰页面，将是永不使用的，或者是在最长时间内不再被访问的页面。
可保证获得最低的缺页率。
但由于人们目前还无法预知一个进程在内存的若干个页面中，哪一个页面是未来最长时间内不再被访问的，因而该算法也是无法实现的。
但是可利用该算法去评价其它算法。
算法流程图：
OPT页面置换算法
5）最近最久未使用页面置换算法LRU
算法的基本思想：
当需要淘汰某一页时，选择离当前时间最近的一段时间内最久没有使用过的页先淘汰。
该算法的主要出发点是，如果某页被访问了，则它可能马上还被访问。
或者反过来说，如果某页很长时间未被访问，则它在最近一段时间不会被访问。
算法流程图：
入口
初始化数据
i指向下一个页面
页面是否存在
物理块是否有空闲
选择最近最久未使用的页面作为淘汰页
计算缺页率，并输出数据
结束
输出当前页,i++
将页面放到空闲的物理块处
i<页面长度
Y
Y
Y
N
N
N
LRU页面置换算法
四、源程序代码
#include""
#include""
#defineN20
#definenum3
/*进程分配物理块数目*/
intA[N]={7,0,1,2,0,3,0,4,2,3,0,3,2,1,2,0,1,7,0,1};
typedefstructpage/*页表映像*/
{
intaddress;/*页面地址*/
structpage*next;
}page;
structpage*head,*run,*rear;
voidinitial（）/*进程分配物理块*/
{
inti=1;
page*p,*q;
head=（page*）malloc（sizeof（page））;
p=head;
for（i=1;i<=num;i++）
{
q=（page*）malloc（sizeof（page））;
p->next=q;
q->address=-1;
q->next=NULL;
p=q;
}
rear=p;
}
voidprint（）
{
page*p=head->next;
while（p）
{
if（p->address!
=-1）/*避免输出-1*/
printf（"%d\t",p->address）;
p=p->next;
}
printf（"\n"）;
}
intsearch（intn）/*判断链表中是否有n*/
{
page*p;
inti=0;
p=head;
while（p->next）
{
if（p->next->address==n）
{
printf（"Getitatthepage%d\n",i+1）;
run=p;
return1;
}
p=p->next;
i++;
}
return0;
}
voidchangeOPT（intn,intposition）
{
inti;
inttotal=0;
intflag=1;/*默认链表填满*/
intdistance[num];/*用于存放距离*/
intMAX;
intorder=0;
page*p,*q;
p=head->next;
q=head->next;
for（i=0;i{
distance[i]=100;
}
i=0;
while（p）/*判断链表中是否填满*/
{
if（p->address==-1）
{
flag=0;
break;
}
p=p->next;
i++;
}
if（!
flag）/*链表没有填满的情况*/
{
p->address=n;
printf（"Changethepage%d\n",i+1）;
}
else/*链表已经填满的情况*/
{
while（q）/*计算距离*/
{
for（i=position+1;i{
if（q->address==A[i]）
{
distance[total]=i-position;
break;
}
}
total++;
q=q->next;
}
MAX=distance[0];
for（i=0;i{
if（distance[i]>MAX）
{
MAX=distance[i];
order=i;/*记录待替换的页面的位置*/
}
}
printf（"Changethepage%d\n",order+1）;
i=0;
p=head->next;
while（p）/*页面替换*/
{
if（i==order）
{
p->address=n;
}
i++;
p=p->next;
}
}
}
voidchangeFIFO（intn,intposition）
{
inti=0;
intflag=1;n"）;
rear->next=delect;
rear=delect;
rear->next=NULL;
}
}
voidchangeLRU（intn,intposition）
{
inti;
inttotal=0;
intflag=1;/*默认为已满*/
intdistance[num];
intMAX;
intorder=0;
page*p,*q;
p=head->next;
q=head->next;
for（i=0;i{
distance[i]=100;
}
i=0;
while（p）/*判断链表是否已满*/
{
if（p->address==-1）
{
flag=0;
break;
}
p=p->next;
i++;
}
if（!
flag）/*链表没有满的情况*/
{
p->address=n;
printf（"Changethepage%d\n",i+1）;
}
else/*链表已满的情况*/
{
while（q）
{
for（i=position-1;i>=0;i--）/*向前计算距离*/
{
if（q->address==A[i]）
{
distance[total]=position-i;
break;
}
}
total++;
q=q->next;
}
MAX=distance[0];
for（i=0;i{
if（distance[i]>MAX）
{
MAX=distance[i];
order=i;
}
}
printf（"Changethepage%d\n",order+1）;
i=0;
p=head->next;
while（p）/*页面替换*/
{
if（i==order）
{
p->address=n;
}
i++;
p=p->next;
}
}
}
floatOPT（）
{
inti;
intlose=0;
floatlosef;
floatpercent;
for（i=0;i{
if（search（A[i]）==0）
{
lose++;
changeOPT（A[i],i）;
}
print（）;
}
losef=（float）lose;
percent=1-（losef/N）;
returnpercent;
}
floatLRU（）
{
inti;
intlose=0;
floatlosef;
floatpercent;
for（i=0;i{
if（search（A[i]）==0）
{
lose++;
changeLRU（A[i],i）;
}
print（）;
}
losef=（float）lose;
percent=1-（losef/N）;
returnpercent;
}
floatFIFO（）
{
inti;
intlose=0;
floatlosef;
floatpercent;
page*p;
for（i=0;i{
if（search（A[i]）==0）
{
lose++;
changeFIFO（A[i],i）;
}
else
{
p=run->next;
run->next=p->next;
rear->next=p;
rear=p;
rear->next=NULL;
printf（"Moveittoendofqueue.\n"）;
}
print（）;
}
losef=（float）lose;
percent=1-（losef/N）;
returnpercent;
}
voidmain（）/*主函数部分*/
{
floatpercent;
intchoice;
printf（"Selectthearithmetic:
\n
（1）OPT\n
（2）LRU\n（3）FIFO\nyourchoiceis:
"）;
scanf（"%d",&choice）;/*选择页面置换算法*/
initial（）;/*创建进程*/
if（choice==1）/*采用OPT算法置换*/
{
percent=OPT（）;/*计算OPT时的缺页率*/
printf（"ThepercentofOPTis%f\n",percent）;
}
elseif（choice==2）/*采用LRU算法置换*/
{
percent=LRU（）;/*计算LRU时的缺页率*/
printf（"ThepercentofLRUis%f\n",percent）;
}
elseif（choice==3）/*采用FIFO算法置换*/
{
percent=FIFO（）;/*计算FIFO时的缺页率*/
printf（"ThepercentofFIFOis%f\n",percent）;
}
else
{
printf（"Yourchoiceisinvalid."）;
}
}
5、
调试结果显示
（1）OPT置换算法
（2）LRU置换算法
LRU
FIFO置换算法
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