操作系统实验四模拟页面置换算法.docx
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操作系统实验四模拟页面置换算法
实验四实现页面置换算法FIFO和LRU
一、实验目的：
（1）进一步理解父子进程之间的关系；
（2）理解内存页面调度的机理；
（3）掌握页面置换算法的实现方法；
（4）通过实验比较不同调度算法的优劣；
（5）培养综合运用所学知识的能力。
页面置换算法是虚拟存储管理实现的关键，通过本次试验理解内存页面调度的机制，在模拟实现FIFO、LRU等经典页面置换算法的基础上，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。
将不同的置换算法放在不同的子进程中加以模拟，培养综合运用所学知识的能力。
二、实验内容及要求：
（1）这是一个综合型实验，要求在掌握父子进程并发执行机制和内存页面置换算法的基础上，能综合运用这两方面的知识，自行编制程序；
（2）程序涉及一个父进程和两个子进程。
父进程使用rand（）函数随机产生若干随机数，经过处理后，存于一数组Acess_Series[]中，作为内存页面访问的序列。
两个子进程根据这个访问序列，分别采用FIFO和LRU两种不同的页面置换算法对内存页面进行调度。
要求：
（3）每个子进程应能反映出页面置换的过程，并统计页面置换算法的命中或缺页情况。
设缺页的次数为diseffect。
总的页面访问次数为total_instruction。
缺页率=disaffect/total_instruction
命中率=1-disaffect/total_instruction
（4）说明FIFO算法存在的Belady现象。
三、实现：
数据结构
（1）存放页面访问序列的数组：
intAcess_Series[total_instruction]；
inttotal_instruction;//进程总的页面数
（2）用一个结构数组M_Frame[]记录为进程分配的内存页面的使用情况：
structone_frame{//记录为进程分配的内存页面情况;
intpage_No;//记录页面号
inttime;//记录页面进入内存时间
intused_time;//记录页面最近使用时间
};
one_frameM_Frame[frame_num];
intframe_num;//驻留集大小
（3）本次实验我并没有采用推荐的数据结构——
structone_frame{
intpage_no;
charflag;
};
structone_frameM_Frame[frame_num];
是因为我认为这个数据结构并没有很好地体现出FIFO依据进入内存时间来置换页面、LRU依据最近使用时间来置换页面。
所以我在自己编写程序时用了我自认为最恰当的数据结构，这也是本程序的大胆创新点。
程序流程图
图1父进程流程图
图2子进程pc1流程图
图3子进程pc3流程图
四、运行结果及说明
上述两幅图为驻留集大小为3的情况
上述两幅图为驻留集大小为4的情况
对比不难发现，FIFO算法随着内存页框的增多，缺页率却随之增加，这就是Belady现象；而LRU算法随着内存页框的增多，缺页率随之下降。
五、源代码
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
usingnamespacestd;
inttotal_instruction;//进程总的页面数
intframe_num;//驻留集大小
structone_frame{//记录为进程分配的内存页面情况;
intpage_No;//记录页面号
inttime;//记录页面进入内存时间
intused_time;//记录页面最近使用时间
};
intmain（）{
inttime1=0,time2=0;//系统时间
intpage1,page2;//每次读入一个逻辑页面
intp1=0,p2=0;//内存页框指针，最大为frame_num
intdiseffect1=0,diseffect2=0;//缺页次数
floatf;//缺页率
printf（"PleaseinputthenumberofPageFrames:
\n"）;
scanf（"%d",&frame_num）;
one_frameM_Frame[frame_num];
printf（"PleaseinputthenumberofPages:
\n"）;
scanf（"%d",&total_instruction）;
intAccess_series[total_instruction];
for（inti=0;iM_Frame[i].page_No=-1;
inta=0;
printf（"是否随机生成访问页序号？
（1为是）\n"）;
scanf（"%d",&a）;
if（a!
=1）{
printf（"Pleaseinput%d个数字\n",total_instruction）;
for（inti=0;iscanf（"%d",&Access_series[i]）;
}
else{//产生随机数,即页面分配情况
for（inti=0;iAccess_series[i]=rand（）%total_instruction+1;
}
intpc1,pc2;//两个子进程，p1执行FIFO算法，p2执行LRU算法
while（（pc1=fork（））==-1）;
if（pc1==0）{
for（inti=0;iintflag1=0;//页面是否已存在于内存中的标志，1表示存在
page1=Access_series[i];//读入一个逻辑页面
for（intj=0;jif（page1==M_Frame[j].page_No）{
for（inti=0;iprintf（"%d",Access_series[i]）;
printf（"\n"）;
printf（"%dhavefound!
\n",page1）;
M_Frame[j].used_time=time1;
for（intk=0;kprintf（"%d",M_Frame[k].page_No）;
printf（"\n\n"）;
flag1=1;
break;
}
}
if（flag1==0）{//若不存在，发生缺页，缺页次数加1
diseffect1++;
if（p1M_Frame[p1].page_No=page1;//分配一个空的内存页面
M_Frame[p1].time=time1;//新进入的页面要注意记录进入时间
M_Frame[p1].used_time=time1;
p1++;
for（intj=0;jprintf（"%d",Access_series[j]）;
printf（"\n"）;
printf（"%ddiseffect!
\n",page1）;
for（intj=0;jprintf（"%d",M_Frame[j].page_No）;
printf（"\n\n"）;
}
else{//内存中没有，内存又满了，只能使用FIFO算法淘汰内存中最先进入的页面
intmin=999,pos=0;//找到内存中最先进入的页面，其占用的内存页面号为pos
for（intj=0;jif（M_Frame[j].timemin=M_Frame[j].time;
pos=j;
}
}
inttemp1=M_Frame[pos].page_No;
M_Frame[pos].page_No=page1;//将所读的页面调入
M_Frame[pos].time=time1;//新进入的页面要注意记录进入时间
M_Frame[pos].used_time=time1;
for（intj=0;jprintf（"%d",Access_series[j]）;
printf（"\n"）;
printf（"%ddiseffect!
lose%d\n",page1,temp1）;
for（intj=0;jprintf（"%d",M_Frame[j].page_No）;
printf（"\n\n"）;
}
}
time1++;//系统时间增加
//cout<<"i"<<""<}
f=diseffect1/（total_instruction*1.0）;//计算缺页率
printf（"diseffectrateofFIFO%f\n\n\n",f）;
exit（0）;
}
wait（0）;
for（inti=0;iM_Frame[i].page_No=-1;
while（（pc2=fork（））==-1）;
if（pc2==0）{
for（inti=0;iintflag2=0;
page2=Access_series[i];
for（intj=0;jif（page2==M_Frame[j].page_No）{
printf（"%dhavefound!
\n",page2）;
M_Frame[j].used_time=time2;//用到的页面要注意记录最后一次使用时间
for（intk=0;kprintf（"%d",M_Frame[k].page_No）;
printf（"\n\n"）;
flag2=1;
break;
}
}
if（flag2==0）{//没有找到，发生缺页
diseffect2++;
if（p2{
M_Frame[p2].page_No=page2;
M_Frame[p2].time=time2;
M_Frame[p2].used_time=time2;//用到的页面要注意记录最后一次使用时间
p2++;
for（intj=0;jprintf（"%d",Access_series[j]）;
printf（"\n"）;
printf（"%ddiseffect!
\n",page2）;
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