存储管理实验报告.docx
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存储管理实验报告
软件学院计算机课程
实验报告册
课程名称计算机操作系统
实验学期2011年至2012年第2学期
学生所在院（系）软件学院
年级11软件专业班级软工
（1）班
学生姓名朱水云学号1115114034
指导教师陈自刚
实验最终成绩
软件学院实验室制
2012年4月
实验报告（三）
实验名称：
存储管理
实验时间：
2012年4月25号
实验性质
一、实验目的及要求:
存储管理的主要功能之一是合理地分配空间。
请求页式管理是一种常用的虚拟存储管理技术。
本实验的目的是通过请求页式存储管理中页面置换算法模拟设计，了解虚拟存储技术的技术特点，掌握请求页式存储管理的页面置换算法。
二、实验内容与分析设计:
（1）通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。
指令的地址按下述原则生成：
①50%的指令是顺序执行的；
②50%的指令是均匀分布在前地址部分；
③50%的指令是均匀分布在后地址部分。
具体的实施方法是：
①在[0，319]的指令之间随即选取一起点m;
②顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令；
③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′；
④顺序执行一条指令，其地址为m′+1；
⑤在后地址[m′+2，319]中随机选取一条指令并执行；
⑥重复上述步骤①-⑤，直到执行320次指令。
（2）将指令序列变换为页地址流
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k存放10条指令排在虚存地址，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条指令为第一页（对应虚存地址为[10，19]）；
（3）计算并输出下述各种算法在不同内存容量下的命中率。
①先进先出的算法（FIFO）；
②最近最少使用算法（LRR）；
③最佳淘汰算法（OPT）先淘汰最不常用的页地址；
④最少访问页面算法（LFR）；
⑤最近最不经常使用算法（NUR）。
其中③和④为选择内容。
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。
分析：
随机数产生办法，Linux或UNIX系统提供函数strand（）和rand（）,分别进行初始化和产生随机数。
例如：
srand（）;
语句可初始化一个随机数；
a[0]=10*rand（）/65535*319+1;
a[1]=10*rand（）/65535*a[0];
语句可用来产生a[0]与a[1]中的随机数。
三、实验步骤与调试过程:
1，启动计算机并运行linux系统
2，打开中断进行程序书写
3，根据Linux系统的gcc自带编译器进行运行编译
4，分析运行出现的问题
5，观察运行结果，并思考
6，退出中断并写出实验报告
调试过程:
根据编译提示的错误进行修改
四、实验结果：
<结果一：
〉
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0.2531OPT:
0.3031LFU:
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0.2812
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0.3094
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0.3344
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0.4875
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0.5062NUR:
0.5437
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0.5531OPT:
0.6344LFU:
0.5281NUR:
0.5469
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0.5687LRU:
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0.6156
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0.7344
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0.7156LRU:
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0.7812
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0.7719
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0.7469LRU:
0.7750OPT:
0.8344LFU:
0.7594NUR:
0.8000
26pageframesFIFO:
0.8125LRU:
0.8000OPT:
0.8500LFU:
0.7812NUR:
0.8063
27pageframesFIFO:
0.8313LRU:
0.8187OPT:
0.8594LFU:
0.8031NUR:
0.8281
28pageframesFIFO:
0.8438LRU:
0.8375OPT:
0.8688LFU:
0.8344NUR:
0.8469
29pageframesFIFO:
0.8688LRU:
0.8531OPT:
0.8750LFU:
0.8562NUR:
0.8562
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0.8781LRU:
0.8719OPT:
0.8781LFU:
0.8750NUR:
0.8688
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0.8938LRU:
0.8750OPT:
0.8844LFU:
0.8844NUR:
0.8906
32pageframesFIFO:
0.9000LRU:
0.9000OPT:
0.9000LFU:
0.9000NUR:
0.9000
<结果二：
>
4pageframesFIFO:
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0.2562OPT:
0.2687LFU:
0.2437NUR:
0.2625
5pageframesFIFO:
0.3000LRU:
0.3000OPT:
0.3000LFU:
0.2969NUR:
0.2875
6pageframesFIFO:
0.3375LRU:
0.3281OPT:
0.3281LFU:
0.3094NUR:
0.3281
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0.3563LRU:
0.3563OPT:
0.3688LFU:
0.3312NUR:
0.3469
8pageframesFIFO:
0.4031LRU:
0.4094OPT:
0.3875LFU:
0.3406NUR:
0.3781
9pageframesFIFO:
0.4156LRU:
0.4281OPT:
0.4156LFU:
0.3656NUR:
0.4125
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0.4281LRU:
0.4469OPT:
0.4313LFU:
0.3750NUR:
0.4406
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0.4531LRU:
0.4688OPT:
0.4594LFU:
0.4281NUR:
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0.4656LRU:
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0.4750LRU:
0.5000OPT:
0.5219LFU:
0.4625NUR:
0.5312
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0.4906LRU:
0.5125OPT:
0.5375LFU:
0.4938NUR:
0.5500
15pageframesFIFO:
0.5312LRU:
0.5250OPT:
0.5625LFU:
0.5281NUR:
0.5563
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0.5625OPT:
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0.5844
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0.5813OPT:
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0.5750NUR:
0.6031
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0.6000LRU:
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0.5906NUR:
0.6250
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0.6312LRU:
0.6156OPT:
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0.6219NUR:
0.6438
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0.6344OPT:
0.6625LFU:
0.6438NUR:
0.6750
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0.6969LRU:
0.6594OPT:
0.6875LFU:
0.6656NUR:
0.6937
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0.7000LRU:
0.6781OPT:
0.7125LFU:
0.6813NUR:
0.6844
23pageframesFIFO:
0.7156LRU:
0.6906OPT:
0.7312LFU:
0.7188NUR:
0.6969
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0.7219OPT:
0.7531LFU:
0.7438NUR:
0.7469
25pageframesFIFO:
0.7594LRU:
0.7562OPT:
0.7656LFU:
0.7656NUR:
0.7719
26pageframesFIFO:
0.7750LRU:
0.7812OPT:
0.7937LFU:
0.7781NUR:
0.7781
27pageframesFIFO:
0.8125LRU:
0.7969OPT:
0.8094LFU:
0.8125NUR:
0.7969
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0.8313OPT:
0.8281LFU:
0.8313NUR:
0.8406
29pageframesFIFO:
0.8406LRU:
0.8594OPT:
0.8531LFU:
0.8375NUR:
0.8406
30pageframesFIFO:
0.8625LRU:
0.8781OPT:
0.8750LFU:
0.8562NUR:
0.8594
31pageframesFIFO:
0.8812LRU:
0.8812OPT:
0.8906LFU:
0.8781NUR:
0.8656
32pageframesFIFO:
0.9000LRU:
0.9000OPT:
0.9000LFU:
0.9000NUR:
0.9000
五、疑难与小结：
本实验的程序设计基本上按照实验内容进行。
即首先用srand（）和rand（）函数定义和产生指令序列，然后将指令序列变换成相应的页地址流，并针对不同的算法计算出相应的命中率。
从实验结果可知，在内存页面数较少（4~5页）时，五种算法的命中率差别不大，都是30%左右。
在内存页面为7~18个页面之间时，5种算法的访内命中率大致在35%~60%之间变化。
但是，FIFO算法与OPT算法之间的差别一般在6~10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，使命中率增加，从而算法之间的差别不大。
FIFO的命中率比OPT的还高。
六、主要算法和程序清单
#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;//页号logicnumber
intpfn;//页面框架号physicalframenumber
intcounter;//计数器
inttime;//时间
}pl_type;
pl_typepl[total_vp];/*页面线性结构---指令序列需要使用地址*/
typedefstructpfc_struct/*页面控制结构，调度算法的控制结构*/
{
intpn;
intpfn;
structpfc_struct*next;
}pfc_type;
pfc_typepfc[total_vp],*freepf_head,*busypf_head,*busypf_tail;
intdiseffect,a[total_instruction];/*a[]为指令序列*/
intpage[total_instruction],offset[total_instruction];/*地址信息*/
intinitialize（int）;
intFIFO（int）;
intLRU（int）;
intLFU（int）;
intNUR（int）;//notuserecently
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;/*正态分布*/
for（i=0;i{
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;/*顺序执行一条指令*/
s=（float）（318-a[i+2]）*rand（）/32767/32767/2+a[i+2]+2;
if（（a[i+2]>318）||（s>319））
printf（"a[%d+2],anumberwhichis:
%dands==%d\n",i,a[i+2],s）;
}
for（i=0;i{
page[i]=a[i]/10;
offset[i]=a[i]%10;
}
for（i=4;i<=32;i++）/*用户内存工作区从4个页面到32个页面*/
{
printf（"---%2dpageframes---\n",i）;
FIFO（i）;
LRU（i）;
LFU（i）;
NUR（i）;
OPT（i）;
}
return0;
}
/*初始化相关数据结构total_pf表示内存的块数*/
intinitialize（inttotal_pf）
{
inti;
diseffect=0;
for（i=0;i{
pl[i].pfn=INVALID;/*置页面控制结构中的页号，页面为空*/
pl[i].counter=0;/*页面控制结构中的访问次数为0*/
pl[i].time=-1;/*访问的时间*/
}
for（i=0;i{
pfc[i].next=&pfc[i+1];
pfc[i].pfn=i;
}
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（inttotal_pf）/*先进先出算法total_pf:
用户进程的内存页面数*/
{
inti,j;
pfc_type*p;/*中间变量*/
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;i{
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;/*表明还是缺页*/
busypf_head=p;
}
p=freepf_head->next;
freepf_head->pn=page[i];
pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn;
freepf_head->next=NULL;/*使busy的尾为null*/
if（busypf_tail==NULL）
{
busypf_tail=busypf_head=freepf_head;
}
else
{
busypf_tail->next=freepf_head;
busypf_tail=freepf_head;
}
freepf_head=p;
}
}
printf（"FIFO:
%6.4f\n",1-（float）diseffect/320）;
return0;
intLRU（inttotal_pf）/*最近最久未使用算法leastrecentlyused*/
{
intmin,minj,i,j,present_time;/*minj为最小值下标*/
initialize（total_pf）;
present_time=0;
for（i=0;i{
if（pl[page[i]].pfn==INVALID）/*页面失效*/
{
diseffect++;
if（freepf_head==NULL）/*无空闲页面*/
{
min=32767;/*设置最大值*/
for（j=0;j{
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=0;
freepf_head->next=NULL;
}
pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn;//有空闲页面,改为有效
pl[page[i]].time=present_time;
freepf_head=freepf_head->next;//减少一个free页面
}
else
{
pl[page[i]].time=present_time;//命中则增加该单元的访问次数
present_time++;
}
}
printf（"LRU:
%6.4f\n",1-（float）diseffect/320）;
return0;
}
intNUR（inttotal_pf）/*最近未使用算法NotUsedrecentlycount表示*/
{
inti,j,dp,cont_flag,old_dp;
pfc_type*t;
initialize（total_pf）;
dp=0;
for（i=0;i{
if（pl[page[i]].pfn==INVALID）/*页面失效*/
{
diseffect++;
if（freepf_head==NULL）/*无空闲页面*/
{
cont_flag=TRUE;
old_dp=dp;
while（cont_flag）
{
if（pl[dp].counter==0&&pl[dp].pfn!
=INVALID）
cont_flag=FALSE;
else
{
dp++;
if（dp==total_vp）
dp=0;
if（dp==old_dp）
for（j=0
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