操作系统实验4请求分页存储管理模拟实验.docx
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操作系统实验4请求分页存储管理模拟实验
实验四
请求分页存储管理模拟实验
一：
实验目的
通过对页面、页表、地址转换和页面置换过程的模拟，加深对请求分页存储管理系统的原理和实现技术的理解。
二：
实验内容
假设每个页面可以存放10条指令，分配给进程的存储块数为4。
用C语言或Pascal语言模拟一进程的执行过程。
设该进程共有320条指令，地址空间为32个页面，运行前所有页面均没有调入内存。
模拟运行时，如果所访问的指令已经在内存，则显示其物理地址，并转下一条指令；如果所访问的指令还未装入内存，则发生缺页，此时需要记录缺页产生次数，并将相应页面调入内存，如果4个内存块已满，则需要进行页面置换。
最后显示其物理地址，并转下一条指令。
在所有指令执行完毕后，显示进程运行过程中的缺页次数和缺页率。
页面置换算法：
分别采用OPT、FIFO、LRU三种算法。
进程中的指令访问次序按如下原则生成：
50%的指令是顺序执行的。
25%的指令是均匀分布在低地址部分。
25%的指令是均匀分布在高地址部分。
三：
实验类别
分页存储管理
四：
实验类型
模拟实验
五：
主要仪器
计算机
六：
结果
OPT:
LRU:
FIFO:
七：
程序
#include
#include
#include
#defineblocknum4//页面尺寸大小
intm;//程序计数器，用来记录按次序执行的指令对应的页号
staticintnum[320];//用来存储320条指令
typedefstructBLOCK//声明一种新类型--物理块类型
{
intpagenum;//页号
intaccessed;//访问量，其值表示多久未被访问
}BLOCK;
BLOCKblock[blocknum];//定义一大小为8的物理块数组
voidinit（）//程序初始化函数,对block初始化
{
for（inti=0;i{
block[i].pagenum=-1;
block[i].accessed=0;
m=0;
}
}
intpageExist（intcurpage）//查找物理块中页面是否存在,寻找该页面curpage是否在内存块block中，若在，返回块号
{
for（inti=0;i{
if（block[i].pagenum==curpage）
returni;//在内存块block中，返回块号
}
return-1;
}
intfindSpace（）//查找是否有空闲物理块,寻找空闲块block，返回其块号
{
for（inti=0;i{
if（block[i].pagenum==-1）
returni;//找到了空闲的block，返回块号
}
return-1;
}
intfindReplace（）//查找应予置换的页面
{
intpos=0;
for（inti=0;i{
if（block[i].accessed>block[pos].accessed）
pos=i;//找到应该置换页面，返回BLOCK中位置
}
returnpos;
}
voiddisplay（）//显示物理块中的页面号
{
for（inti=0;i{
if（block[i].pagenum!
=-1）
{
printf（"%02d",block[i].pagenum）;
printf（"%p|",&block[i].pagenum）;
}
}
printf（"\n"）;
}
voidrandam（）//产生320条随机数,显示并存储到num[320]
{
intflag=0;
printf（"请为一进程输入起始执行指令的序号（0~320）:
\n"）;
scanf（"%d",&m）;//用户决定的起始执行指令
printf（"******进程中指令访问次序如下：
（由随机数产生）*******\n"）;
for（inti=0;i<320;i++）
{//进程中的320条指令访问次序的生成
num[i]=m;//当前执行的指令数，
if（flag%2==0）
m=++m%320;//顺序执行下一条指令
if（flag==1）
m=rand（）%（m-1）;//通过随机数，跳转到低地址部分[0，m-1]的一条指令处，设其序号为m1
if（flag==3）
m=m+1+（rand（）%（320-（m+1）））;//通过随机数，跳转到高地址部分[m1+2，319]的一条指令处，设其序号为m2
flag=++flag%4;
printf（"%03d",num[i]）;//输出格式：
3位数
if（（i+1）%10==0）//控制换行,每个页面可以存放10条指令，共32个页面
printf（"\n"）;
}
}
voidpagestring（）//显示调用的页面序列,求出此进程按次序执行的各指令所在的页面号并显示输出
{
for（inti=0;i<320;i++）
{
printf（"%02d",num[i]/10）;//输出格式：
2位数
if（（i+1）%10==0）//控制换行,每个页面可以存放10条指令，共32个页面
printf（"\n"）;
}
}
voidOPT（）//最佳替换算法
{
intn=0;//记录缺页次数
intexist,space,position;
intcurpage;//当前指令的页面号
for（inti=0;i<320;i++）
{
m=num[i];
curpage=m/10;
exist=pageExist（curpage）;
if（exist==-1）
{//当前指令的页面号不在物理块中
space=findSpace（）;
if（space!
=-1）
{//当前存在空闲的物理块
block[space].pagenum=curpage;//将此页面调入内存
display（）;//显示物理块中的页面号
n++;//缺页次数+1
}
else
{//当前不存在空闲的物理块，需要进行页面置换
for（intk=0;k{
for（intj=i;j<320;j++）
{//找到在最长（未来）时间内不再被访问的页面
if（block[k].pagenum!
=num[j]/10）
{
block[k].accessed=1000;
}//将来不会被访问，设置为一个很大数
else
{//将来会被访问，访问量设为j
block[k].accessed=j;
break;
}
}
}
position=findReplace（）;//找到被置换的页面,淘汰
block[position].pagenum=curpage;//将新页面调入
display（）;
n++;//缺页次数+1
}
}
}
printf（"缺页次数:
%d\n",n）;
printf（"缺页率:
%f%%\n",（n/320.0）*100）;
}
voidLRU（）//最近最久未使用算法
{
intn=0;//记录缺页次数
intexist,space,position;
intcurpage;//当前指令的页面号
for（inti=0;i<320;i++）
{
m=num[i];
curpage=m/10;
exist=pageExist（curpage）;
if（exist==-1）
{//当前指令的页面号不在物理块中
space=findSpace（）;
if（space!
=-1）
{//当前存在空闲的物理块
block[space].pagenum=curpage;//将此页面调入内存
display（）;//显示物理块中的页面号
n++;//缺页次数+1
}
else
{//当前不存在空闲的物理块，需要进行页面置换
position=findReplace（）;
block[position].pagenum=curpage;
display（）;
n++;//缺页次数+1
}
}
else
block[exist].accessed=-1;//恢复存在的并刚访问过的BLOCK中页面accessed为-1
for（intj=0;j{//其余的accessed++
block[j].accessed++;
}
}
printf（"缺页次数:
%d\n",n）;
printf（"缺页率:
%f%%\n",（n/320.0）*100）;
}
voidFIFO（）
{
intn=0;//记录缺页次数
intexist,space,position;
intcurpage;//当前指令的页面号
intblockpointer=-1;
for（inti=0;i<320;i++）
{
m=num[i];
curpage=m/10;
exist=pageExist（curpage）;
if（exist==-1）
{//当前指令的页面号不在物理块中
space=findSpace（）;
if（space!
=-1）
{//当前存在空闲的物理块
blockpointer++;
block[space].pagenum=curpage;//将此页面调入内存
n++;//缺页次数+1
display（）;//显示物理块中的页面号
}
else
{//没有空闲物理块，进行置换
position=（++blockpointer）%4;
block[position].pagenum=curpage;//将此页面调入内存
n++;
display（）;
}
}
}
printf（"缺页次数:
%d\n",n）;
printf（"缺页率:
%f%%\n",（n/320.0）*100）;
}
voidmain（）
{
intchoice;
printf（"************请求分页存储管理模拟系统*************\n"）;
randam（）;
printf（"************此进程的页面调用序列如下**************\n"）;
pagestring（）;
while（choice!
=4）
{
printf（"********1:
OPT2:
LRU3:
FIFO4:
退出*********\n"）;
printf（"请选择一种页面置换算法:
"）;
scanf（"%d",&choice）;
init（）;
switch（choice）
{
case1:
printf（"最佳置换算法OPT:
\n"）;
printf（"页面号物理地址页面号物理地址页面号物理地址页面号物理地址\n"）;
OPT（）;
break;
case2:
printf（"最近最久未使用置换算法LRU:
\n"）;
printf（"页面号物理地址页面号物理地址页面号物理地址页面号物理地址\n"）;
LRU（）;
break;
case3:
printf（"先进先出置换算法FIFO:
\n"）;
printf（"页面号物理地址页面号物理地址页面号物理地址页面号物理地址\n"）;
FIFO（）;
break;
}
}
}
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