操作系统实验报告5.docx
《操作系统实验报告5.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《操作系统实验报告5.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
操作系统实验报告5
实验名称:
存储管理
学号班级姓名
1实验目的:
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。
2实验预备内容:
(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]);
……
第310条~第319条指令为第31页(对应虚地址为[310,319])。
按以上方式,用户指令可组成32页。
(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。
3、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。
3实验内容:
<任务>
设计一个虚拟存储区和内存工作区,并使用下列算法计算访问命中率.
(1)进先出的算法(FIFO)
(2)最近最少使用的算法(LRU)
(3)最佳淘汰算法(OPT)
(4)最少访问页面算法(LFU)
(5)最近最不经常使用算法(NUR)
命中率=(1-页面失效次数)/页地址流长度
4实验步骤:
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。
相关定义如下:
1数据结构
(1)页面类型
typedefstruct{
intpn,pfn,counter,time;
}pl-type;
其中pn为页号,pfn为面号,counter为一个周期内访问该页面的次数,time为访问时间.
(2)页面控制结构
pfc-struct{
intpn,pfn;
structpfc_struct*next;
}
typedefstructpfc_structpfc_type;
pfc_typepfc_struct[total_vp],*freepf_head,*busypf_head;
pfc_type*busypf_tail;
其中pfc[total_vp]定义用户进程虚页控制结构,
*freepf_head为空页面头的指针,
*busypf_head为忙页面头的指针,
*busypf_tail为忙页面尾的指针.
2.函数定义
(1)Voidinitialize():
初始化函数,给每个相关的页面赋值.
(2)VoidFIFO():
计算使用FIFO算法时的命中率.
(3)VoidLRU():
计算使用LRU算法时的命中率.
(4)VoidOPT():
计算使用OPT算法时的命中率.
(5)VoidLFU():
计算使用LFU算法时的命中率.
(6)VoidNUR():
计算使用NUR算法时的命中率.
3.变量定义
(1)inta[total_instruction]:
指令流数据组.
(2)intpage[total_instruction]:
每条指令所属的页号.
(3)intoffset[total_instruction]:
每页装入10条指令后取模运算页号偏移值.
(4)inttotal_pf:
用户进程的内存页面数.
(5)intdisaffect:
页面失效次数.
4.程序参考源码及结果
<程序>
#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;jpl[j].counter=0;
}
}
freepf_head=&pfc[pl[dp].pfn];
pl[dp].pfn=INVALID;
freepf_head->next=NULL;
}
pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn;
freepf_head->pn=page[i];
freepf_head=freepf_head->next;
}
else
pl[page[i]].counter=1;
if(i%clear_period==0)
for(j=0;jpl[j].counter=0;
}
printf("NUR:
%6.4f\n",1-(float)diseffect/320);
return0;
}
intOPT(inttotal_pf)/*最佳置换算法*/
{
inti,j,max,maxpage,d,dist[total_vp];
pfc_type*t;
initialize(total_pf);
for(i=0;i{
if(pl[page[i]].pfn==INVALID)/*页面失效*/
{
diseffect++;
if(freepf_head==NULL)/*无空闲页面*/
{
for(j=0;j{
if(pl[j].pfn!
=INVALID)
dist[j]=32767;
else
dist[j]=0;
}
for(j=0;j{
if((pl[j].pfn!
=INVALID)&&(dist[j]==32767))
{
dist[j]=j;
}
}
max=0;
for(j=0;jif(max{
max=dist[j];
maxpage=j;
}
freepf_head=&pfc[pl[maxpage].pfn];
freepf_head->next=NULL;
pl[maxpage].pfn=INVALID;
}
pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn;
freepf_head=freepf_head->next;
}
}
printf("OPT:
%6.4f\n",1-(float)diseffect/320);
return0;
}
/*该算法时根据已知的预测未知的,leastfrequencyUsed是最不经常使用置换法*/
intLFU(inttotal_pf)
{
inti,j,min,minpage;
pfc_type*t;
initialize(total_pf);
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;
/*获取counter的使用用频率最小的内存*/
for(j=0;j{
if(min>pl[j].counter&&pl[j].pfn!
=INVALID)
{
min=pl[j].counter;
minpage=j;
}
}
freepf_head=&pfc[pl[minpage].pfn];
pl[minpage].pfn=INVALID;
pl[minpage].counter=0;
freepf_head->next=NULL;
}
pl[page[i]].pfn=freepf_head->pfn;//有空闲页面,改为有效
pl[page[i]].counter++;
freepf_head=freepf_head->next;//减少一个free页面
}
else
{
pl[page[i]].counter;
pl[page[i]].counter=pl[page[i]].counter+1;
}
}
printf("LFU:
%6.4f\n",1-(float)diseffect/320);
return0;
}
<结果一:
〉
4pageframesFIFO:
0.2562LRU:
0.2531OPT:
0.3031LFU:
0.2812NUR:
0.2812
5pageframesFIFO:
0.2969LRU:
0.2906OPT:
0.3500LFU:
0.3219NUR:
0.3094
6pageframesFIFO:
0.3375LRU:
0.3281OPT:
0.3844LFU:
0.3375NUR:
0.3344
7pageframesFIFO:
0.3563LRU:
0.3563OPT:
0.4031LFU:
0.3563NUR:
0.3500
8pageframesFIFO:
0.3937LRU:
0.3750OPT:
0.4531LFU:
0.3937NUR:
0.3719
9pageframesFIFO:
0.4219LRU:
0.4094OPT:
0.4844LFU:
0.4156NUR:
0.4062
10pageframesFIFO:
0.4375LRU:
0.4313OPT:
0.5062LFU:
0.4313NUR:
0.4250
11pageframesFIFO:
0.4813LRU:
0.4625OPT:
0.5531LFU:
0.4500NUR:
0.4656
12pageframesFIFO:
0.5406LRU:
0.4875OPT:
0.5687LFU:
0.4938NUR:
0.4875
13pageframesFIFO:
0.5500LRU:
0.5188OPT:
0.5969LFU:
0.5062NUR:
0.5437
14pageframesFIFO:
0.5594LRU:
0.5531OPT:
0.6344LFU:
0.5281NUR:
0.5469
15pageframesFIFO:
0.5687LRU:
0.5844OPT:
0.6687LFU:
0.5469NUR:
0.5813
16pageframesFIFO:
0.5781LRU:
0.5938OPT:
0.6813LFU:
0.5719NUR:
0.5969
17pageframesFIFO:
0.5906LRU:
0.6156OPT:
0.6969LFU:
0.6156NUR:
0.6156
18pageframesFIFO:
0.6156LRU:
0.6312OPT:
0.7156LFU:
0.6344NUR:
0.6531
19pageframesFIFO:
0.6687LRU:
0.6656OPT:
0.7344LFU:
0.6531NUR:
0.6719
20pageframesFIFO:
0.6875LRU:
0.6969OPT:
0.7500