存储管理试验报告.docx

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存储管理试验报告

存储管理试验报告

班级：

10网工三班学生姓名：

谢昊天学号：

1215134046

实验目的和要求：

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。

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]）；

……

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。

实验步骤与调试过程：

1．启动计算机并运行linux系统

2.根据Linux系统的gcc自带编译器进行运行编译编译提

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：

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.

3.分析运行出现的问题.

4.观察运行结果.

实验结果:

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:

0.7500LFU:

0.6719NUR:

0.6906

21pageframesFIFO:

0.6906LRU:

0.7094OPT:

0.7688LFU:

0.6969NUR:

0.7188

22pageframesFIFO:

0.7125LRU:

0.7219OPT:

0.7969LFU:

0.7156NUR:

0.7344

23pageframesFIFO:

0.7156LRU:

0.7406OPT:

0.8125LFU:

0.7250NUR:

0.7812

24pageframesFIFO:

0.7281LRU:

0.7625OPT:

0.8187LFU:

0.7406NUR:

0.7719

25pageframesFIFO:

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

30pageframesFIFO:

0.8781LRU:

0.8719OPT:

0.8781LFU:

0.8750NUR:

0.8688

31pageframesFIFO:

0.8938LRU:

0.8750OPT:

0.8844LFU:

0.8844NUR:

0.8906

32pageframesFIFO:

0.9000LRU:

0.9000OPT:

0.9000LFU:

0.9000NUR:

0.9000

从上述结果可知，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。

结果二：

4pageframesFIFO:

0.2594LRU:

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

7pageframesFIFO:

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

10pageframesFIFO:

0.4281LRU:

0.4469OPT:

0.4313LFU:

0.3750NUR:

0.4406

11pageframesFIFO:

0.4531LRU:

0.4688OPT:

0.4594LFU:

0.4281NUR:

0.4656

12pageframesFIFO:

0.4656LRU:

0.4813OPT:

0.4906LFU:

0.4375NUR:

0.4938

13pageframesFIFO:

0.4750LRU:

0.5000OPT:

0.5219LFU:

0.4625NUR:

0.5312

14pageframesFIFO:

0.4906LRU:

0.5125OPT:

0.5375LFU:

0.4938NUR:

0.5500

15pageframesFIFO:

0.5312LRU:

0.5250OPT:

0.5625LFU:

0.5281NUR:

0.5563

16pageframesFIFO:

0.5406LRU:

0.5625OPT:

0.5813LFU:

0.5531NUR:

0.5844

17pageframesFIFO:

0.5906LRU:

0.5813OPT:

0.6188LFU:

0.5750NUR:

0.6031

18pageframesFIFO:

0.6000LRU:

0.5906OPT:

0.6344LFU:

0.5906NUR:

0.6250

19pageframesFIFO:

0.6312LRU:

0.6156OPT:

0.6438LFU:

0.6219NUR:

0.6438

20pageframesFIFO:

0.6406LRU:

0.6344OPT:

0.6625LFU:

0.6438NUR:

0.6750

21pageframesFIFO:

0.6969LRU:

0.6594OPT:

0.6875LFU:

0.6656NUR:

0.6937

22pageframesFIFO:

0.7000LRU:

0.6781OPT:

0.7125LFU:

0.6813NUR:

0.6844

23pageframesFIFO:

0.7156LRU:

0.6906OPT:

0.7312LFU:

0.7188NUR:

0.6969

24pageframesFIFO:

0.7438LRU:

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

28pageframesFIFO:

0.8344LRU:

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

疑难小结:

通过本次试验，我对存储管理思想有了进一步的了解，通过动手实现其存储的管理，更加深刻的理解了存储管理的特点。

同时，在实验过程中，回顾书本上的理论知识，巩固了我的知识。

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。

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;

}