操作系统实验四模拟页面置换算法.docx

1、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

2、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/tota

3、l_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：int Acess_Seriestotal_instruction；int total_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：struct one_frame /记录为进程分配的内存页面情况; int page_No; /记录页面号 int time; /记录页面进入内存时间 int used_time; /记录页面最近使用时间;one_frame M_Frameframe_num;int frame

4、_num; /驻留集大小(3)本次实验我并没有采用推荐的数据结构struct one_frame int page_no; char flag; ; struct one_frame M_Frameframe_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

5、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#includeusing namespace std;int total_instruction; /进程总的页面数int frame_num; /驻留集大小struct one_frame /记录为进程分配的内存页面情况; int page_No; /记录页面号 int time; /记录页面进入内存时间 int used_time; /记录页面最近使

6、用时间;int main() int time1=0,time2=0;/系统时间 int page1,page2; /每次读入一个逻辑页面 int p1=0,p2=0; /内存页框指针，最大为 frame_num int diseffect1=0,diseffect2=0; /缺页次数 float f;/缺页率 printf(Please input the number of Page Frames:n); scanf(%d,&frame_num); one_frame M_Frameframe_num; printf(Please input the number of Pages:n);

7、 scanf(%d,&total_instruction); int Access_seriestotal_instruction; for(int i=0;iframe_num;i+) M_Framei.page_No=-1; int a=0; printf(是否随机生成访问页序号？（1为是）n); scanf(%d,&a); if(a!=1) printf(Please input %d 个数字n,total_instruction); for(int i=0;itotal_instruction;i+) scanf(%d,&Access_seriesi); else /产生随机数,即页面

8、分配情况 for(int i=0;itotal_instruction;i+) Access_seriesi=rand()%total_instruction+1; int pc1,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(int i=0;itotal_instruction;i+) int flag1=0; /页面是否已存在于内存中的标志，1表示存在 page1=Access_seriesi; /读入一个逻辑页面 for(int j=0;jp1;j+) /查找该页面是否已存在于内存中 if(pag

9、e1=M_Framej.page_No) for(int i=0;itotal_instruction;i+) printf(%d ,Access_seriesi); printf(n); printf(%d have found!n,page1); M_Framej.used_time=time1; for(int k=0;kp1;k+) printf(%d ,M_Framek.page_No); printf(nn); flag1=1; break; if(flag1=0) /若不存在，发生缺页，缺页次数加1 diseffect1+; if(p1frame_num) /若内存页面没有分配满

10、 M_Framep1.page_No=page1; /分配一个空的内存页面 M_Framep1.time=time1; /新进入的页面要注意记录进入时间 M_Framep1.used_time=time1; p1+; for(int j=0;jtotal_instruction;j+) printf(%d ,Access_seriesj); printf(n); printf(%d diseffect!n,page1); for(int j=0;jp1;j+) printf(%d ,M_Framej.page_No); printf(nn); else /内存中没有，内存又满了，只能使用FIF

11、O算法淘汰内存中最先进入的页面 int min=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(int j=0;jp1;j+) if(M_Framej.timemin) min=M_Framej.time; pos=j; int temp1=M_Framepos.page_No; M_Framepos.page_No=page1; /将所读的页面调入 M_Framepos.time=time1; /新进入的页面要注意记录进入时间 M_Framepos.used_time=time1; for(int j=0;jtotal_instruction;j+)

12、printf(%d ,Access_seriesj); printf(n); printf(%d diseffect! lose %dn,page1,temp1); for(int j=0;jp1;j+) printf(%d ,M_Framej.page_No); printf(nn); time1+; /系统时间增加 /couti i; f=diseffect1/(total_instruction*1.0); /计算缺页率 printf(diseffect rate of FIFO %fnnn,f); exit(0); wait(0); for(int i=0;iframe_num;i+)

13、 M_Framei.page_No=-1; while(pc2=fork()=-1); if(pc2=0) for(int i=0;itotal_instruction;i+) int flag2=0; page2=Access_seriesi; for(int j=0; jp2; j+) /首先在内存中查找 if(page2=M_Framej.page_No) printf(%d have found!n,page2); M_Framej.used_time=time2; /用到的页面要注意记录最后一次使用时间 for(int k=0; kp2; k+) printf(%d ,M_Frame

14、k.page_No); printf(nn); flag2=1; break; if(flag2=0) /没有找到，发生缺页 diseffect2+; if(p2frame_num) /内存页面还没有分配完 M_Framep2.page_No=page2; M_Framep2.time=time2; M_Framep2.used_time=time2; /用到的页面要注意记录最后一次使用时间 p2+; for(int j=0;jtotal_instruction;j+) printf(%d ,Access_seriesj); printf(n); printf(%d diseffect! n,page2);