操作系统存储管理董迎顺.docx

1、操作系统存储管理董迎顺实验四 存储管理【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。【实验内容】（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： 50%的指令是顺序执行的； 50%的指令是均匀分布在前地址部分； 50%的指令是均匀分布在后地址部分。 具体的实施方法是： 在 0，319 的指令之间随即选取一起点m; 顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令； 在前地址0，m+1中随机选取一条指令并执

2、行，该指令的地址为m； 顺序执行一条指令，其地址为 m+ 1； 在后地址m+ 2，319中随机选取一条指令并执行； 重复上述步骤-，直到执行320次指令。 （2）将指令序列变换为页地址流 设：页面大小为1k； 用户内存容量为4页到32页； 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

3、不同内存容量下的命中率。 先进先出的算法（FIFO）； 最近最少使用算法（LRR)； 最佳淘汰算法（OPT）先淘汰最不常用的页地址； 最少访问页面算法（LFR）； 最近最不经常使用算法（NUR）。 其中和为选择内容。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。【实验指导】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； a0=10*rand()/65535*319+1; a1=10*ran

4、d()/65535*a0;语句可用来产生a0与a1中的随机数。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)/页地址流长度程序设计 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 typedef struct int

5、 pn,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 int pn,pfn; struct pfc_struct *next; typedef struct pfc_struct pfc_type;pfc_type pfc_structtotal_vp,*freepf_head,*busypf_head;pfc_type *busypf_tail; 其中pfctotal_vp定义用户进程虚页控制结构,*freepf_head为空页面头的指针,*b

6、usypf_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）Void initialize( ):初始化函数,给每个相关的页面赋值. （2）Void FIFO( ):计算使用FIFO算法时的命中率. （3）Void LRU( ):计算使用LRU算法时的命中率. （4）Void OPT( ):计算使用OPT算法时的命中率. （5）Void LFU( ):计算使用LFU算法时的命中率. （6）Void NUR( ):计算使用NUR算法时的命中率.3.变量定义 (1)int atotal_instruction: 指令流数据组. (2)int pagetotal

7、_instruction: 每条指令所属的页号. (3)int offsettotal_instruction: 每页装入10条指令后取模运算页号偏移值. (4)int total_pf: 用户进程的内存页面数. (5)int disaffect: 页面失效次数.4.程序参考源码及结果#define TRUE 1#define FALSE 0#define INVALID -1#define NULL 0#define total_instruction 320 /*指令流长*/#define total_vp 32 /*虚页长*/#define clear_period 50 /*清0周期*

8、/typedef struct /*页面结构*/ int pn; /页号 logic number int pfn; /页面框架号 physical frame number int counter; /计数器 int time; /时间pl_type;pl_type pltotal_vp; /*页面线性结构-指令序列需要使用地址*/typedef struct pfc_struct /*页面控制结构，调度算法的控制结构*/ int pn; int pfn; struct pfc_struct *next;pfc_type;pfc_type pfctotal_vp, *freepf_head,

9、 *busypf_head, *busypf_tail;int diseffect, atotal_instruction; /* a为指令序列*/int pagetotal_instruction, offsettotal_instruction;/*地址信息*/int initialize(int);int FIFO(int);int LRU(int);int LFU(int);int NUR(int); /not use recentlyint OPT(int);int main( ) int s,i,j; srand(10*getpid(); /*由于每次运行时进程号不同，故可用来作为

10、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;itotal_instruction;i+=4) /*产生指令队列*/ if(s319) printf(When i=%d,Error,s=%dn,i,s); exit(0); ai=s; /*任选一指令访问点m*/ ai+1=ai+1; /*顺序执行一条指令*/ ai+2=(float)ai*rand( )/32767/32767/2; /*执行前地址指令m*/ ai+3=ai+2+1; /*顺序执行一条指令*/ s=(float)(318-ai+2)

11、*rand( )/32767/32767/2+ai+2+2; if(ai+2318)|(s319) printf(a%d+2,a number which is :%d and s=%dn,i,ai+2,s); for (i=0;itotal_instruction;i+) /*将指令序列变换成页地址流*/ pagei=ai/10; offseti=ai%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(-%2d page frames-n,i); FIFO(i); LRU(i); LFU(i); NUR(i); OPT(i); return

12、 0;/*初始化相关数据结构 total_pf表示内存的块数 */int initialize(int total_pf) int i; diseffect=0; for(i=0;itotal_vp;i+) pli.pfn=INVALID; /*置页面控制结构中的页号，页面为空*/ pli.counter=0; /*页面控制结构中的访问次数为0*/ pli.time=-1; /*访问的时间*/ for(i=0;itotal_pf-1;i+) /*建立pfci-1和pfci之间的链接*/ pfci.next=&pfci+1; pfci.pfn=i; pfctotal_pf-1.next=NULL

13、; pfctotal_pf-1.pfn=total_pf-1; freepf_head=&pfc0; /*空页面队列的头指针为pfc0*/ return 0;int FIFO(int total_pf) /*先进先出算法total_pf:用户进程的内存页面数*/ int i,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;inext; plbusypf_head-pn.pfn=INVALID; free

14、pf_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=pagei; plpagei.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_t

15、ail=freepf_head; freepf_head=p; printf(FIFO:%6.4fn,1-(float)diseffect/320); return 0;int LRU (int total_pf) /*最近最久未使用算法least recently used*/ int min,minj,i,j,present_time; /*minj为最小值下标*/ initialize(total_pf); present_time=0; for(i=0;itotal_instruction;i+) if(plpagei.pfn=INVALID) /*页面失效*/ diseffect+;

16、 if(freepf_head=NULL) /*无空闲页面*/ min=32767; /*设置最大值*/ for(j=0;jplj.time&plj.pfn!=INVALID) min=plj.time; minj=j; freepf_head=&pfcplminj.pfn; /腾出一个单元 plminj.pfn=INVALID; plminj.time=0; freepf_head-next=NULL; plpagei.pfn=freepf_head-pfn; /有空闲页面,改为有效 plpagei.time=present_time; freepf_head=freepf_head-nex

17、t; /减少一个free 页面 else plpagei.time=present_time; /命中则增加该单元的访问次数 present_time+; printf(LRU:%6.4fn,1-(float)diseffect/320); return 0;int NUR(int total_pf ) /*最近未使用算法Not Used recently count表示*/ int i,j,dp,cont_flag,old_dp;pfc_type *t;initialize(total_pf);dp=0;for(i=0;itotal_instruction;i+) if (plpagei.p

18、fn=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(pldp.counter=0&pldp.pfn!=INVALID) cont_flag=FALSE; else dp+; if(dp=total_vp) dp=0; if(dp=old_dp) for(j=0;jnext=NULL; plpagei.pfn=freepf_head-pfn; freepf_head-pn=pagei; freepf_head=freepf_he

19、ad-next; else plpagei.counter=1; if(i%clear_period=0) for(j=0;jtotal_vp;j+) plj.counter=0;printf(NUR:%6.4fn,1-(float)diseffect/320);return 0;int OPT(int total_pf) /*最佳置换算法*/ int i,j, max,maxpage,d,disttotal_vp; pfc_type *t; initialize(total_pf); for(i=0;itotal_instruction;i+) if(plpagei.pfn=INVALID)

20、 /*页面失效*/ diseffect+; if(freepf_head=NULL) /*无空闲页面*/ for(j=0;jtotal_vp;j+) if(plj.pfn!=INVALID) distj=32767; else distj=0; for(j=0;jtotal_vp;j+) if(plj.pfn!=INVALID)&(distj=32767) distj=j; max=0; for(j=0;jtotal_vp;j+) if(maxnext=NULL; plmaxpage.pfn=INVALID; plpagei.pfn=freepf_head-pfn; freepf_head=f

21、reepf_head-next; printf(OPT:%6.4fn,1-(float)diseffect/320); return 0;/*该算法时根据已知的预测未知的，least frequency Used是最不经常使用置换法*/int LFU(int total_pf) int i,j,min,minpage; pfc_type *t; initialize(total_pf); for(i=0;itotal_instruction;i+) if(plpagei.pfn=INVALID) /*页面失效*/ diseffect+; if(freepf_head=NULL) /*无空闲页面

22、*/ min=32767; /*获取counter的使用用频率最小的内存*/ for(j=0;jplj.counter&plj.pfn!=INVALID) min=plj.counter; minpage=j; freepf_head=&pfcplminpage.pfn; plminpage.pfn=INVALID; plminpage.counter=0; freepf_head-next=NULL; plpagei.pfn=freepf_head-pfn; /有空闲页面,改为有效 plpagei.counter+; freepf_head=freepf_head-next; /减少一个fr

23、ee 页面 else plpagei.counter; plpagei.counter=plpagei.counter+1; printf(LFU:%6.4fn,1-(float)diseffect/320); return 0;长春大学计算机科学技术学院实验报告日期_2016-6-6_ 地点_综D703_ 指导教师_王艳柏_ 成绩 姓名_董迎顺_ 学号 041440516 实验四 存储管理一、程序代码解析1、试调试实验指导中的源程序，并写出实验结果并对结果进行分析二、思考题1、为什么要引入动态重定位？如何实现？答: 连续分配方式容易造成内存很多小分区（零头）无法使用，有必要进行“紧凑”，而

24、这又会造成程序的物理地址改变，因此要进行动态重定位，即重新计算逻辑地址到物理 地址的映射。实现方法是：为了不因重定位而影响效率，需要硬件支持，可在CPU中增加一个重定 位寄存器，用它来存放程序在内存中的起始物理地址，程序在执行时，真正访问的内存 地址是逻辑地址与重定位寄存器中的物理地址相加而形成的。2、在请求分页系统中，应从何处将所需页面调入内存？ 答: 外存分为文件区和对换区（对换区可认为就是以页面形式组织的虚拟内存区）， 若系统有足够的对换区空间，可在进程运行前，将与该进程有关的文件拷贝到对换 区，需要时从对换区调入； 若系统缺少足够的对换区空间，则凡是不会被修改的文件，可直接从文件区调入， 需换出时，便须调到对换区，以后需要时再从对换区调入.