实验3-虚拟内存管理.doc

年级11级专 业计算机科学与技术班级五班组号 12组实验室9#205日期2014/05/24实验名称 实验三、虚拟内存管理实验内容分项内容实验级别1、局部性原理演示（数组清零）操作系统观察级2、页面置换算法模拟演示算法仿真实现级3、实际系统内存分配演示操作系统观察级小 组 成 员姓名学号组内分工自我评分教师评分 完成实验三（1） 良好 完成实验三（1） 良好 完成实验三（2） 良好 完成实验三（3） 良好 完成实验三（3） 良好小组成绩评定教师签名： 年 月 日实验分项局部性原理演示（数组清零）、页面置换算法模拟演示（进先出的算法）实验目的一、实验目的：l1加深对操作系统存储管理的理解 2能过模似页面调试算法，加深理解操作系统对内存的高度管理实验要求具体题目：局部性原理演示（数组清零）、页面置换算法模拟演示（进先出的算法）、实际系统内存分配演示系统平台：Linux/Windows操作系统实验原理步骤（算法流程）二、实验原理1、局部性原理演示（数组清零），原理如下： 1）、程序的局部性原理： 指程序在执行时呈现出局部性规律，即在一段时间内，整个程序的执行仅限于程序中的某一部分。相应地，执行所访问的存储空间也局限于某个内存区域。局部性原理又表现为：时间局部性和空间局部性。时间局部性是指如果程序中的某条指令一旦执行，则不久之后该指令可能再次被执行；如果某数据被访问，则不久之后该数据可能再次被访问。空间局部性是指一旦程序访问了某个存储单元，则不久之后。其附近的存储单元也将被访问。 另外，根据程序的局部性理论，Denning提出了工作集理论。所谓工作集是指进程运行时被频繁访问的页面集合。显然我们知道只要使程序的工作集全部集中在内存中，就可以大大减少进程的缺页次数；否则会使进程在运行过程中频繁出现缺页中断，从而出现频繁的页面调入/调出现象，造成系统性能的下降，甚至出现“抖动”。 划分工作集可以按定长时间或定长页面两种方法进行划分。当颠簸现象发生时，说明系统的负荷过大，通常采用处理器均衡调度。另一种是控制缺页率，当缺页率达到上限时，则增加内存分配量；当缺页率达到下限时，就减少内存的分配量。 程序对比分析 for(i=0;i1024;i+) for(j=0;j1024;j+) testji=0; 程序是按列把数组中的元素清“0”的，所以，每执行一次testji=0就会产生一次缺页中断。因为开始时第一页已经在主存了，故程序执行时就可以对元素test11清零，但下一个元素test21不在该页，就产生缺页中断。按程序上述的编制方法，每装入一页只对一个元素清零后就要产生缺页中断于是总共要产生1024*1024-1次缺页中断。 for(i=0;i1024;i+) for(j=0;j1024;j+) testij=0; 按行清零，每转入一页后就对一行元素全部清零后才产生缺页中断，故总共产生1024-1次缺页中断。2、 页面置换算法模拟演示（进先出的算法），原理如下： 先进先出页面置换算法，该算法淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。该算法是用C语言实现的，其中页面置换是通过数组实现的。实验源代码如下：1）、局部性原理演示（数组清零）：#includeint main() int t1,t2; int i,j; int test10241024=0; t1=clock(); for(i=0;i1024;i+) for(j=0;j1024;j+) testij=0; t2=clock(); printf(.:%d.n,t2-t1); t1=clock(); for(i=0;i1024;i+) for(j=0;j1024;j+) testji=0; t2=clock(); printf(.:%d.n,t2-t1); return 0;2）页面置换算法模拟演示（进先出的算法）：/ 进先出的算法（FIFO）.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。/#includestdafx.h#includeusing namespace std;#define M 20 /要访问的页面数#define N 3 /内存容量void FIFO(int aN,int bM) int i,j,k; int cM=0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0; float s; for(i=0;iN;i+) ai=bi; for(j=0;j=i;j+) coutaj ; coutendl; coutn内存中的页面为： ; for(j=0;j=i;j+) coutaj ; coutendl; k=N; for(j=N;jM;j+) for(i=0;iN;i+) if(bj=ai) cout内存中有bj页面，可直接访问。endl; cj=1;break; if(cj=1) for(i=0;iN;i+)coutai ; if(cj=0) ak%N=bj; k+;for(i=0;iN;i+)coutai ; coutn页面bj进入内存endl; coutendl; s = k*1.0/M; cout中断次数为：kendl; cout缺页率为：sendl;void main() int i;int aN=0,0,0;int bM;coutn FIFO页面置换算法 endl;coutn输入要访问的页面：;for(i=0;ibi;if(bi=-1)break; FIFO(a,b);（写不完时，可另加附页。）实验结果及分析三、实验结果：1、实验截图：3-1数组清零截图3-2 FIFO算法模拟截图2、结果分析： 1）、按行清零用时0，而按列清零用时2000，验证了实验原理里面关于局部性原理的分析。 2）、最简单的页面置换算法是先入先出（FIFO）法。这种算法的实质是，总是选择在主存中停留时间最长（即最老）的一页置换，即先进入内存的页，先退出内存。理由是：最早调入内存的页，其不再被使用的可能性比刚调入内存的可能性大。建立一个FIFO队列，收容所有在内存中的页。被置换页面总是在队列头上进行。当一个页面被放入内存时，就把它插在队尾上。这种算法只是在按线性顺序访问地址空间时才是理想的，否则效率不高。因为那些常被访问的页，往往在主存中也停留得最久，结果它们因变“老”而不得不被置换出去。FIFO的另一个缺点是，它有一种异常现象，即在增加存储块的情况下，反而使缺页中断率增加了。当然，导致这种异常现象的页面走向实际上是很少见的。心得体会 页面置换算法理解比较容易，这次根据学号要求实现的是LRU和FIFO算法的实现。其实这两种算法的程序编写比较容易，虽然不全是自己编写的，一部分是参考的网上的例题，但是通过对每一语句的理解，自己弄